Ермоленко М.В., к.т.н., Давыдова С.Г., Садвакасова А., Куликова Е.

Семипалатинский государственный университет имени Шакарима

Исследование теплофизических характеристикбиологических материалов

При выполнении расчетов конкретных процессов подвода и отвода теплоты надо знать значения теплофизических характеристик продукта (удельной теплоемкости, теплопроводности, температуропроводности). Для пищевых материалов теплофизические характеристики в каждом отдельном случае зависят от влажности, температуры, плотности, жирности и других свойств. Процессы фазовых переходов также влияют на их значения.

Большое распространение для измерения ТФХ различных материалов получил метод регулярного режима, предложенный Г. М. Кондратьевым.

Для определения теплофизических характеристик исследуемых материалов при отрицательных температурах нами была использована экспериментальная установка, разработанная на кафедре «Техническая физика» Семипалатинского государственного университета имени Шакарима (рисунок 1), позволяющая определять температуропроводность, теплопроводность и теплоемкость при низких температурах. На данную холодильную установку имеется предварительный патент Республики Казахстан.

Эта установка включает в себя компрессор для сжатия паров холодильного агента, конденсатор воздушного охлаждения для конденсации паров холодильного агента, ресивер, вентиль, регулирующий питание испарителя холодильным агентом, холодильную камеру в виде корпуса с крышкой. Внутри корпуса вокруг тонкостенной гильзы размещен змеевик испарителя. Регулирование температуры в корпусе и циклическая работа обеспечивается командным прибором, датчик которого размещен в корпусе холодильной камеры. Контроль температурных параметров внутри гильзы осуществляется измерительным прибором, датчики которого установлены в гильзах. Корпус заполнен жидким хладоносителем.

Для определения теплофизических характеристик используются калориметры с термопарами для измерения температуры. Калориметры № 1 и 2 заполняются исследуемым материалом. Калориметр № 3 (эталонный) выполнен из меди и имеет одинаковые размеры с калориметром № 2, что позволяет определить коэффициент теплоотдачи. Калориметр № 1 имеет больший размер и используется для определения температуропроводности. При проведении опыта калориметры № 2 и 3 размещаются внутри воздушного стакана термостата одновременно, а калориметр № 1 – непосредственно в термостате.

1- компрессор; 2- конденсатор; 3- ресивер; 4- испаритель; 5- хладостат;

6- калориметр № 1; 7- калориметр № 2; 8- калориметр № 3; 9- КСП-4;

10 - воздушная камера

Рисунок 1 – Схема экспериментальной установки

В каждом калориметре в среднем сечении установлены две термопары. Одна из термопар помещается на оси, другая – в точке с координатой . Все термопары выполнены по дифференциальной схеме. Горячие спаи термопар находятся в термостате. Измерительная цепь каждой термопары содержит дискретный переключатель и милливольтметр.

По полученным данным для калориметров № 1, № 2 и № 3 строятся графики функций . линейные участки на полученных графиках в системе координат , соответствуют регулярному тепловому режиму, угловые коэффициенты равны темпу охлаждения (нагрева) . После чего были рассчитаны коэффициенты температуропроводности, теплопроводности и теплоемкости для мясорастительного фарша пельменей «Лидия».

В результате матеметической обработки эксперементальных данных для пельменей «Лидия» получена аналитические зависимости

коэффициента температуропроводности :

(1)

коэффициента теплоемкости :

(2)

коэффициента теплопроводности:

(3)

Расчетные уравнения (1) – (3) пригодны для диапазона температур 243 – 263 К с погрешностью 5 %.

При проведении эксперимента было установлено, что с понижением температуры наблюдается снижение теплоемкости и увеличение коэффициентов температуропроводности и теплопроводности.

Литература

1. Гинзбург А.С., Громов М.А., Красовская Г.И. Теплофизические характеристики пищевых продуктов. - М.: Пищевая промышленность, 1980.- 288 с.

2. Практикум по теплопередаче: Учеб. пособие для вузов/А.П. Солодов, Ф.Ф. Цветков, А.В. Елисеев, В.А. Осипова; Под ред. А.П. Солодова. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 296 с.