CC BY
13
СОВРЕМЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ
ТЕМА НОМЕРА |
УДК 67.05
Моделирование аппарата кратковременного хранения плодов и овощей сферической формы
средствами COMSOL Multiphysics
Т.В. Минаева, аспирант, Л.В. Минаева, аспирант, Г.В. Алексеев, д-р техн. наук, профессор Санкт-Петербургский исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики
Практически все отрасли производства применяют искусственное охлаждение, которое является необходимым для сохранения качества продукции.
Цель настоящей работы - разработка и моделирование конструкции аппарата для повышения эффективности охлаждения продуктов без их подмораживания и слеживания в процессе хранения. При этом потери при охлаждении и хранении плодов и овощей уменьшаются. Для моделирования данного аппарата использовалась программная среда СОМБОЬ МиШрИуБКБ. Спроектированная с ее помощью модель тепловых потоков в разрабатываемом аппарате позволила описать распределение тепла в установке, подобрать необходимые конструктивные параметры и оценить эффективность охлаждения заданного продукта.
Разработанное техническое решение может быть использовано в ка-
Рис. 1. Устройство для кратковременного хранения фруктов и овощей, общий вид и рабочая камера аппарата без охлаждающей рубашки:
1 - внешняя стенка камеры; 2 - внутренняя стенка камеры; 3 - винтовая спираль; 4 - охлаждающая рубашка; 5 - штуцер подачи хладагента; 6 - штуцер отвода хладагента; 7 - разгрузочное отверстие
честве узла в более сложном оборудовании.
Основные качественные показатели оборудования для охлаждения продуктов, такие как поддержание требуемых условий, надежность, удобство в эксплуатации, уменьшение потерь, являются основополагающими [1]. Специалисты отмечают высокую заинтересованность компаний в производстве охлаждающего оборудования, имеющего высокую долговечность и сокращающего потери [2].
На рынке представлено большое разнообразие конструкций охлаждающего оборудования, оно постоянно модернизируется. Решение ряда существующих задач связано с разработкой нового принципа построения охлаждающих аппаратов, лучше всего отвечающих требованиям пищевой промышленности [3, 4].
Технические задачи разработки заключаются в создании аппарата, который сочетает в себе компактную конструкцию с повышением надежности в работе и эффективности охлаждения продукта без подмораживания и слеживания его при хранении
[5, 6].
На рис. 1 схематически изображено предлагаемое устройство, общий вид и рабочая камера без охлаждающей рубашки.
Устройство (рис. 1) работает при кратковременном хранении овощей и фруктов следующим образом. При поступлении продуктов в загрузочную воронку рабочего корпуса, выполненного в виде тора с внешней стенкой 1 и внутренней стенкой 2, они самотеком поступают через отверстие по винтовой спирали 3, где последовательно распределяются по всей длине спирали. Предварительно через штуцер 5 в систему охлаждения поступает хладагент, который
циркулирует в охлаждающей рубашке 4.
Охлаждающая рубашка выполнена из 11-образных трубчатых элементов, установленных последовательно, с чередованием по наружным поверхностям внешней 1 и внутренней 2сте-нок тороидальной рабочей камеры по ее образующей, причем отдельные трубчатые элементы установлены так, что относительно продольной оси рабочей камеры их наиболее продолжительные участки имеют одинаковое угловое смещение относительно друг друга.
По мере циркуляции использованный хладагент выводится из аппарата через нижний штуцер 6. Охлажденные фрукты по мере надобности могут быть извлечены из аппарата через разгрузочное отверстие 7.
Описанная конструкция расширяет возможности устройства для хранения фруктов и овощей и позволяет выполнить поставленные технические задачи [7].
При проектировании установки необходимо учитывать холодопроизво-дительность по самым неблагоприятным факторам работы оборудования [8].
Для моделирования тепловых полей мы воспользовались программ-
MODERN EQUIPMENT FOR FOOD PRODUCTION
ной средой СОМБОЬ МиШрИуБкБ. Теплообмен как самопроизвольный необратимый процесс распространения теплоты в пространстве требует контроля распространения теплоты между отдельными областями рассматриваемой среды.
Температурное поле как совокупность значений температуры в различных точках пространства в разные моменты времени являлось предметом моделирования и представлено на рис. 2.
Анализ результата показывает, что распределение температуры в области хранения продуктов практически равномерно.
Для оценки эффективности тепловой изоляции данной конструкции проводилась оценка теплового потока от наружной поверхности [9]. Тепло-потери в окружающую среду составляют 0=6,7 Вт, или 0,08 %, что говорит о высокой эффективности предлагаемой конструкции теплоизоляции.
Таким образом, осуществлено моделирование тепловых полей устройства кратковременного хранения плодов и овощей, на основе которого подобраны рациональные параметры установки. При соответствии данным рекомендуемым показателям внутри аппарата будет поддерживаться необходимая температура хранения продуктов и теплопотери от
изоляции в окружающую среду составят 0,08 %.
ЛИТЕРАТУРА
1. Минаева, Т.В. Проектирование аппарата длительного хранения овощей и фруктов/Т.В. Минаева, Л.В. Минаева//Ш Международная научно-техническая конференция «Новое в технологии и технике функциональных продуктов питания на основе медико-биологических воззрений». -2013. - № 1 (13) ISBN 978-5-00032021-1. - С. 298-299.
2. Минаева, Т.В. Development of the device of long storage of citrus fruits by minimization of losses during cooling. Разработка аппарата длительного хранения цитрусовых плодов путем минимизации потерь при охлаждении/ Т.В. Минаева, Г.В. Алексеев/Научный журнал НИУ ИТМО Серия «Процессы и аппараты пищевых производств». - 2013. - № выпуск 2 (13).
3. Алексеев, Г.В. Математические методы в пищевой инженерии: учеб. пос./Г. В. Алексеев [и др.]. - СПб., 2012.
4. Алексеев, Г.В. Некоторые направления повышения эффективности технологического оборудования для переработки пищевого сырья/Г.В. Алексеев, Г.А. Головацкий, И.В. Краснов/Известия Санкт-Петербургского государственного университета низ-
котемпературных и пищевых технологий. - 2007. - № 3. - С. 52.
5. Алексеев, Г.В. Возможности применения мембранных процессов для производства продуктов функционального назначения/Г.В. Алексеев, Е.Н. Хрушкова, В.Н. Красильников// Вестник Международной академии холода. - 2010. - № 3. - С. 32-37.
6. Арет, В.А. Изучения режимов ка-витационного разрушения пищевого сырья как элемента нанотехнологий/ В.А. Арет, Г.В. Алексеев, Е.И. Верболоз, А.В. Кондратов//Известия Санкт-Петербургского государственного университета низкотемпературных и пищевых технологий. - 2007. - № 3. - С. 29.
7. Алексеев, Г.В. Возможности моделирования измельчения добавок для продуктов функционального пита-ния/Г.В. Алексеев, Е.А. Даниленко// Вестник Международной академии холода. - 2011. - № 2. - С. 16-18.
8. Алексеев, Г.В. Основы теории решения изобретательских задач: учеб. пос./Г. В. Алексеев, Н.Б. Жарикова; Федер. агентство по образованию, Гос. образоват. учреждение высш. проф. образования, С.-Петерб. гос. ун-т низкотемператур. и пищевых технологий. - СПб., 2004.
9. Алексеев, Г.В. Виртуальный лабораторный практикум по курсу «Механика жидкости и газа»: учеб. пос./ Г.В. Алексеев, И.И. Бриденко. - Саратов, 2013.
Моделирование аппарата кратковременного хранения плодов и овощей сферической формы средствами COMSOL Multiphysics
Ключевые слова
СОМБОЬ МиШрИуБ^; моделирование; охлаждение; хранение; хранение плодов и овощей.
Реферат
В статье описан аппарат, реализующий кратковременное хранение плодов и овощей сферической формы путем минимизации потерь при охлаждении за счет разработки новой конструкции и его моделирование с использованием программной среды СОМБОЬ МиЖрИуБкБ. Данное моделирование позволяет рассмотреть различные показатели и условия хранения и выбрать оптимальные значения процесса. При хранении фруктов и овощей предъявляются повышенные требования к сохранности их пищевых свойств, а, следовательно, к надежности и безотказности работы аппаратов и устройств. Разрабатываемая модель относится к области технических средств, предназначенных для хранения различных фруктов и овощей, использующихся в пищевой и консервной промышленности, а также в сфере обслуживания, например, для приготовления газированных напитков с мякотью.
Авторы
Минаева Татьяна Викторовна, аспирант, Минаева Лидия Викторовна, аспирант, Алексеев Геннадий Валентинович, д-р техн. наук, профессор,
Санкт-Петербургский исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, 191002, г. Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, д. 9, minaeva_tanya@list.ru
Simulation of Short-Term Storage Unit of Fruits and Vegetables of a Spherical Shape by Means of COMSOL Multiphysics
Key words
storage; storage of fruits and vegetables; cooling; modeling; COMSOL Multiphysics.
Abstracts
This article describes the design of the device that implements short-term storage of fruits and vegetables a spherical shape by minimizing losses during cooling due to the development of new design and simulation software environment using COMSOL Multiphysics. This modeling allows us to consider various refractive and storage conditions and select the optimum values of the process. When storing fruits and vegetables are increased requirements for food safety of their properties, and hence the reliability and dependability of machines and devices. The developed model relates to the field of technical equipment for storage of various fruits and vegetables for use in the food and canning industry, as well as in the service sector, for example, for the preparation of carbonated beverages with pulp.
Authors
Minaeva Tatiana Viktorovna, Post-graduate Student, Minaeva Lidia Viktorovna, Post-graduate Student, Alekseev Gennadiy Valentinovich, Doctor of Technical Science, Professor, St. Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics, 9 Lomonosova st, St.Petersburg, 191002, Russia, minaeva_tanya@list.ru
