audyt1

Ćwiczenie audytoryjne:

OPERACJE CIEPLNE W TECHNOLOGII ŻYWNOŚCI - LABORATORIUM WIRTUALNE

Do kolokwium obowiązują wiadomości zawarte w niniejszej instrukcji oraz w podręczniku „Ogólna technologia żywności” (Pijanowski E. i in. „Ogólna technologia żywności”, wydanie 8 poprawione WNT Warszawa 2004) w rozdziałach:

5.2. Mechanizm przenoszenia ciepła

5.4. Operacje i metody termiczne w technologii żywności

1. Konwekcja ciepła - wyznaczanie konwekcyjnego współczynnika przenikania ciepła dla powietrza i wody

1.1. Wstęp:

Właściwości termofizyczne żywności są istotne w modelowaniu takich operacji przemysłowego przetwarzania żywności, jak ogrzewanie, chłodzenie, smażenie, rozmrażanie i zamrażanie. Właściwości wykorzystywane do modelowania przepływu ciepła w tych procesach to: przewodnictwo cieplne (k), ciepło właściwe (c_p), gęstość (p) oraz przenikalność cieplna (a). Na te właściwości ma wpływ skład produktu żywnościowego. Oprócz właściwości żywności istotnym parametrem wpływającym na tempo ogrzewania i oziębiania jest konwekcyjny współczynnik przenikania ciepła h ogrzewającego lub chłodzącego płynu. Wartość h zależy od właściwości termofizycznych płynu otaczającego żywność, cech produktu (kształt, wymiary, temperatura powierzchni oraz chropowatość powierzchni), a także od charakterystyki przepływu płynu (prędkość, lepkość i turbulentność).

W literaturze można odnaleźć szeroki zakres wyznaczonych wartości h dla różnych procesów: 300 W/m²K dla chłodzenia wodą owoców i warzyw, 6-68 W/m²K dla chłodzenia w wymuszonym prądzie powietrza, 256-10.000 W/m²K dla sterylizacji w retortach parowych, 500-700 W/m²K dla immersyjnego chłodzenia wodą, 14-68 W/m²K dla ogrzewania w domowych kuchenkach.

Wartość h jest często obliczana z wykorzystaniem empirycznych zależności pomiędzy liczbami bezwymiarowymi (liczba Nusselta Nn„, liczba Reynoldsa Nr_c, liczba Prandtla Npr, liczba Grashofa Ner).

Przenikanie ciepła w konwekcji wymuszonej:    N\_u    = f(NR_e, N^)

Przenikanie ciepła w konwekcji naturalnej (swobodnej): N\_u = f(Nor, N*)

W literaturze pojawia się wiele równań do obliczeń wartości h dla obiektów o regularnych kształtach. Jednak nie istnieją szczegółowe wyrażenia    do    obliczeń    dla

nieregularnych geometrii. Częstokroć nieregularne kształty mogą być aproksymowane do kształtów regularnych, co umożliwia wykorzystanie istniejących już zależności. Jednak preferowaną metodą jest eksperymentalne wyznaczanie wartości h.

W tym ćwiczeniu będziemy wyznaczać wartości h dla obiektów    kulistych

zanurzanych w gorącej wodzie, nieruchomym powietrzu lub w powietrzu o wymuszonym obiegu, w różnych temperaturach, z wykorzystaniem metody kwazi-stacjonamej. Użyte zostaną lite kule aluminiowe o różnych średnicach, które będą ogrzewane lub chłodzone w określonym środowisku, a zmiany ich temperatury będą rejestrowane wraz z czasem. Analiza danych będzie obejmować obliczenia wartości h z danych eksperymentalnych dla różnych warunków. Wykorzystać należy następujące informacje:

Podczas ogrzewania lub chłodzenia litego obiektu gradient temperatury wewnątrz obiektu może być zaniedbany, jeśli liczba Biota jest mała (Nb, < 0,1). W takim przypadku

1