Определение теплофизических характеристик плодов шиповника и боярышника Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 634.7:587.34

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПЛОДОВ ШИПОВНИКА

И БОЯРЫШНИКА

В.В. Концов

т2 — время, в течение которого эта температура достигнет ЛТ2=к2-ЛТ; к1 и к2 — заранее заданные значения, равные 0,75 и 0,5; ЛТ — разность между температурой нагревателя Тн и температурой в месте стыка исследуемого продукта и эталона Т, т. е. ЛТ=Тн-Т; рм — плотность исследуемого плода, кг/м3.

Температуропроводность (м2/с) плодов шиповника и боярышника определяется по уравнению

2

х

а

м

4 (z ”)т”

(2)

Определены теплофизические характеристики плодов шиповника и боярышника в зависимости от температуры и влажности методом нестационарного теплового режима. Установлено, что влажность оказывает большее влияние на исследуемые теплофизические характеристики, чем температура

Ключевые слова: теплофизические свойства, шиповник, боярышник

Теплофизические характеристики (коэффициента температуропроводности а, м2/с, коэффициента теплопроводности Л, Вт/(мК), удельной теплоемкости с, ДжДкг-К)) исследуемых плодов шиповника и боярышника являются функциями состояния и свойств вещества, зависящими от многих факторов, к которым следует отнести химический состав и структуру. Для правильной организации процесса сушки важно знать характер изменения теплофизических характеристик плодов шиповника и боярышника [1].

Определение зависимости теплофизических характеристик плодов шиповника и боярышника проводилось на измерительной установке Cossfield RT-1394H (National Instruments).

При определении теплофизических характеристик использован метод нестационарного теплового режима, основанный на решении задачи теплопроводности для начальной стадии процесса, а именно метод двух температурно-временных точек, разработанный В.С.

Волькенштейн. Начальная стадия охватывает малые промежутки времени, характеризуемые числом Фурье Бо < 0,55. При этом исключается влияние эффекта термовлагопроводности на исследуемые тепловые свойства.

Решая дифференциальное уравнение теплопроводности для одномерного потока, определили а, Ли с для исследуемого продукта:

где х - толщина слоя плодов, м; г - интеграл Гаусса, определяемый в зависимости от отношения т"/т' т", т' - время изменения температуры в плоскости соприкосновения плодов с эталоном, с.

Теплопроводность (Вт/(м-К)) исследуемого образцов плодов определяется по формуле

Л = Л 1 - Ь

а

—, (3)

1 + к у аэ

где Л ам - теплопроводность и температуропроводность образца исследуемых плодов; Л = 0,184 Вт/(м-К), аэ = 15,7-10 8 м2/с - теплопроводность и температуропроводность эталона; к - величина, определяемая по формуле

h

— 1,

h

2

а

м

4 У?т1

Лм

^ [1 — Ф (z')]

(4)

м

;(1)

ам рм

где у и £ — некоторые безразмерные величины, которые определяются по таблицам, исходя из найденных опытных соотношений т2 /т1; т1 — время, в течение которого температура на границе соприкосновения эталонного тела исследуемого образца ячменя достигнет ЛТ1=к1-ЛТ,

Концов Виталий Владимирович - ВГТА, аспирант, тел. 8-920-421-01-97

+ 11

где ? - температура в плоскости соприкосновения образца плодов и эталона, определяемая

0/-Ч V

по полученной диаграмме, С; - температура

греющей поверхности, 0С; Ф( Т') - функция Гаусса.

Удельная теплоемкость плодов шиповника и боярышника (Дж/(кг-К)) определяется по зависимости

см = Л / (ам рм ), (5)

где рм - плотность плодов шиповника и боярышника, кг/м3.

Значения теплофизических характеристик исследуемых плодов шиповника и боярышника для диапазона температур 293.. .353 К приведены в таблице.

Полученные опытные данные были обработаны на ЭВМ в среде «Microsoft Exel», в результате были получены уравнения (6 - 17), описывающие теплофизические свойства плодов шиповника и боярышника.

Значения теплофизических характеристик плодов шиповника и боярышника для интервала температур (293.353 К).

Для шиповника при W = 13,54 %:

с = 3309,8 +1,11881; (6)

с величиной достоверности аппроксимации R2 = 0,9978,

Л = 0,3115 + 0,00021; (7)

с величиной достоверности аппроксимации R2 = 0,9979,

а = 9,165 + 0,0032 ■ t; (8)

с величиной достоверности аппроксимации R2 = 0,999;

при W = 60,07 %:

с = 3363,3 + 0,63381; (9)

с величиной достоверности аппроксимации R2 = 0,9995,

Л = 0,3405 + 0,0002t; (10)

с величиной достоверности аппроксимации R2 = 0,9969,

а = 9,76 + 0,0031t; (11)

с величиной достоверности аппроксимации R2 = 0,9985.

Для боярышника W = 13,23 %:

с = 1359,7 + 3,59181; (12)

с величиной достоверности аппроксимации R2 = 0,9875,

Я = 0,083 + 0,00051; (13)

с величиной достоверности аппроксимации R2 = 0,9934,

а = 5,52 + 0,0126• t; (14)

с величиной достоверности аппроксимации R2 = 0,9892;

при W = 82,17 %:

с = 1664,6 + 3,34831; (15)

с величиной достоверности аппроксимации R2 = 0,9819,

А = 0,1345 + 0,0004£; (16)

с величиной достоверности аппроксимации R2 = 0,9978,

а = 7,585 + 0,0063Г; (17)

с величиной достоверности аппроксимации R2 = 0,9486.

В формулах (6 - 17) значения t приведены в °С.

Зависимости теплофизических характеристик (коэффициентов теплопроводности, температуропроводности и теплоемкости) от температуры исследуемых плодов шиповника и боярышника представлены на рис. 1, 2. Как видно из них, зависимости коэффициентов теплопроводности, температуропроводности и теплоемкости от температуры носят линейный характер.

Влажность оказывает большее влияние на исследуемые теплофизические характеристики (коэффициенты теплопроводности, температуропроводности и теплоемкости), чем температура. Из анализа данных (рис. 1, 2) видно, что с повышением температуры удельная теплоемкость, теплопроводность и коэффициент температуропроводности исследуемых плодов шиповника и боярышника увеличиваются.

С) К .

N /-Ж 82,17% 2-\У 82,17%

2 -о

/ .

(Г

о 20 40 60 80 °С 100

а

б

б

1900 с, Дж(кг-К) 1800

1700

1600

1500

1400

20

40

в

.

N / - №=82.17% 2 - И' 82.17%

/ г г''

(

60

80 х 100

Рис. 1. Теплофизические характеристики шиповника: а - температуропроводности, б - теплопроводности, в - удельной теплоемкости

Рис. 2. Теплофизические характеристики боярышника: а -температуропроводности, б - теплопроводности, в - удельной теплоемкости

Теплофизические характеристики шиповника и боярышника

Значения температуры, °С Образцы шиповника Образцы боярышника

W = 60,07 % W = 13,54 % W = 82,17 % W = 13,23 %

Коэффициент температуропроводности, а-108, м2/с

20 9,82±0,02 9,23±0,02 7,73±0,02 5,78±0,02

40 9,89±0,02 9,29±0,02 7,83±0,02 5,99±0,02

60 9,95±0,02 9,36±0,01 7,91±0,02 6,32±0,02

80 10,01±0,02 9,42±0,02 8,12±0,02 6,51±0,02

Коэффициент теплопроводности, X, Вт/(мК)

20 0,344±0,003 0,316±0,002 0,142±0,01 0,092±0,01

40 0,348±0,003 0,320±0,002 0,151±0,01 0,101±0,02

60 0,351±0,002 0,325±0,002 0,15 8±0,01 0,112±0,01

80 0,355±0,002 0,329±0,002 0,166±0,02 0,119±0,02

Массовая удельная теплоемкость, с, Дж/(кг-К)

20 3376,02±0,04 3332,76±0,04 1723,04±0,01 1424,01±0,02

40 3389,19±0,04 3356,09±0,04 1804,52±0,01 1508,52±0,02

60 3401,11±0,04 3381,97±0,04 1879,01±0,01 1587,34±0,02

80 3414,63±0,04 3402,05±0,04 1921,43±0,01 1637,19±0,02

Литература

1. Гинзбург, А. С. Теплофизические характе- А. С. Гинзбург, М. А. Громов, Г. И. Красовская. -

ристики пищевых продуктов [Текст]: справочник / М.: Агропромиздат, 1990. - 287 с.

Воронежская государственная технологическая академия

DEFINITION OF TEPLOFIZICHESKY CHARACTERISTICS OF HIPS AND HAWTHORN

V.V. Kontsov

Are defined thermophysical characteristics of hips and a hawthorn depending on temperatu-ry and humidity by a method of a non-stationary thermal mode. It is established that humidity renders a greater influence on investigated thermophysical characteristics, than temperature

Key words: thermophysical properties, dogrose, hawthorn