Тепло- и массообмен при размораживании

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 = αl/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

жүктеу/скачать 4.17 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: