RU2378957C2 - Method of determining thermal and physical characteristics of dispersed food products - Google Patents
Method of determining thermal and physical characteristics of dispersed food products Download PDFInfo
- Publication number
- RU2378957C2 RU2378957C2 RU2008107513/13A RU2008107513A RU2378957C2 RU 2378957 C2 RU2378957 C2 RU 2378957C2 RU 2008107513/13 A RU2008107513/13 A RU 2008107513/13A RU 2008107513 A RU2008107513 A RU 2008107513A RU 2378957 C2 RU2378957 C2 RU 2378957C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sample
- temperature
- bulk layer
- product
- irradiation
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к мукомольной, пищеконцентратной, крупяной, крахмало- и сахароперерабатывающим отраслям и может быть использовано при управлении процессом тепловой обработки дисперсных пищевых продуктов, а именно зерна, крупы, муки, крахмала, сахара-песка и соли.The invention relates to the food industry, in particular to the milling, food-concentrate, cereal, starch and sugar processing industries and can be used to control the heat treatment of dispersed food products, namely grain, cereals, flour, starch, granulated sugar and salt.
Известен способ определения теплофизических характеристик (ТФХ) продуктов, заключающийся в том, что формируют опытный образец исследуемого продукта. Обеспечивают двухсторонний контакт пластины опытного образца - с одной стороны с нагревателем - источником тепла постоянной температуры, с другой стороны с эталоном - пластиной, обладающей известными термическими характеристиками. Измеряют температуру нагревателя, измеряют температуру пластины-эталона и измеряют перепад температуры через пластину исследуемого продукта, измеряют время и скорость нагрева пластины, в результате чего определяют теплофизические характеристики, а именно коэффициенты температуропроводности, теплопроводности и удельной теплоемкости (Справочник «Теплофизические характеристики пищевых продуктов и материалов». Под ред. А.С.Гинзбурга. М.: Пищевая промышленность, 1975 г., с. 50-51).A known method for determining the thermophysical characteristics (TFC) of products, which consists in the fact that they form a prototype of the investigated product. Provide two-way contact of the prototype plate - on the one hand with a heater - a constant temperature heat source, and on the other hand with a standard - a plate having known thermal characteristics. Measure the temperature of the heater, measure the temperature of the reference plate and measure the temperature difference through the plate of the test product, measure the time and speed of heating of the plate, as a result of which determine the thermophysical characteristics, namely the coefficients of thermal diffusivity, thermal conductivity and specific heat (Reference "Thermophysical characteristics of food products and materials ". Under the editorship of A.S. Ginzburg. M.: Food industry, 1975, p. 50-51).
Недостатком данного способа является низкая эффективность регулирования и точности контроля качественных показателей вследствие инерционности нагрева пластины и влияния начальных условий на точность определяемых характеристик. Недостатком способа является также невозможность определения температуры внутри пластины перед нагреванием, а также определения взаимодействия окружающей среды и поверхности пластины.The disadvantage of this method is the low efficiency of regulation and accuracy of control of quality indicators due to the inertia of the heating plate and the influence of the initial conditions on the accuracy of the determined characteristics. The disadvantage of this method is the inability to determine the temperature inside the plate before heating, as well as to determine the interaction of the environment and the surface of the plate.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ определения теплофизических характеристик, заключающийся в том, что формируют опытный образец исследуемого продукта. Верхнюю поверхность пластины облучают периодически изменяющимся потоком радиационной энергии в инфракрасном спектре, который вызывает колебания температуры на облучаемой поверхности. Возникающие температурные колебания распространяются по толщине опытного образца, сформированного от верхней к нижней поверхности, где измеряются датчиками температуры. По температурным осциллограммам определяют сдвиг фазы между колебаниями плоских тепловых волн на верхней облучаемой и нижней необлучаемой поверхностях пластины. Зная толщину пластины и сдвиг фазы плоских тепловых волн, определяются теплофизические характеристики («Исследования материалов в условиях лучистого нагрева». Под ред. И.Н.Францевича, Киев, Наукова думка, 1975 г., с.97-98).The closest in technical essence and the achieved result is a method for determining thermophysical characteristics, which consists in the fact that they form a prototype of the investigated product. The upper surface of the plate is irradiated with a periodically changing flow of radiation energy in the infrared spectrum, which causes temperature fluctuations on the irradiated surface. The resulting temperature fluctuations propagate through the thickness of the prototype formed from the upper to the lower surface, where they are measured by temperature sensors. The temperature oscillograms determine the phase shift between the oscillations of plane thermal waves on the upper irradiated and lower non-irradiated surfaces of the plate. Knowing the thickness of the plate and the phase shift of plane thermal waves, the thermophysical characteristics are determined ("Materials Research under Radiant Heating". Edited by I. N. Frantsevich, Kiev, Naukova Dumka, 1975, pp. 97-98).
Недостатком данного способа является низкая эффективность регулирования и точности контроля качественных показателей, обусловленная наличием теплообмена между пластиной и окружающей средой, стоками тепла, а также трудностями обеспечения адиабатических условий. Данный способ пригоден в основном для определения ТФХ в области высоких температур, так как распространение его на область средних и низких температур наталкивается на трудности, связанные с большим временем установления квазистационарного состояния.The disadvantage of this method is the low efficiency of regulation and accuracy of control of quality indicators, due to the presence of heat transfer between the plate and the environment, heat sinks, as well as difficulties in ensuring adiabatic conditions. This method is mainly suitable for determining TPC in the high-temperature region, since its extension to the medium and low-temperature region encounters difficulties associated with the long time required to establish a quasistationary state.
Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности регулирования и точности определения качественных показателей.The objective of the present invention is to increase the efficiency of regulation and the accuracy of determining quality indicators.
Техническим результатом данного изобретения является увеличение выхода целевого продукта и снижение удельных энергозатрат при осуществлении технологических процессов.The technical result of this invention is to increase the yield of the target product and reduce specific energy consumption during the implementation of technological processes.
Поставленная задача достигается тем, что в способе определения теплофизических характеристик дисперсных пищевых продуктов осуществляют подготовку дисперсных пищевых продуктов, формируют образец насыпного слоя путем засыпки дисперсного пищевого продукта в емкость, измеряют температуру окружающей среды, измеряют температуру продукта на верхней и нижней поверхностях насыпного слоя, определяют температурное поле внутри образца насыпного слоя перед облучением, поддерживают температуру среды вокруг образца на постоянном уровне, облучают верхнюю поверхность насыпного слоя коротким импульсом радиационной энергии в инфракрасном (ИК) диапазоне, измеряют плотность лучистого потока радиационной энергии на облучаемой поверхности, определяют температурное поле внутри образца насыпного слоя после облучения, измеряют время, за которое температура на нижней поверхности насыпного слоя опытного образца достигает максимального значения, и рассчитывают коэффициенты температуропроводности, теплопроводности и удельной теплоемкости по следующим формулам:The problem is achieved in that in the method for determining the thermophysical characteristics of dispersed food products, the preparation of dispersed food products is carried out, a bulk layer is formed by filling the dispersed food product into a container, the ambient temperature is measured, the product temperature is measured on the upper and lower surfaces of the bulk layer, and the temperature is determined the field inside the sample of the bulk layer before irradiation, maintain the temperature of the medium around the sample at a constant level, irradiation They measure the upper surface of the bulk layer with a short pulse of radiation energy in the infrared (IR) range, measure the density of the radiant flux of radiation energy on the irradiated surface, determine the temperature field inside the bulk layer sample after irradiation, measure the time for which the temperature on the lower surface of the bulk layer of the test sample reaches the maximum value, and the coefficients of thermal diffusivity, thermal conductivity and specific heat are calculated according to the following formulas:
где а - коэффициент температуропроводности продукта, м2/с;where a is the coefficient of thermal diffusivity of the product, m 2 / s;
L - толщина насыпного слоя образца продукта, м;L is the thickness of the bulk layer of the product sample, m;
τ0,5 - время, за которое температура на нижней поверхности насыпного слоя достигнет половины своего максимального значения после облучения, сτ 0,5 - the time during which the temperature on the lower surface of the bulk layer reaches half its maximum value after irradiation, s
с·ρ - коэффициент объемной теплоемкости, Дж/(м3·К);s · ρ is the coefficient of volumetric heat capacity, J / (m 3 · K);
qmах - величина лучистого потока в фокальном пятне на облучаемой верхней поверхности образца пищевого продукта, Вт/м2;q max - the magnitude of the radiant flux in the focal spot on the irradiated upper surface of the food product sample, W / m 2 ;
L - толщина насыпного слоя образца продукта, м;L is the thickness of the bulk layer of the product sample, m;
Tmax - максимальная температура на нижней поверхности насыпного слоя после облучения, К;T max - the maximum temperature on the lower surface of the bulk layer after irradiation, K;
ρ - плотность продукта, кг/м3.ρ is the density of the product, kg / m 3 .
Данные формулы были получены авторами на основании известных формул при решении задачи о лучистом теплообмене плоской пластины с окружающей средой при граничных условиях 2-го рода.These formulas were obtained by the authors on the basis of well-known formulas in solving the problem of radiant heat transfer of a flat plate with the environment under boundary conditions of the second kind.
Коэффициент теплопроводности (λ) определяется из известного соотношения:The thermal conductivity coefficient (λ) is determined from the known ratio:
λ=а·с·ρ [Вт/(м·К)]λ = a · s · ρ [W / (m · K)]
с - коэффициент удельной теплоемкости, Дж/(кг·К).C is the coefficient of specific heat, J / (kg · K).
Подготовка дисперсных пищевых продуктов необходима для удаления сорных примесей и включений, а также для определения равновесной влажности.The preparation of dispersed food products is necessary to remove weeds and impurities, as well as to determine the equilibrium moisture content.
Формирование образца насыпного слоя путем засыпки дисперсного пищевого продукта в емкость необходимо для того, чтобы задать геометрическую форму образца и определить граничные условия.The formation of a sample of the bulk layer by filling the dispersed food product into the container is necessary in order to set the geometric shape of the sample and determine the boundary conditions.
Измерение температуры продукта на верхней и нижней поверхностях образца насыпного слоя и определение температурного поля внутри образца насыпного слоя перед нагревом обусловлены тем, что в результате этого устанавливается информация о законе взаимодействия окружающей среды и поверхностях образца насыпного слоя продукта.Measurement of the temperature of the product on the upper and lower surfaces of the sample of the bulk layer and determination of the temperature field inside the sample of the bulk layer before heating are due to the fact that as a result of this, information about the law of interaction of the environment and the surfaces of the sample of the bulk layer of the product is established.
Поддержание температуры среды вокруг образца на постоянном уровне позволяет устранить инерционность нагрева и влияние начальных условий на точность определяемых характеристик,Keeping the temperature of the medium around the sample at a constant level eliminates the inertia of heating and the influence of the initial conditions on the accuracy of the determined characteristics,
Облучение верхней поверхности насыпного слоя коротким импульсом радиационной энергии в инфракрасном (ИК) диапазоне с известными характеристиками обусловлено тем, что сводится к нулю влияние тепловых контактных сопротивлений между образцом, источником и стоками тепла. А также тем, что устраняются тепловые потери, обусловленные тем, что тепловой поток вводится в образец радиационным путем и время распространения теплового возмущения в образце, вызванного импульсом радиационной энергии, исчисляется в миллисекундах.Irradiation of the upper surface of the bulk layer with a short pulse of radiation energy in the infrared (IR) range with known characteristics is due to the fact that the influence of thermal contact resistances between the sample, source and heat sinks is reduced to zero. And also due to the fact that heat losses due to the fact that the heat flux is introduced into the sample by radiation and the propagation time of thermal disturbance in the sample caused by a pulse of radiation energy are calculated in milliseconds are eliminated.
Измерение плотности лучистого потока радиационной энергии на облучаемой поверхности обусловлено тем, что устраняется погрешность, связанная с неравномерностью распределения плотности лучистого потока в фокальном пятне на облучаемой поверхности.The measurement of the density of the radiant flux of radiation energy on the irradiated surface is due to the fact that the error associated with the uneven distribution of the density of the radiant flux in the focal spot on the irradiated surface is eliminated.
Определение температурного поля внутри образца насыпного слоя после облучения обусловлено тем, что устанавливается температурная динамическая зависимость нарастания температуры по толщине образца во времени, на основании которой определяется коэффициент температуропроводности.The determination of the temperature field inside the bulk layer sample after irradiation is due to the fact that a temperature dynamic dependence of the temperature rise over the thickness of the sample over time is established, based on which the thermal diffusivity is determined.
Измерение времени, за которое температура на нижней поверхности образца насыпного слоя достигает максимального значения, а также измерение плотности лучистого потока радиационной энергии на облучаемой поверхности необходимы для определения коэффициента удельной теплоемкости.The measurement of the time during which the temperature on the lower surface of the bulk layer sample reaches its maximum value, as well as the measurement of the density of the radiant flux of radiation energy on the irradiated surface, are necessary to determine the specific heat coefficient.
Определение коэффициентов температуропроводности и удельной теплоемкости необходимо для расчета коэффициента теплопроводности, который определяется на основании двух последних по известной формуле.The determination of the coefficients of thermal diffusivity and specific heat is necessary to calculate the coefficient of thermal conductivity, which is determined on the basis of the last two according to the well-known formula.
Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.
Подготавливают дисперсный пищевой продукт, удаляя из него сорные примеси и включения, после чего взвешивают на электронных аналитических весах и определяют массу. Формируют образец насыпного слоя путем засыпки дисперсного пищевого продукта в емкость. Температуру окружающей среды измеряют с помощью термопары. Также измеряют температуру продукта на верхней и нижней поверхностях образца насыпного слоя с помощью неконтактного инфракрасного термометра. Определяют температурное поле внутри образца насыпного слоя перед облучением с помощью термопар. Поддерживают температуру среды вокруг образца насыпного слоя на постоянном уровне и выдерживают образец до достижения им однородного распределения температуры по всему объему, поместив емкость с образцом в термостат. Облучают верхнюю поверхность насыпного слоя мощным коротким импульсом радиационной лучистой энергии в инфракрасном (ИК) диапазоне с известными характеристиками. Измеряют плотность лучистого потока радиационной энергии в фокальном пятне на облучаемой поверхности с помощью дифференциального стержневого радиометра по известной методике. Определяют температурное поле внутри образца насыпного слоя после облучения с помощью микротермопар по указанной выше схеме. На основании этого устанавливается температурная динамическая зависимость нарастания температуры по толщине образца во времени. Коэффициент температуропроводности (а) определяется по следующей формуле:A dispersed food product is prepared by removing weed impurities and inclusions from it, after which it is weighed on an electronic analytical balance and the mass is determined. A bulk layer sample is formed by filling the dispersed food product into a container. Ambient temperature is measured using a thermocouple. The product temperature is also measured on the upper and lower surfaces of the bulk layer sample using a non-contact infrared thermometer. The temperature field inside the bulk layer sample is determined before irradiation with thermocouples. Maintain the temperature of the medium around the sample of the bulk layer at a constant level and maintain the sample until it reaches a uniform temperature distribution throughout the volume by placing the container with the sample in a thermostat. The upper surface of the bulk layer is irradiated with a powerful short pulse of radiation radiant energy in the infrared (IR) range with known characteristics. The density of the radiant flux of radiation energy in the focal spot on the irradiated surface is measured using a differential rod radiometer according to a known method. Determine the temperature field inside the sample of the bulk layer after irradiation with microthermocouples according to the above scheme. Based on this, the temperature dynamic dependence of the temperature rise over the thickness of the sample in time is established. The thermal diffusivity (a) is determined by the following formula:
где а - коэффициент температуропроводности продукта, м2/с;where a is the coefficient of thermal diffusivity of the product, m 2 / s;
L - толщина насыпного слоя образца продукта, м;L is the thickness of the bulk layer of the product sample, m;
τ0,5 - время, за которое температура на нижней поверхности насыпного слоя достигнет половины своего максимального значения после облучения, с.τ 0,5 - the time during which the temperature on the lower surface of the bulk layer reaches half its maximum value after irradiation, s.
Измеряют время, за которое температура на нижней поверхности насыпного слоя достигнет половины своего максимального значения в результате поглощения образцом импульса радиационной энергии. На основании этого определяется коэффициент объемной теплоемкости (с·ρ) по следующей формуле:Measure the time during which the temperature on the lower surface of the bulk layer reaches half its maximum value as a result of the absorption of a pulse of radiation energy by the sample. Based on this, the coefficient of volumetric heat capacity (s · ρ) is determined by the following formula:
qmах - величина лучистого потока в фокальном пятне на облучаемой верхней поверхности образца пищевого продукта, Вт/м2;q max - the magnitude of the radiant flux in the focal spot on the irradiated upper surface of the food product sample, W / m 2 ;
L - толщина насыпного слоя образца продукта, м;L is the thickness of the bulk layer of the product sample, m;
Tmax - максимальная температура на нижней поверхности насыпного слоя после облучения, К;T max - the maximum temperature on the lower surface of the bulk layer after irradiation, K;
ρ - плотность продукта, кг/м3.ρ is the density of the product, kg / m 3 .
Коэффициент теплопроводности (λ) определяется из известного соотношения: λ=а·с·ρ [Вт/(м·К)]The thermal conductivity coefficient (λ) is determined from the known relation: λ = a · s · ρ [W / (m · K)]
c·ρ - коэффициент объемной теплоемкости, Дж/(м3·К);c · ρ is the coefficient of volumetric heat capacity, J / (m 3 · K);
с - коэффициент удельной теплоемкости, Дж/(кг·К).C is the coefficient of specific heat, J / (kg · K).
Пример 1. Способ определения теплофизических характеристик зерна рядового ячменя осуществляли по прототипу. Формируют опытный образец из зерна рядового ячменя толщиной 15 мм. Верхнюю поверхность опытного образца зерна облучают периодически изменяющимся (осциллирующим) потоком радиационной энергии в инфракрасном (ИК) диапазоне. Для этих целей используют инфракрасный генератор типа КГТ-1000-1 с индивидуальным параболическим рефлектором со следующими геометрическими характеристиками: ширина рефлектора х=0,08 м, высота рефлектора у=0,03 м, фокусное расстояние f=0,02 м. Расстояние от ИК-генератора до поверхности зерна 7 см. Температура на облучаемой поверхности измеряется ИК-пирометром, на нижней поверхности - термопарой. По температурным осциллограммам определяется сдвиг фазы между колебаниями температуры на верхней облучаемой и нижней необлучаемой поверхностях опытного образца.Example 1. The method for determining the thermophysical characteristics of the grain of ordinary barley was carried out according to the prototype. A prototype is formed from the grain of ordinary barley with a thickness of 15 mm. The upper surface of the experimental grain sample is irradiated with a periodically changing (oscillating) stream of radiation energy in the infrared (IR) range. For these purposes, an infrared generator of the KGT-1000-1 type is used with an individual parabolic reflector with the following geometric characteristics: reflector width x = 0.08 m, reflector height y = 0.03 m, focal length f = 0.02 m. Distance from IR generator to a grain surface of 7 cm. The temperature on the irradiated surface is measured by an IR pyrometer, on the lower surface - a thermocouple. The temperature oscillograms determine the phase shift between temperature fluctuations on the upper irradiated and lower non-irradiated surfaces of the test sample.
Коэффициент температуропроводности определяется следующим образом:The thermal diffusivity is determined as follows:
L - толщина слоя, м;L is the thickness of the layer, m;
φ - сдвиг фаз между колебаниями плоских тепловых волн на верхней и нижней поверхностях образца зерна, отн. ед.;φ is the phase shift between the oscillations of plane heat waves on the upper and lower surfaces of the grain sample, rel. units;
τ - время, за которое температура на необлучаемой нижней поверхности достигнет своего максимального значения, с.τ is the time during which the temperature on the non-irradiated lower surface reaches its maximum value, s.
Коэффициент теплопроводности определяется следующим образом:The coefficient of thermal conductivity is determined as follows:
q - плотность теплового потока на облучаемой поверхности, Вт/м2;q is the density of the heat flux on the irradiated surface, W / m 2 ;
ΔТmах - максимальный перепад температуры между верхней и нижней поверхностями при ИК-облучении, К;ΔТ max - the maximum temperature difference between the upper and lower surfaces during IR irradiation, K;
φ - сдвиг (разность) фаз между колебаниями плоских тепловых волн на верхней и нижней поверхностях образца, отн. ед. Сдвиг фаз φ зависит от толщины слоя и длины волны ИК-излучения.φ is the phase shift (difference) between the oscillations of plane heat waves on the upper and lower surfaces of the sample, rel. units The phase shift φ depends on the layer thickness and the wavelength of infrared radiation.
Коэффициент объемной теплоемкости определяется по известной формуле: c·ρ=λ/аThe volumetric heat capacity coefficient is determined by the well-known formula: c · ρ = λ / a
Измерения ТФХ для зерна рядового ячменя осуществляли в дискретном диапазоне температур: 35, 55, 75, 95°С. Установив перепад температур по толщине слоя и определив сдвиг фаз между колебаниями плоских тепловых волн на верхней и нижней поверхностях образца, рассчитывали коэффициенты температуропроводности, теплопроводности и объемной теплоемкости, табл.1.The measurements of TPC for the grain of ordinary barley were carried out in a discrete temperature range: 35, 55, 75, 95 ° C. Having established the temperature difference across the layer thickness and determining the phase shift between the oscillations of plane heat waves on the upper and lower surfaces of the sample, the coefficients of thermal diffusivity, thermal conductivity, and volumetric heat capacity were calculated, Table 1.
На основании данных, представленных в табл.1, были получены температурные зависимости теплофизических характеристик (ТФХ) зерна рядового ячменя, точность определения теплофизических характеристик ±7°С.Based on the data presented in Table 1, the temperature dependences of the thermophysical characteristics (TPC) of ordinary barley grain were obtained, and the accuracy of determining the thermophysical characteristics was ± 7 ° С.
Пример 2. Определяли теплофизические характеристики зерна рядового ячменя по предложенному способу. Зерно подвергали очистке путем удаления сорных примесей и включений. Определяли равновесную влажность, которая составила 13,1%, насыпную плотность - 650 кг/м3 и массу навески - 0,62 кг. Зерно засыпали в емкость в виде прямоугольного параллелепипеда с соотношением сторон 30:150:210 мм. Температура окружающей среды 20°С. Температура на верхней поверхности образца насыпного слоя 18°С. Поддерживали температуру среды вокруг образца на постоянном уровне. Выдерживали образец до достижения им однородного распределения температуры по всему объему, поместив емкость с зерном в термостат. Облучают верхнюю поверхность насыпного слоя мощным коротким импульсом радиационной энергии в ИК-диапазоне. В качестве источника ИК-излучения использовали лабораторный газовый лазер марки ЛГ-78 (ГОСТ 23202-78), который работает в режиме одиночных импульсов, длительность которых составляет 5·10-3 с. Излучение данного типа лазеров (ЛГ-78) отличается высокой степенью монохроматичности и поляризованности, длина волны излучения составляет λ=0,6328 мкм, что соответствует ближнему ИК-спектру. Измеряли плотность лучистого потока радиационной энергии в фокальном пятне на облучаемой поверхности с помощью дифференциального стержневого радиометра по известной методике. Определяли температурное поле внутри образца насыпного слоя после ИК-облучения с помощью микротермопар по указанной выше схеме. Измеряли время, за которое температура на нижней поверхности насыпного слоя достигает максимального значения после ИК-облучения. И по приведенным выше формулам определяли коэффициенты температуропроводности, теплопроводности и объемной теплоемкости, табл.2.Example 2. The thermophysical characteristics of the grain of ordinary barley were determined by the proposed method. The grain was cleaned by removing weed impurities and inclusions. The equilibrium moisture was determined, which was 13.1%, bulk density - 650 kg / m 3 and weight of the sample - 0.62 kg. The grain was poured into the container in the form of a rectangular parallelepiped with an aspect ratio of 30: 150: 210 mm. Ambient temperature 20 ° С. The temperature on the upper surface of the bulk sample is 18 ° C. The temperature of the medium around the sample was kept constant. The sample was kept until it reached a uniform temperature distribution throughout the volume by placing a container with grain in a thermostat. The upper surface of the bulk layer is irradiated with a powerful short pulse of radiation energy in the infrared range. As a source of infrared radiation, a laboratory gas laser of the LG-78 brand (GOST 23202-78) was used, which operates in the mode of single pulses, the duration of which is 5 · 10 -3 s. The radiation of this type of laser (LG-78) is characterized by a high degree of monochromaticity and polarization, the radiation wavelength is λ = 0.6328 μm, which corresponds to the near infrared spectrum. The density of the radiant flux of radiation energy in the focal spot on the irradiated surface was measured using a differential rod radiometer according to a known method. The temperature field inside the bulk layer sample was determined after IR irradiation using microthermocouples according to the above scheme. We measured the time during which the temperature on the lower surface of the bulk layer reaches its maximum value after IR irradiation. And according to the above formulas, the coefficients of thermal diffusivity, thermal conductivity and volumetric heat capacity were determined, Table 2.
На основании данных, представленных в табл.2, были получены температурные зависимости теплофизических характеристик зерна рядового ячменя. Точность определения теплофизических характеристик ±1°С, что в 7 раз выше, чем в примере 1.Based on the data presented in Table 2, the temperature dependences of the thermophysical characteristics of the grain of ordinary barley were obtained. The accuracy of determining the thermophysical characteristics is ± 1 ° C, which is 7 times higher than in example 1.
Были проведены исследования теплофизических характеристик крупы гречневой, муки пшеничной, крахмала. Точность определения теплофизических характеристик составила ±0,5°С, что в 14 раз выше, чем в примере 1.Studies were conducted of the thermophysical characteristics of buckwheat, wheat flour, starch. The accuracy of determining the thermal characteristics was ± 0.5 ° C, which is 14 times higher than in example 1.
Полученные температурные зависимости теплофизических характеристик были использованы при управлении технологическим процессом термообработки зерна при инфракрасном энергоподводе.The obtained temperature dependences of the thermophysical characteristics were used to control the technological process of heat treatment of grain with infrared energy supply.
Мерой эффективности управления технологическим процессом является выход целевого продукта - производительность по зерну и величина удельных энергозатрат, а показатель качества - точность измерения ТФХ.A measure of the efficiency of the process control is the yield of the target product - grain productivity and the value of specific energy consumption, and the quality indicator is the accuracy of TFC measurement.
В случае, когда температурные зависимости теплофизических характеристик были определены по прототипу, показатели технологического процесса следующие: выход целевого продукта 210 кг/ч, удельные энергозатраты - 125 кВт·ч/т, точность измерения ±7°С.In the case when the temperature dependences of the thermophysical characteristics were determined according to the prototype, the process parameters are as follows: yield of the target product 210 kg / h, specific energy consumption - 125 kW · h / t, measurement accuracy ± 7 ° C.
В случае, когда температурные зависимости теплофизических характеристик были определены по предложенному способу, показатели технологического процесса следующие: выход целевого продукта составил 245 кг/ч (по зерну), удельные энергозатраты 103 кВт·ч/т, точность измерения ТФХ±1°С.In the case where the temperature dependences of the thermophysical characteristics were determined by the proposed method, the process parameters are as follows: the yield of the target product was 245 kg / h (grain), specific energy consumption 103 kWh / t, the accuracy of the measurement of TFC ± 1 ° C.
Использование предлагаемого способа по сравнению с прототипом позволяет повысить эффективность регулирования технологическим процессом, мерой которого является выход целевого продукта, и повысить точность контроля качественных показателей за счет более высокой точности и надежности средств измерения температуры. А также улучшить качественные показатели:Using the proposed method in comparison with the prototype allows to increase the efficiency of regulation of the technological process, the measure of which is the yield of the target product, and to improve the accuracy of control of quality indicators due to higher accuracy and reliability of temperature measuring instruments. And also improve quality indicators:
- увеличить выход целевого продукта на 14,3%;- increase the yield of the target product by 14.3%;
- снизить удельные энергозатраты на 17,6%;- reduce specific energy consumption by 17.6%;
- повысить точность измерения теплофизических характеристик в 7 раз.- increase the accuracy of measuring thermal characteristics by 7 times.
Claims (1)
где а - коэффициент температуропроводности продукта, м2/с;
L - толщина насыпного слоя образца продукта, м;
τ0,5 - время, за которое температура на нижней поверхности насыпного слоя достигнет половины своего максимального значения после облучения, с;
где qmax - величина лучистого потока в фокальном пятне на облучаемой верхней поверхности образца пищевого продукта, Вт/м2;
L - толщина насыпного слоя образца продукта, м;
Tmax - максимальная температура на нижней поверхности насыпного слоя после облучения, К;
ρ - плотность продукта, кг/м3;
с·ρ - коэффициент объемной теплоемкости, Дж/(м3·К);
с - коэффициент удельной теплоемкости, Дж/(кг·К);
где λ - коэффициент теплопроводности, Вт/м К;
L - толщина насыпного слоя образца продукта, м;
τ 0,5 - время, за которое температура на нижней поверхности насыпного слоя достигнет половины своего максимального значения после облучения, с;
qmax - величина лучистого потока в фокальном пятне на облучаемой верхней поверхности образца пищевого продукта, Вт/м2;
Tmax - максимальная температура на нижней поверхности насыпного слоя после облучения, К. A method for determining the thermophysical characteristics of dispersed food products, including preparing dispersed food products, forming a bulk layer sample by filling the dispersed food product into a container, measuring the ambient temperature, measuring the product temperature on the upper and lower surfaces of the bulk layer, determining the temperature field inside the bulk layer sample before irradiation, maintaining the temperature of the medium around the sample at a constant level, irradiating the upper surface of the bulk layer a short pulse of radiation energy in the infrared (IR) range, measuring the density of the radiant flux of radiation energy on the irradiated surface, determining the temperature field inside the bulk layer sample after irradiation, measuring the time it takes for the temperature on the bottom surface of the bulk layer sample to reach its maximum value, and calculating the coefficients thermal diffusivity, thermal conductivity and specific heat according to the following formulas:
where a is the coefficient of thermal diffusivity of the product, m 2 / s;
L is the thickness of the bulk layer of the product sample, m;
τ 0,5 - the time during which the temperature on the lower surface of the bulk layer reaches half its maximum value after irradiation, s;
where q max is the magnitude of the radiant flux in the focal spot on the irradiated upper surface of the food product sample, W / m 2 ;
L is the thickness of the bulk layer of the product sample, m;
T max - the maximum temperature on the lower surface of the bulk layer after irradiation, K;
ρ is the density of the product, kg / m 3 ;
s · ρ is the coefficient of volumetric heat capacity, J / (m 3 · K);
C is the coefficient of specific heat, J / (kg · K);
where λ is the coefficient of thermal conductivity, W / m K;
L is the thickness of the bulk layer of the product sample, m;
τ 0,5 - the time during which the temperature on the lower surface of the bulk layer reaches half its maximum value after irradiation, s;
q max - the magnitude of the radiant flux in the focal spot on the irradiated upper surface of the sample food product, W / m 2 ;
T max - the maximum temperature on the lower surface of the bulk layer after irradiation, K.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008107513/13A RU2378957C2 (en) | 2008-02-29 | 2008-02-29 | Method of determining thermal and physical characteristics of dispersed food products |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008107513/13A RU2378957C2 (en) | 2008-02-29 | 2008-02-29 | Method of determining thermal and physical characteristics of dispersed food products |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008107513A RU2008107513A (en) | 2009-09-10 |
| RU2378957C2 true RU2378957C2 (en) | 2010-01-20 |
Family
ID=41165949
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008107513/13A RU2378957C2 (en) | 2008-02-29 | 2008-02-29 | Method of determining thermal and physical characteristics of dispersed food products |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2378957C2 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2563820C1 (en) * | 2014-08-26 | 2015-09-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение Научно-исследовательский институт проблем хранения Федерального агентства по государственным резервам | Buckwheat groats freshness determination method |
| RU2585303C2 (en) * | 2014-06-27 | 2016-05-27 | ФГБОУ ВО Московский государственный университет технологий и управления имени К.Г. Разумовского (Первый казачий университет) | Method of determining coefficients of heat and mass conduction of porous materials based on macro-quantum mechanism for transfer of substances (heat and moisture) |
| RU2611080C1 (en) * | 2016-01-22 | 2017-02-21 | Роман Владимирович Мироненко | Apparatus for determining critical value of radiant heat flux for different materials and substances |
| RU2613591C1 (en) * | 2015-12-01 | 2017-03-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") | Method for bulk materials specific heat capacity determination |
| RU2616343C1 (en) * | 2015-12-03 | 2017-04-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мурманский государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "МГТУ") | Method for determination of parameters of process bulk material layer thermal properties |
-
2008
- 2008-02-29 RU RU2008107513/13A patent/RU2378957C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Исследование материалов в условиях лучистого нагрева./ Под. ред. И.Н. ФРАНЦЕВИЧА. - Киев: Наукова думка, 1975, с.97-98. Теплофизические характеристики пищевых продуктов и материалов./ Под. ред. А.С. ГИНЗБУРГА. - М.: Пищевая промышленность, 1975, с.50-51. * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2585303C2 (en) * | 2014-06-27 | 2016-05-27 | ФГБОУ ВО Московский государственный университет технологий и управления имени К.Г. Разумовского (Первый казачий университет) | Method of determining coefficients of heat and mass conduction of porous materials based on macro-quantum mechanism for transfer of substances (heat and moisture) |
| RU2563820C1 (en) * | 2014-08-26 | 2015-09-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение Научно-исследовательский институт проблем хранения Федерального агентства по государственным резервам | Buckwheat groats freshness determination method |
| RU2613591C1 (en) * | 2015-12-01 | 2017-03-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") | Method for bulk materials specific heat capacity determination |
| RU2616343C1 (en) * | 2015-12-03 | 2017-04-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мурманский государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "МГТУ") | Method for determination of parameters of process bulk material layer thermal properties |
| RU2611080C1 (en) * | 2016-01-22 | 2017-02-21 | Роман Владимирович Мироненко | Apparatus for determining critical value of radiant heat flux for different materials and substances |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2008107513A (en) | 2009-09-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2378957C2 (en) | Method of determining thermal and physical characteristics of dispersed food products | |
| Onwude et al. | Modelling of coupled heat and mass transfer for combined infrared and hot-air drying of sweet potato | |
| Khir et al. | Moisture diffusivity of rough rice under infrared radiation drying | |
| Simal et al. | Drying of shrinking cylinder-shaped bodies | |
| Zmeskal et al. | Thermal properties of samples prepared from polylactic acid by 3D printing | |
| Nowak et al. | Infrared drying of apple slices | |
| RU2529664C1 (en) | Calorimeter of alternating temperature (versions) | |
| Franco et al. | Modeling and experimentation of continuous and intermittent drying of rough rice grains | |
| CN103983365B (en) | Multi-measuring-head transient radiation heat flow meter and measuring method for thermal radiation heat flow density | |
| Song et al. | Scaling laws in turbulent Rayleigh-Bénard convection under different geometry | |
| Skjöldebrand | Convection oven frying: Heat and mass transfer between air and product | |
| RU2352934C2 (en) | Method for definition of thermal characteristics of dispersed food materials | |
| Mironov et al. | Numerical and experimental determination of the temperature dependence of the spectral and integral emissivities of quartz ceramics of various porosity | |
| Iyota et al. | Popping of amaranth seeds in hot air and superheated steam | |
| RU2439511C1 (en) | Method of simultaneous determination of material heat capacity and thermal expansion | |
| Zhu et al. | Thermal properties measurement of cut tobacco based on TPS method and thermal conductivity model | |
| RU2409298C1 (en) | Method to detect integral radiating ability of dispersed food products | |
| Hashimoto et al. | Factors influencing constant drying rate of wet granular bed irradiated by infrared radiation | |
| RU2380006C2 (en) | Method of determining scalar energy irradiance of dispersed food materials | |
| Perré et al. | The existence of a first drying stage for potato proved by two independent methods | |
| Šeruga et al. | Determination of thermal conductivity and convective heat transfer coefficient during deep fat frying of “Kroštula” dough | |
| CN102608156A (en) | Device and method for measuring fouling resistance and heat conductivity | |
| RU2478939C1 (en) | Method of measuring thermal diffusivity of heat-insulating materials by regular third kind mode technique | |
| Kahveci et al. | Liquid diffusion model for drying a stack of rough rice | |
| Golovin et al. | Determination of thermal diffusivity by nonstationary spot heating |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100301 |