100
Различают два способа подвода теплоты к продукту. В первом случае теплота
подводится путем теплообмена с внешней средой, причем
внешней средой могут быть
воздух, вода, пароводяная смесь или нагретые металлические плиты. В этом случае передача
теплоты в продукте осуществляется теплопроводностью. Во втором случае теплота
генерируется внутри продукта за счет поглощения энергии высокочастотных колебаний,
которая переходит в тепловую.
Продолжительность размораживания при первом способе подвода теплоты
сокращается с увеличением разности температур окружающей
средой и поверхностью
продукта; скорости циркуляции среды; относительной влажности воздуха; отношения
F/V,
где
F— поверхность
продукта,
V — объем продукта.
Продолжительность размораживания при высокочастотном
нагреве зависит от
электрофизических характеристик продуктов и параметров установки. С увеличением
частоты колебаний продолжительность размораживания уменьшается.
Процесс размораживания по первому способу условно делят на две стадии. Первая
стадия — отепление материала до криоскопической температуры
t
кp
на его поверхности,
осуществляемое конвективным теплообменом с окружающей средой. Вторая стадия —
таяние льда, которое начинается на поверхности материала и
заканчивается в области его
термического центра. При этом основной механизм передачи теплоты в продукте —
молекулярная теплопроводность как сухих веществ, так и влаги в виде воды или льда. При
выводе формулы, определяющей продолжительность процесса, приняты следующие
допущения: продукт представляет собой однородное изотропное тело в виде неограниченной
пластины, температура окружающей среды и коэффициент теплоотдачи,
теплоемкость,
теплопроводность и плотность материала в процессе размораживания остаются
постоянными.
Продолжительность первой стадии размораживания можно определить путем
решения дифференциального уравнения теплопроводности
dt/dτ = λ(d
2
t/dx
2
)
при условии, что
количество теплоты, подводимой к поверхности продукта, должно
быть равно количеству
теплоты, отводимой от поверхности внутрь продукта путем теплопроводности (граничное
условие третьего рода):
α
(t
0
- t
п
) =
-
λ dt/dx. (77)
Коэффициент теплоотдачи α находят из известной критериальной зависимости
Nu = 0,032 Re
0,8
. (78)
Не приводя подробного решения дифференциального уравнения, представим
продолжительность первой стадии размораживания в виде
τ = (
l
2
/a
μ
1
2
) ln[(
t
0
– t
н
)
A
1
cosμ
1
/(
t
0
– t
кр
)], (79)
где
а — коэффициент температуропроводности продукта, м
2
/с; μ
1
—
корень
характеристического уравнения, находится в зависимости от Bi = α
l/λ
np
; A
1
—
коэффициент,
определяемый корнем характеристического уравнения μ
1
:
А
1
= (2 sin
μ
1
) / (
μ
1
+ sin
μ
1
cos
μ
1
). (80)
Так как корень характеристического уравнения μ
1
полностью определяется
критерием Bi, то и постоянный коэффициент
А
1
является однозначной функцией Bi.
Существуют таблицы, по которым можно определить величину
А
1
, зная критерий Bi (табл.
4). Порядок расчета продолжительности первой стадии размораживания следующий:
1) определить коэффициент теплоотдачи α по критериальному уравнению (78) и
критерию Re;
2) определить критерий Bi;
101
3) по табл. 4 найти μ
1
в зависимости от найденного
критерия Bi;
4) определить постоянную
А
1
по формуле (80) или из таблиц;
5) определить продолжительность первой фазы размораживания по формуле (79).
Эксперименты и расчеты показали, что длительность первой стадии размораживания
составляет в среднем около 30 % длительности основной, второй стадии, поэтому в общую
продолжительность процесса в дальнейшем будет введен коэффициент
т = 1,3.
Таблица 4
Достарыңызбен бөлісу: