Введение к работе
Актуальность работы. В последние годы в пищевой промышленности и общественном питании предъявляются все более высокие требования к качеству выпускаемой продукции. Одним из путей решения данной проблемы является разработка и совершенствование технологического оборудования с целью улучшения показателей его тепловой экономичности, энергоэффективности и эксплуатационных характеристик, на основе совершенствования проектных теплотехнических расчетов металло- и энергоемких аппаратов, в том числе пищеварочных котлов.
Однако имеющиеся методики расчета варочного оборудования в основном справедливы только для стационарного режима работы аппаратов, который характерен для теплообменных устройств большой производительности.
Для малоемкостных пищеварочных аппаратов с пароводяной рубашкой, широко используемых на предприятиях общественного питания, нестационарный процесс разогрева занимает значительную часть времени их работы. Поэтому проектные технико-экономические и технологические показатели пищеварочных аппаратов с рубашкой определяются точностью теплового расчета режима разогрева.
Имеющиеся модели для расчета режима разогрева пищеварочных котлов в основном базируются на закономерностях стационарного режима, что не отражает сути процесса разогрева. Конструирование пищеварочных аппаратов с рубашкой по таким моделям приводит к увеличению длительности процесса нагревания, снижению производительности котлов, а в некоторых случаях к невозможности довести продукт до кипения.
Поэтому для совершенствования конструкций пищеварочных котлов возникает необходимость в разработке новых принципов теплового расчета процесса разогрева таких аппаратов, что позволит снизить энергозатраты и увеличить ресурс их работы.
Цель работы. Совершенствование конструкций пищеварочных котлов на базе моделирования процесса разогрева жидких пищевых сред. Для достижения этой цели были поставлены следующие основные задачи, вытекающие из современного состояния проблемы:
создать математическую модель процесса разогрева жидких пищевых продуктов на основе распределения температурного поля в стенке технологической емкости пищеварочного котла, позволяющую определять длительность процесса разогрева аппарата с продуктом, оценку затрат на осуществление этого процесса, а также находить режимные параметры работы аппарата (температура, давление в рубашке аппарата).
исследовать динамику процесса разогрева жидких пищевых сред в пищеварочных котлах различной номинальной вместимости для установления реального характера изменения теплотехнических параметров аппарата во времени.
разработать эмпирическую модель процесса разогрева аппарата с продуктом на основе экспериментальных исследований, позволяющую определять оптимальную теплопередающую поверхность пищеварочных котлов.
разработать инженерный метод теплотехнического расчета пищеварочных аппаратов с рубашкой при разогреве жидких пищевых сред.
на основе предложенного метода теплотехнического расчета разработать конструкцию пищеварочного котла с улучшенными теплотехническими и эксплуатационными показателями.
Научная новизна работы заключается в следующем:
исследован процесс разогрева пищеварочных котлов при различных физико-химических параметрах жидких пищевых сред.
предложена математическая модель процесса разогрева пищеварочных котлов при загрузке пищевыми жидкостями, позволяющая определять длительность процесса разогрева аппарата, а также находить оптимальную тепловую мощность аппарата.
установлены функциональные зависимости теплотехнических параметров режима разогрева пищеварочных котлов (температуры продукта и паровоздушной смеси в рубашке, коэффициентов теплопереноса, плотности теплового потока) от времени протекания процесса, позволяющие проводить моделирование процесса разогрева аппарата с продуктом на основе действительного режима его работы.
выявлены особенности влияния процесса пристенного кипения жидкости в условиях естественной конвекции в варочных емкостях аппаратов с рубашкой на интенсификацию процесса теплоотдачи к нагреваемой среде и получена интерполяционная зависимость для определения коэффициента теплоотдачи от стенки варочного сосуда к продукту в соответствующих условиях.
Практическая ценность и реализация результатов работы:
разработан алгоритм и расчетная программа для ЭВМ на основе математической модели процесса разогрева аппарата, позволяющие проводить оценочные тепловые расчеты проектировщиками и исследователями для оптимизации конструкций пищеварочных котлов (св. об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2007611560 от 13.04. 2007).
в результате использования разработанного метода проектного расчета предложена конструкция пищеварочного котла с улучшенными теплотехническими и эксплуатационными показателями, в частности, за счет оптимизации геометрических параметров пароводяной рубашки и установки специально разработанного устройства для автоматической герметизации рубашки после удаления из нее воздуха (пат. на полезную модель № 94436 от 27.05.10).
разработанный инженерный метод теплотехнического расчета пищеварочных аппаратов с рубашкой, внедрен на УПК «Комбинат Торгтехника» (г. Екатеринбург).
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены на международных, всероссийских, научных, научно-технических и научно-практических конференциях, форумах молодых ученых (Н.Новгород 2005, 2006), (Екатеринбург, 2006, 2007, 2008)
Результаты работы отмечены дипломом на Всероссийской выставке научно-технического творчества «Энерго- и ресурсосбережение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» (Екатеринбург, 2009).
Работа получила диплом за победу в конкурсе научных работ аспирантов и соискателей Уральского государственного экономического университета (Екатеринбург, 2007).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 13 работах, из которых 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 1 учебное пособие, тезисов 6 докладов на международных и всероссийских конференциях, получено 1свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ, 1 патент на полезную модель РФ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка использованной литературы и приложения. Общий объем диссертации составляет 159 страниц, в том числе: 31 рисунок, 173 работы в списке литературы.
