Методы и средства измерения тепловых и влажностных свойств пищевых продуктов и материалов в условиях их замораживания и размораживания

• Автор: Баранов, Игорь Владимирович
• Шифр специальности: 05.14.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 146 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Перечень сокращений и условных обозначений, символов и единиц измерений

Введение

1. Состояние вопроса

1.1. Влияние влаги в пищевых продуктах на технологию их обработки и хранения

1.2. Основные сведения об энтальпии и теплоемкости пищевых продуктов

1.3. Методы исследования энтальпии и теплоемкости пищевых продуктов

1.4. Методы определения влагосодержания пищевых продуктов и других материалов

1.5. Выводы по главе

2. Теоретическое обоснование метода измерения теплофизических характеристик влагосодержащих материалов в условиях их замораживания и размораживания
2.1. Физические основы метода измерений
2.2. Выбор схемы теплоизмерительной ячейки
2.3. Исходная математическая модель ячейки
2.4. Температурное поле прослойки
2.5. Температурное поле исследуемого материала в условиях замораживания и размораживания
2.6. Обоснование исходных соотношений для расчета эффективной теплоемкости и энтальпии материалов
2.7. Методика расчета тепловых характеристик материалов
2.7.1. Определение энтальпии пищевых продуктов
2.7.2. Определение эффективной теплоемкости и криоскопической температуры пищевых продуктов
2.7.3. Определение интегральной теплоты плавления и энтальпии фазовых превращений влаги
2.7.4. Определение истинной теплоемкости продукта и дифференциальной теплоты плавления влаги
2.8. Определение влажностных характеристик продукта

2.8.1. Определение влагосодержания материалов по теплоемкости продукта
2.8.2. Определение влагосодержания по теплоте фазовых превращений воды
2.8.3. Определение влагосодержания и доли невымороженной воды на
различных уровнях температуры
2.9. Выводы по главе
3. Выбор конструкции теплоизмерительной ячейки и блок-схемы электронно-вычислительного устройства
3.1. Конструкция тепло измерительной ячейки
3.2. Схема электронно-вычислительного блока экспериментальной установки
3.3. Выводы по главе
4. Методика измерений и обработки результатов опыта. Анализ метрологических возможностей теплоизмерительной ячейки
4.1. Методика градуировки микрокалориметра
4.2. Методика измерений и обработки экспериментальных данных
4.3. Методика определения количества влагосодержания материала по интегральной теплоте плавления льда
4.4. Методика расчета влагосодержания в образцах в интервале температур от 20 до 40 °С
4.5. Анализ метрологических возможностей экспериментальной установки
4.6. Результаты исследований теплофизических и влажностных свойств пищевых продуктов и материалов
4.7. Выводы по главе
Заключение
Список использованной литературы
Приложение

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ, УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И ЕДИНИЦ ИЗМЕРЕНИЙ
/э(т) - скорость изменения температуры образца, К/с;
С, Су, С’з - теплоемкости образца, ампулы, прослойки, блока, соответственно, Дж/К;
с эф (О» С3 эф (0 “ удельные эффективные теплоемкости исследуемого вещества, прослойки, соответственно, Дж/(кг-К);
- удельная теплоемкость исследуемого вещества, Дж/(кг-К);
Св - удельная теплоемкость воды, Дж/(кг-К);
Сд (/) - удельная теплоемкость дюралюминия, Дж/(кг-К)
слат (О - удельная теплоемкость латуни, Дж/(кг-К)
смц{0 - удельная теплоемкость медного цилиндра, Дж/(кг-К)
С'м - удельная теплоемкость исследуемого вещества при отрицательной температуре, Дж/(кг-К)
Сл - удельная теплоемкость льда, Дж/(кг-К);
Сс - удельная теплоемкость сухого остатка в исследуемом веществе, Дж/(кг-К); ёь §2> ёъ> > ёп - массовые доли компонентов водосодержащей смеси; к - удельная энтальпия, Дж/кг;
/гк(0 - удельная энтальпия однофазных компонентов, Дж/кг;
/7фп(/) - удельная энтальпия плавления свободной и связанной воды (теплота льдообразования), Дж/кг;
М) - тепловая проводимость теплоизоляционной прослойки (тепломера), Вт/К;
М - масса исследуемого вещества, кг;
Ма - масса ампулы, кг;
МБ - масса воды в исследуемом веществе, кг;
Мл - масса льда в исследуемом веществе, юг;
Мш - масса медного цилиндра, кг; т - темп охлаждения ампулы, с'1;
дпл - удельная теплота плавления (затвердевания) исследуемого вещества, Дж/кг;
с/плв - удельная теплота плавления льда, Цтъ — 334,1 кДж/кг;
С](Я, т) - плотность теплового потока, Вт/м2;
где О - порция джоулевой теплоты, подведенной к ампуле и образцу от электрического нагревателя, Дж; А/ - изменение температуры ампулы и образца за время одного опыта, К; Сам(/) - полная теплоемкость пустой ампулы, Дж/К.
Метод порционного подвода теплоты в адиабатических условиях обладает следующими преимуществами. Во-первых, позволяет исследовать (как и метод непрерывного нагрева образца) все виды пищевых продуктов (твердые, жидкие, пастообразные) в диапазоне от 77 до 373 К. Во-вторых, обеспечивает условия установления термодинамического равновесия в начальный и конечный периоды проведения эксперимента и соответственно более высокую точность измерения разности между начальной и конечной температурами А?. В-третьих, дает возможность повторения экспериментов с одним и тем же образцом при одной и той же температуре. В-четвертых, позволяет менять (уменьшать) повышение температуры образца и тем самым повышает точность экспериментальных данных в области интенсивных фазовых переходов.
Данному методу однако, присущи все недостатки метода непрерывного подвода теплоты. Дополнительным недостатком является увеличение продолжительности эксперимента, которое связано с необходимостью многократного установления термодинамического равновесия. Авторы метода порционного подвода теплоты, осуществляемого в адиабатических условиях, оценивают длительность работы с одним образцом в течение 150 - 200 часов непрерывной работы. Если же опыты ставятся при температурах ниже криоскопи ческой, то при каждом новом замораживании приходится использовать свежую пробу образца, чтобы по возможности устранить влияние необратимых структурных изменений в исследуемом продукте.
С помощью методов непрерывного разогрева и порционного (импульсного) подвода теплоты проводились работы по стандартизации справочных данных по теплофизическим свойствам пищевых продуктов. Исследования проводились ВНИКТИХолодпромом, который является базовой органи-