Математическое моделирование процесса термообработки шоколадной глазури в поле ТВЧ

• Автор: Ряжских, Эдуард Владимирович
• Шифр специальности: 05.18.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 135 с. : ил.

Введение.

Г л а в а 1. Современное состояние теории, техники и технологии

обработки пищевых продуктов в поле ТВЧ.

1.1. Физические основы ТВЧнагрева.

1.1.1. Основы ТВЧнагрева

1.1.2. Нагрев диэлектриков в переменном электрическом поле

1.1.3. Напряженность электрического поля в материале.

1.2. Особенности воздействия ТВЧэнергии на пищевые

продукты

1.2.1. Процессы, происходящие при ТВЧнагреве пищевых продуктов.

1.2.2. Влияние ТВЧнагрева на качественные показатели пищевых продуктов.

1.3. Способы и аппараты для проведения технологических
процессов с использованием ТВЧэнергоподвода.
1.4. Характеристика шоколадной глазури.
1.4.1. Общая характеристика и разновидности глазури в зависимости от сырья
1.4.2. Пищевая и энергетическая ценность глазури.
1.4.3. Требования к качеству глазурей
1.5. Основы расчета при ТВЧнагреве
1.5.1 Уравнения теплового поля.
1.5.2 Расчет тепловых полей методом конечных разностей
1.6. Цели и задачи исследования.
Г л а в а 2. Свойства шоколадной глазури как объекта
плавления
2.1. Основные структурные элементы шоколадной глазури и их
свойства.
2.1.1 Вода в глазури.
2.1.2. Жиры и жироподобные вещества
2.1.3. Дополнительные композиционные составляющие глазури
2.2. Физические параметры глазури
2.3. Реологические показатели
. 2.4. Определение электрофизических свойств глазури
2.5 Определение теплофизических характеристик шоколадной
глазури
Г л а в а 3. Исследование процессов, протекающих при обработке
шоколадной глазури полем ТВЧ.
3.1. Методика проведения экспериментов и схемы экспериментальных установок
ф 3.1.1. Методика проведения экспериментов на установке
периодического действия ВЧД2
3.1.2. Методика проведения экспериментов на высокочастотной установке непрерывного действия
3.2. Кинетика нагрева шоколадной глазури при переменной напряженности электромагнитного поля в периодическом режиме.
3.3 Кинетика нагрева шоколадной глазури при переменной частоте электромагнитного поля в непрерывном режиме
Г л а в а 4. Математическое моделирование процесса нагрева шоколадной глазури
4.1. Математическая модель периодического режима нагрева .
4.1.1 Постановка задачи.
4.1.2. Решение уравнений модели.
4.1.3. Анализ решения.
4.2. Инженерная методика расчета
4.3. Математическая модель непрерывного режима
4.3.1 Постановка задачи.
4.3.2. Инженерная методика расчета
Г л а в а 5. Практическая реализация результатов исследования
5.1. Способ диэлектрической обработки продуктов в блоках
5.2. ТВЧкамера для диэлектрической обработки
пищевых сред
5.3. Устройство для формования мороженного с подогревом шоколадной глазури токами ВЧ
5.4. Бизнеспланирование и техникоэкономическое обоснование реализации инновационного проекта плавления шоколадной глазури ТВЧ для глазирования кондитерских изделий
5.4.1 Резюме
5.4.2 Характеристика рынков сбыта и конкурентов.
5.4.3 План маркетинга.
5.4.4 Календарный план
5.4.5 Финансовый план.
Основные выводы и результаты
Библиографический список
Приложение
Основные условные обозначения
Е напряженность, Всм2.
тангенс угла диэлектрических потерь
е относительная диэлектрическая проницаемость материала
со частота, Гц
X длинна волны, м
р,д угол, град
ускорение свободного падения, мс2 а коэффициент температуропроводности, м с с теплоемкость, ДжкгК р плотность кгм
Г, , температура, К
К расстояние, м
V напряжение, В р мощность, Вт
объемный тепловой источник, Втм
V коэффициент динамической вязкости, м2с
А температурный напор С
Р коэффициент термического расширения, К
Безразмерные числа и критерии
О критерий Грасгофа
Рг критерием ГТрандтля
Ре критерий Пекле
Ы безразмерный коэффициент теплоотдачи число Био
Индексы
ТВЧ ток высокой частоты СВЧ сверхвысокая частота ВЧ высокая частота ЭМП электромагнитное поле СПС схемы питания и согласования ГУ граничные условия ТУ технологическое устройство с среды ср средняя э эталон, эквивалентный м материал р.к. радиус кольца в воздуха, внутренняя пр пробивная напряженность.
Введение


Диссертационная работа выполнялась на кафедре Машины и аппараты пищевых производств Воронежской государственной технологической академии в рамках госбюджетной научно исследовательской тематики Тепло и массообмен при высокоинтенсивной сушке продуктов животного и растительного происхождения. Цель и задачи. Целью исследования является идентификация рациональных режимов процесса термообработки шоколадной глазури при плавлении в поле ТВЧ на основе комплексного изучения электрофизических, физикохимических и реологических характеристик и разработка технологических и конструкторских решений при практической реализации. ТВЧнагрева шоколадной глазури. Научная новизна. На основе комплексного исследования шоколадной глазури как объекта ТВЧнагрева получены данные о тангенсе угла диэлектрических потерь, установлен реологический закон течения в виде степенной зависимости касательного напряжения от скорости деформации, жидкофазное состояние шоколадной глазури классифицировано как вязкопластический материал с индексом течения меньше единицы и не зависящим от температуры. Результаты экспериментального исследования кинетики ТВЧнагрева шоколадной глазури при различных значениях напряженности электромагнитного поля и частоты колебаний. Математическая модель ТВЧнагрева шоколадной глазури, учитывающей неоднородность температурного поля в процессе термообработки с учетом теплообмена с окружающей средой в периодическом и непрерывном режимах. Результаты вычислительного эксперимента по определению скорости перемещения границы раздела фаз при плавлении и степени неоднородности температурного поля в рабочей ячейке, позволяющей идентифицировать зоны перегрева продукта при термообработке. ГЛАВА 1. Несмотря на то, что явление нагрева диэлектриков, помещенных в переменное магнитное поле, было известно давно, попытки использовать это явление для практических целей появились значительно позднее. В начале особое внимание уделялось изучению влияния токов высокой частоты на биологические клетки. Результатом этих работ был диатермический метод нагрева человеческих тканей токами высокой частоты, нашедшей широкой применение в медицине ,,. С середины XX года были начаты работы по применению токов высокой частоты для технологических целей в пищевой, химической, деревообрабатывающей, керамической и резиновой промышленности. Были проведены широкие исследования по разработке ТВЧустановках конвейерного типа, предназначенных для обезвоживания, бланширования, варки, пастеризации, стерилизации и дефростации различных продуктов. В дальнейшем интерес к этому методу снизился в связи с отсутствием надежной техники, однако в последнее время вновь наблюдается оживление, как в создании аппаратуры, так и в разработке новых процессов. Появились работы, посвященные комплексной оценке качества готовых изделий, обработанных ТВЧ . Рис. Во всех устройствах высокочастотного нагрева общими процессами являются электромагнитные и тепловые, причем тепловые процессы включают в себя процессы теплопередачи внутри нагреваемого тела и внешнего теплообмена, в том числе теплообмена с окружающей средой при термооб работке. В различных технологических устройствах появляются также специфические взаимосвязанные явления разной физической природы . В результате нагрева и охлаждения возникают внутренние термические и структурные напряжения, происходят преднамеренно создаваемые или сопутствующие физикохимические процессы. К полезным относятся процессы химикотермической обработки, гомогенизации, фазовые превращения и т. Сопутствующими являются процессы роста зрна, поверхностного обезуглероживания и окисления и т. Особенностью высокочастотного метода нагрева, принципиально от личающей его от других методов, является выделение тепловой энергии в самой массе нагреваемого материала. В настоящее время в зависимости от электрических свойств материала широко распространены два способа высокочастотного нагрева индукционный нагрев проводниковых материалов в магнитном поле и нагрев непроводниковых материалов в электрическом поле.