CC BY
79
Томаты стерилизуются в среде рассола или маринада, поэтому в начальный момент тепло переходит к томату путем теплоотдачи от среды. Это учтено при выполнении расчетов. Условием стерилизации по регламенту является достижение заданной температуры в томатах (95°С) и выдержка в течение заданного времени (15-20 мин) для доведения нижних подслоев до требуемой температуры, а также для уничтожения микроорганизмов.
Исследования математической модели показывают, что при температуре среды I 100°С центр достигает температуры 95°С через 24 мин, при 110 и 120°С — через 18 и 15 мин соответственно. Для сохранения биологически ценных компонентов томатов, согласно существующей технологии, целесообразным является следующий режим стерилизации: ? = 100°С, г = 30 мин.
Однако известно, что все споры и микроорганизмы, приводящие к порче томатов, размещаются на их защищенной кожицей поверхности и около хвостовика, поэтому термообработке можно подвергать лишь наружный подслой томатов. Для этого необходимо использовать кратковременный высокотемпературный режим стерилизации.
Расчет математической модели показывает, что при обработке томата в среде с температурой 150°С через У0 с первый подкожный подслой приобретает температуру 116,7°С, что достаточно для уничтожения всех спор и микроорганизмов в течение нескольких сотен секунд, пятый подслой нагревается до 52,8°С, а центральный — десятый —
остается с неизмененной (50°С) температурой; через 120 с соответственно 122,3; 56,1; 50 С, через 150 с — 126,1; 60,1; 50,3°С. Отсюда рекомендуемый режим стерилизации: температура выше 150°С, время, включая выдержку, 300-400 с.
Достоверность полученных результатов проверена лабораторными экспериментами и в условиях производства [2].
Аналогичным образом проведено математическое описание распределения тепла в соке, расфасованном в банку, в виде уравнения в любом участке пространства банки по радиусу и высоте. Процесс исследован на ЭВМ. Время термообработки определяется по расчету математической модели. Анализ результатов исследований показывает, что для достижения томатным соком температуры 98,7°С требуется 38 мин. Эти результаты также подтверждены лабораторными и производственными экспериментами.
ЛИТЕРАТУРА :■
1. Фан-Юнг А.Ф., Флауменбаум Б.Л., Изотов А.К. Технология консервированных плодов, овощей, мяса и рыбы.
— М.: Пищевая пром-сть, 1980. — 336 с.
2. Артиков А.А., Додаев К.О., Акбаров А.Х. Низкотемпературная переработка томатопродуктов / / Пищевая пром-сть. — 1996. — № 6. — С. 66.
Кафедра информатики и автоматизации производственных процессов
Поступила 13.11.96
xapaf те пр В
ческс
увлеї
ЛЄНИІ
В
пред*
писаі
где
66.074.513.001.24
Раї несж лелы тика j силы чет с, нием полуг
Bq от КО' жидк к газ фазы зуем ураві повер
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЛЩИНЫ ПЛЕНКИ ЖИДКОСТИ В ВЕРТИКАЛЬНЫХ ПЛОСКИХ КАНАЛАХ
Ю.Г. НЕЧАЕВ, Г.П. ЕСИПОВ, А.Д. ВЕЛИКОРОДНИЙ, Е.М. МИХАЛЬЧУК
Кубанский государственный технологический университет АО Краснодартеплоэнерго
Одним из перспективных направлений интенсификации тепло- и массообменных процессов между газом и жидкостью является прямоточное взаимодействие газа и пленки жидкости, поскольку такое взаимодействие не накладывает ограничений на скорость движения фаз и позволяет проводить процессы в наиболее интенсивных гидродинамических режимах.
В настоящее время все большее применение находит тепломассообменная аппаратура как с нисходящим прямоточным движением фаз, так и с прямоточным движением фаз в горизонтальной плоскости.
В этом плане представляет интерес прямоточная аппаратура для охлаждения водорода в схемах гидрогенизации жиров, очистки газов от пыли в производстве синтетических моющих средств, улавливания бензина из паровоздушных выбросов, которая основана на использовании плоских, гофрированных и профилированных вертикальных каналов [1-3]. Наиболее простыми для описания процессов гидродинамики и тепломассообмена являются вертикальные плоские каналы, реализую-
щие течение газожидкостного потока в прямоугольных полостях.
Для прямоугольных полостей установлено, что турбулизация внешнего потока приводит к значительному увеличению скорости рециркуляционного движения и интенсивности турбулентных пульсаций в полости. Продольный интегральный масштаб турбулентности внутри полости практически не зависит от уровня внешней турбулентности, а его величина приблизительно соответствует значению на нижней границе смешения.
Профиль осредненной скорости во внутренней части пограничного слоя на дне полости удовлетворительно описывается теоретической зависимостью Блазиуса для ламинарного пограничного слоя и не зависит от уровня внешней турбулентности [4, 5].
При прямоточном движении газа и пленки жидкости на ее поверхности происходит интенсивное волнообразование, которое в значительной степени определяет скорость тепло- и массообмена в пленке. Поскольку структура волн на ее поверхности имеет сложный характер, теоретический расчет основных параметров — толщины пленки, амплитуды, длины и фазовой скорости волн — в настоящее время очень сложен и перечисленные параметры измеряются экспериментально. Толщина пленки входит в число Рейнольдса и является
Пр
внеш
деист
котор
где
Тог
ЛИрОЕ
где Пол (3) и
Дл 5
подст; в вида
Реи
характерным геометрическим размером при расчете процессов тепломассообмена.
В настоящей работе сделана попытка аналитического определения толщины пленки жидкости, увлекаемой потоком газа в горизонтальном направлении по стенкам вертикального плоского канала.
В общем случае для ламинарного течения распределение скорости в жидкой пленке можно записать в виде полинома [6]
и/и^ = а +Ь(у/И), (1)
где и — распределение скорости в пленке;
и — скорость пленки на границе раздела фаз;
а,Ь — коэффициенты, определяемые из граничных условий;
/г — толщина пленки; у — ширина канала.
Рассмотрим стационарное ламинарное течение несжимаемой жидкости между плоскими параллельными стенками бесконечной высоты. По вертикальным стенкам канала под действием внешней силы трения, обусловленной движением газа, течет слой жидкости 0<к<у с линейным распределением скорости, определяемой уравнением (1). В полупространстве у>И газ течет со скоростью
= /(*/)• (2)
Все параметры исследуемого течения не зависят от координаты х. Параметры, относящиеся к слою жидкости, оставлены без индекса, а относящиеся к газу, отмечены индексом 1. Скорость газовой фазы может быть осреднена, В этом случае используем скорость газовой фазы в ядре потока м10. К уравнению (1) присоединим граничные условия на поверхности стенки канала
у = 0, и - 0. (3)
При движении пленки жидкости под действием внешней силы, обусловленной движением газа, действует постоянное касательное напряжение г0, которое можно рассчитать по формуле
(и,о — и )
• *0 = > (4)
где
£
р,-
коэффициент трения газа о повер хность пленки; плотность газа.
Тогда на границе пленки и газа можно сформу лировать следующие условия при у = к:
.^(“ю ~итр?
ди
И
дУ
= V
(5)
где 1л — динамическая вязкость жидкости.
Подставив в уравнение (1) граничные условия (3) (5), после преобразования получим
^ Р\(ЦкЗ ~ Мгр) /г*\
« = £------<«
Для определения скорости в уравнение (6) подставим у - к. Тогда выражение (6) перепишется в виде
(7)
Решив уравнение (7) относительно и получим 2и10(£р,*» + \±-^ию(^р1¥^) + 1
~гр
2(0?!^м)
(8)
Таким образом, подставляя формулу (8) в выражение (6), можно производить расчеты скорости в жидкой пленке.
Толщина пленки жидкости невелика, поэтому принимаем линейный закон распределения скорости жидкости по толщине пленки
' и = (и^ у)/к. (9)
Среднее значение скорости жидкости по толщине пленки описывается выражением
(Ю)
Пленка жидкости распределяется по двум вертикальным стенкам канала высотой Я. Тогда для расчета расхода жидкости в канале можно использовать выражение
I = 2Hh.ii
ср-
(И)
Решив уравнение (10) и подставив его в выражение (11), получим
Я/2
Ь - и10Нк + ± уТгГ^сГТТ
tp.il а = (12)
2и
Решив уравнение (12) относительно к, получим выражение для расчета толщины пленки на стенке канала
к = -М-±^^~ . (13)
Учитывая физический смысл величины /г, выбираем ее положительное значение и окончательно имеем
к =
и{0Н
+
(14)
&1а юЯ '
Экспериментальное исследование образования и движения пленки жидкости проводили в одиночном канале из оргстекла (Ь*к*1 = 1()х 140x400 мм) для возможности визуального наблюдения. Скорость газа в канале да изменяли от 5 да 25 м/с, расход жидкости от ГО до 50 дм3/ч. Опыты проводили на системе воздух—вода при температуре 19-26°С. Воду подавали из вертикально установленной трубки диаметром 8 мм с тремя отверстиями диаметром 1 мм, расположенными по высоте канала на расстоянии 40, 85 и 140 мм от его дна. Трубка устанавливалась на расстоянии 10 мм от входа в канал.
Из приведенных данных распределения пленки по вертикальной поверхности канала при различных режимах работы (рисунок: а — Ь = 10 дм3/ч; б — Ь = 20 дм3/ч) следует, что при тю менее 15 м/с жидкость из отверстий вытекает без дробления и образования пленки на стенке. С увеличением расхода воды возрастает только траектория струи на стенке (пунктиром показаны отдельные струи).
При &) = 15 м/с и выше в центральной части канала образуется сплошная пленка (заштрихованная часть рисунков). В конечной части канала пленка опять дробится на отдельные струи. При максимальной скорости т = 25 м/с и расходе жидкости Ь= 10 дм3/ч пленка образуется приблизительно на 75% поверхности стенок. С увеличением Ь до 20 дм /ч величина поверхности, покрытая пленкой, возрастает до 80-85%. При больших расходах воды вся поверхность стенок покрыта
7, мт
*о /60 2Чо '320
їй .,ЛГс £\/е £ЖПН
г—"7 // и£ ■■■ 2<у /і.
~<4 у,' '
і$о
ЯЪо 32о £'Мп
пленкой. При форсуночной подаче жидкости в канал его входная поверхность смачивается полностью, на выходе из канала отмечены ранее описанные закономерности распределения.
По задержке жидкости определена опытная толщина пленки на стенках канала. Опытные значения толщины пленки для режимов полной смачиваемости поверхности каналов совпадают с расчетными с точностью ±15%, что является достаточным для проведения инженерных расчетов.
ЛИТЕРАТУРА
1. А.с. 1433485 СССР. Насадочная тепломассообменная колонна / Ю.Г. Нечаев, В.М. Костров, Е.М. Михальчук и • др. — Опубл. в Б.И. — 1988. — № 40.
А.с. 17661487 СССР. Насадочная тепломассообменная колонна / Ю.Г. Нечаей, В.М. Костров, Е.М. Михальчук, Г.П. Есипов. — Опубл. в Б.И. — 1992. — № 37.
3. Пат. 2009690 Россия. Насадочная тепломассообменная колонна / Ю.Г. Нечаев, Г.П. Есипов, В.М. Костров и др. — Опубл. в Б.И. — 1994. — № 6.
4. Николаев В.М., Шерстюк А.Н. Развитое турбулентное течение и теплообмен в диффузоре, образованном параллельными стенками // Инж.-физ. журн. — 1971. — XX.
— № 3. — С. 415-422.
5. Влияние внешней турбулентности на течение в прямоугольной полости /А.А. Бормусов, Г.А. Глебов, А.Н. Щелков и др. // Механика жидкости и газа. — 1986. — № 2. — С. 162-165.
6. Дейч М.Е., Филиппов Г.А. Газодинамика двухфазных сред. — М.: Энергия, 1968. — 321 с.
Кафедра промышленной теплоэнергетики
Поступила 15.02.97
66.012-52
ДВУКРАТНО-ИНТЕГРИРУЮЩАЯ САР УГЛОВОЙ СКОРОСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА С УЛУЧШЕННЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ
Ю.П. ДОБРОБАБА, С.В.НЕСТЕРОВ, А.Г. МУРЛИН, В .А. МУРЛИНА, А.Ю. ЧУМАК, Д.В. ДОРОФЕЕВ
Кубанский государственный технологический'университет
Для автоматизации циклических технологических процессов в пищевой промышленности используется типовая двукратно-интегрирующая САР угловой скорости электропривода, обеспечивающая нулевую статическую ошибку контура скорости [1].
Опыт эксплуатации таких систем электроприводов показал, что они не всегда обеспечивают требуемые производительность технологических установок и качество выпускаемой ими продукции, так как обладают следующими недостатками:
низкое быстродействие контуров регулирования;
значительная динамическая ошибка контура скорости;
значительная статическая ошибка контура тока, обусловленная влиянием обратной связи по ЭДС двигателя.
■ Поэтому задача по разработке САР угловой скорости электропривода, компенсирующей вышеперечисленные недостатки, является актуальной.
На рисунке представлена структурная схема двукратно-интегрирующей САР угловой скорости электропривода с улучшенными характеристиками, отдельные блоки которой защищены авторскими свидетельствами и патентом на изобретение [2-7]. Приняты обозначения: Ф — фильтр; РС.РТ — регуляторы скорости и тока; 777 — тиристорный преобразователь; ДПТ — датчик производной тока якорной цепи электродвигателя;
И, МП 8о
4го
о
#о Чо о
Ь, мм
8о
Чо
о
Ь,МгI
ео Уо
о
и о 12 0 £' мм
, мм
