К.т.н., доц. Білик С.Г., к.т.н. Бунько В.Я.

Відокремлений підрозділ Національного університету біоресурсів і природокористування України «Бережанський агротехнічний інститут»

ДОСЛІДЖЕННЯ ЗМІНИ ТИСКУ ПАРИ В ЦЕНТРІ ЗЕРНІВКИ ПРИ ЇЇ НВЧ НАГРІВІ

При експериментальних дослідженнях впливу електромагнітного НВЧ поля на матеріал необхідним є дослідження проходження зерна через активну зону, умов для рівномірної обробки зерна в НВЧ активній зоні апарату, стан зернового шару при сушінні. Зміну параметрів процесу сушіння матеріалу та агента сушіння визначали, використовуючи відомі залежності коефіцієнта дифузії від температури і тиску в газах, методи термодинаміки необоротних процесів, залежність масовіддачі від гідродинамічних, фізичних і геометричних факторів.

Коефіцієнт конвективного теплообміну (конвективної дифузії пари) відіграє важливу роль в обґрунтуванні процесів тепло- і волого обміну, в тому числі і при НВЧ обробці. Визначення чисельної величини цього коефіцієнта – один із вагомих етапів розрахунку НВЧ сушіння зерна.

Стан продукту, який підлягає діелектричному нагріву в НВЧ полі описується системою диференціальних рівнянь.

Система диференціальних рівнянь тепло- та вологопереносу має вигляд: [1]:

, (1)

де - коефіцієнт фазового перетворення рідина-пара;

- густина сухої речовини взірця;

- коефіцієнт дифузії рідини;

с – питома теплоємність взірця;

- відносний коефіцієнт термодифузії;

- коефіцієнт конвективної дифузії;

- надлишковий тиск у взірці;

- ємність взірця по відношенні до вологого повітря.

- питома теплота пароутворення;

- потужність внутрішніх джерел теплоти;

Коефіцієнт конвективної дифузії пари (а_р), може бути визначений за допомогою експериментальних кривих релаксації надлишкового тиску пари в зернівці. [2]:

Рис.1 – Криві зміни тиску пари і температури при НВЧ нагріві.

Для нагріву зернового шару необхідно відмітити дві особливості:

а) швидкість зміни температури зернового шару набагато менше швидкості зміни температури в одній зернівці;

б) швидкість зміни тиску пари всередині зернівки значно більша швидкості зміни температури. Інтенсивність НВЧ нагріву характеризується величиною критерію Померанцева .

Криві розподілу надлишкового тиску (рис.1) можуть бути апроксимовані в першому наближенні формулою [1]:

, (2)

де - тиск пари в центрі зернівки, Па.

Перед НВЧ сушаркою шару зерна, який не продувається примусово повітрям, між зерном і повітрям між зернового простору встановлюється стан гігрометричної рівноваги. Тому, можна прийняти, що P(0)=Рн. Для вологості зерна 20% і температурі нагріву зерна 20^оС тиск насиченої пари, при температурі рідини, яка випаровується складає 2327,5Па [2]. Тиск пари матеріалу буде таким:

P(0)=465,5Па.

В результаті вирішення рівняння (3) отримаємо:

(3)

Даний вираз дозволяє отримати зміну тиску пари в центрі зернівки при її НВЧ нагріві.

Криві росту і релаксації тиску схематично можуть бути представлені наступним чином (рис.2).

Рис.2 – Динаміка зміни тиску пари в зерні при НВЧ нагріві

Отримані результати дозволяють говорити, що в початковий момент часу після припинення впливу НВЧ поля на зерновий шар за зміною різниці температур між поверхнею зернівки і її центром можна судити про релаксацію тиску пари в зернівці. Швидкість зміни тиску в зернівці при НВЧ нагріві має лінійний характер (з коефіцієнтом кореляції 0,999) з динамікою різниці температур центру і поверхні зернівки, що дозволяє контролювати процес зміни тиску в зернівці за різницею температур.

Література:

1. Лыков А.В. Исследование процессов сушки в поле высокой частоты [Текст] /А.В.Лыков, Г.А.Максимов // Тепло- и массообмен в капилярно-пористых телах. - Л., М.: Госэнергоиздат, 1973. – 535 с.

2. Бородин И.Ф. Применение СВЧ-энергии в сельском хозяйстве [Текст]/И.Ф. Бородин, Г.А. Шарков, А.Д. Горин. – М.: ВНИИТЭИ агропром, 1987. – 56с.

3. Анискин В.И. Теория и технология сушки и временной консервации зерна активным вентилированием[Текст]/В.И.Анискин, В.А.Рыбачук.– М.: Колос, 1972. – 199 с.