Моделирование управляемого процесса замораживания термолабильных продуктов

• Автор: Махотин, Николай Викторович
• Шифр специальности: 05.14.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 131 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Основные термины, обозначения и сокращения
Введение
Глава 1. Обзор современного состояния теории и техники замораживания
термолабильного сырья растительного происхождения
1.1 Тенденции производства и потребления быстрозамороженных продуктов
1.2 Эффективность быстрого замораживания растительных продуктов
1.3 Методы быстрого замораживания растительных продуктов
1.4 Перспективные направления совершенствования процесса и оборудования быстрого замораживания растительных продуктов
1.5 Оборудование для быстрого замораживания растительных продуктов
1.5.1 В оздушные аппараты
1.5.2 Аппараты замораживания в некипящей жидкости
1.5.3 Скороморозильные аппараты с безмашинной проточной системой
хладоснабжения
1.6 Анализ существующих математических решений задачи о замораживании
1.6.1 Задача Стефана в классической и обобщенной постановке. Ее простейшие решения
1.6.2 Продолжительность замораживания
1.7 Цели и задачи исследований
Глава 2. Исследование процесса замораживания частиц сферической формы в
среде жидкого и газообразного азота
2.1 Экспериментальная установка и методика проведения экспериментов
2.1.1 Исследование процесса замораживания сферических частиц в неподвижном слое

2.2 Результаты экспериментальных исследований для одной частицы
2.2.1 Изменение толщины промёрзшего слоя частицы картофеля во времени при замораживании её в жидком азоте
2.2.2 Изменение температуры в центре частиц картофеля, находящихся в слое шаровой загрузки
2.2.3 Описание установки для замораживания частиц в неподвижном слое
2.3 Замораживание частиц термолабильных продуктов в псевдоожиженном
слое
2.3.1 Методика проведения экспериментов
Глава 3. Математическое моделирование процесса замораживания частиц
сферической формы растительного происхождения
3.1 Численное решение задачи о замораживании частиц
3.1.1 Постановка задачи
3.1.2 Конечно-разностный аналог дифференциального уравнения
и граничных условий
Глава 4. Практическое применение результатов исследования
4.1 Разработка способа и конструкции установки для замораживания термолабильного сырья
4.2 Метод инженерного расчёта и проектирования установки для замораживания термолабильного материала в псевдоожиженном
слое
Основные результаты и выводы
Список использованной литературы
Приложение А
Приложение Б
ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
Быстрое замораживание - режим, при котором возможно замораживание продукта до температуры минус 18° С на всю глубину со скоростью, исключающей образование крупных кристаллов льда и деструкцию тканей продукта.
Термолабильный продукт - продукт, неустойчивый к тепловому воздействию, изменяющий свои физико-химические свойства при изменении температуры.
Фронт замерзания (кристаллизации)- условная граница, разделяющая область промёрзшего (кристаллизовавшегося) слоя продукта от талой области.
Капиллярно-пористое тело - тело, представляющее собой скелет из твёрдого продукта образующего капилляры, заполненные клеточной влагой и воздухом.
МИХ - Международный институт холода.
Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO)
Продовольственная и сельскохозяйственная Организация ООН.
World Health Organization (WHO) - Всемирная организация здравоохранения.

Тж(х,0) = Тн при х > 0 (1.4)
При х = О сохраняется (/ > 0) температура, равная Ту.
Тт(0,1) = Тп (1.5)
Так как тепловой контакт на поверхности раздела фаз считается идеальным, при х = уф температуры жидкости и твердой фазы одинаковы и равны температуре равновесного сосуществования фаз:
тж[уШ)=ТтЫ)А = Тк (1.6)
Вдали от фронта кристаллизации сохраняется исходная температура:
1ш1 Тж(хф = Тн (1.7)
Х-»СО
На движущемся фронте фазового перехода выделяется скрытая теплота превращения, которая отводится через твердую фазу вместе с теплом перегрева.

V ох )х__т &
где <2о - скрытая теплота кристаллизации на единицу массы.
Выражение (1.8) - уравнение теплового баланса на фронте кристаллизации - служит для определения уф.
Из уравнений (1.3) и условий (1.4) - (1.8) находятся три неизвестные функции: Гт(х, Т), Тж (х, 0 иуф. В рассматриваемом простейшем варианте задачи оказывается возможным получить решение в замкнутом виде. После
подстановки новой переменной и - х/ в уравнение (1.3) и последующего нахождения общих решений получившихся уравнений и произвольных постоянных из условий (1.4) - (1.7) окончательно получаем:

гг гг , гг лег/(иЦ2ат)

1(1.9)
еф(Р / л! 2а ж )
Здесь принято уф = /?/л/2/, /3 - постоянная величина.