Архив ZIP - WinRAR / KR_Nauchnye_osnovy_kholoda
.pdfМинистерство образования и науки РФ
Нижегородский институт технологий и управления (филиал) ФГБОУ ВПО "Московский государственный университет технологий и управления им. К.Г.Разумовского"
Кафедра «Технических и естественнонаучных дисциплин (ТЕНД)»
НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ХОЛОДА В ПРОИЗВОДСТВЕ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
Методические указания и задания к контрольной работе
по направлению 260800 «Технология продукции и организация общественного питания» профиль «Технология и организация ресторанного сервиса»
заочной полной и сокращенной форм обучения
Н.Новгород - 2012
|
ВВЕДЕНИЕ |
|
|
|
|
Учебная дисциплина «Научные |
основы применения |
холода в производстве |
|||
пищевых |
продуктов» относится к |
вариативной |
части |
математического |
и |
естественнонаучного цикла государственного образовательного стандарта по направлению подготовки 260800 Технология продукции и организация общественного питания,
квалификация (степень) - бакалавр.
Целью изучения дисциплины «Научные основы применения холода в производстве пищевых продуктов» является изучение основных и принципиальных положений теории и практики технологий и оборудования при производстве замороженных продуктов питания.
1 ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УАЗАНИЯ
Основной формой обучения студента-заочника является самостоятельная работа над учебным материалом. Для облегчения этой работы кафедра «ТЕНД» организует чтение лекций, практические и лабораторные занятия. Кроме этого программой курса предусмотрено выполнение студентами контрольной работы.
Контрольная работа включает два задания:
1.«Построение и расчет холодильного цикла».
2.«Расчет температуры в термическом центре охлаждаемого продукта».
Выбор варианта для выполнения контрольной работы основан на трех цифрах шифра студента, указанных в зачетной книжке. Исходные данные для заданий приведены в соответствующих приложенгиях.
При оформлении контрольной работы необходимо:
-указывать на титульном листе наименование дисциплины, фамилию и инициалы студента, шифр, специальность и форму обучения;
-контрольную работу следует выполнять аккуратно, оставляя поля для замечаний рецензента;
-все расчёты вести в системе СИ;
- все страницы должны быть пронумерованы, в конце текста указать дату
выполнения и подписать работу;
-задание переписывать полностью с указанием исходных данных своего варианта;
-для пояснения решения выполнить необходимые рисунки;
-привести список использованных литературных источников.
Контрольные работ, оформленные без соблюдения указанных правил, а также работы,
выполненные не по своему варианту, не зачитывают.
2
2 КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
2.1 Задание №1 «Построение и расчет холодильного цикла»
При выполнении задания рекомендуется соблюдать следующую последовательность.
2.1.1По шифру зачетной книжки из приложения А принимаются исходные данные к
заданию.
2.1.2По исходным данным определяется температурный режим цикла.
Температура кипения [t0] холодильного агента определяется в зависимости от
температуры воздуха в охлаждаемой камере. При непосредственном охлаждении
t0 = tкам – -tи,
где tкам – температура воздуха в камере, °C;
-tи = 7…10°C - перепад температур между воздухом в камере и кипящим холодильным агентом, °C.
Температура конденсации [tк] определяется в зависимости от температуры
теплоотводящей среды. При охлаждении конденсатора водой
tк = tвд1 + -tк,
где tвд1 – температура воды на входе в конденсатор, °C;
-tк |
= 6…10 |
° C - перепад температур между входящей в аппарат водой и |
|
конденсирующимся холодильным агентом. |
|
||
Температура всасывания [tвс ] зависит от условий работы компрессора. Она равна: |
|||
|
|
tвс = t0 |
+ -tпер, |
где |
-tпер – |
перегрев пара холодильного агента перед сжатием в компрессоре, |
|
который принимается для аммиачных машин 5…15 |
оС, а для фреоновых 10…40 °C. |
||
В контрольной работе следует брать -tпер = 0 °C.
Температура жидкого холодильного агента перед дроссельным вентилем [tж]
зависит от наличия в холодильной машине переохладителя или регенеративного теплообменника.
В контрольной работе не учитывается наличие переохлаждения, поэтому жидкий холодильный агент поступает в дроссельный вентиль с температурой конденсации tк.
2.1.3 В тепловой диаграмме состояния i = lgP строится цикл холодильной машины.
При построении цикла используются принятые значения t0 и tк.
Пример построения цикла приведен на рисунке1.
Диаграммы состояния для хладагентов, используемых в контрольном задании,
приведены в приложении Б (рисунки Б1, Б2, Б3), а справочные таблицы их термодинамических свойств в приложении В (таблицы В1В6).
3
lgP, |
|
|
|
|
|
бар |
|
|
|
|
|
Pк |
|
tк |
|
|
|
3* |
3 |
|
2/ |
2 |
2* |
ПЖ |
|
tвд1 |
tк |
S = const |
|
х=о |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
tи |
Ж+П |
х=1 |
|
|
|
|
|
||
|
|
tкам |
|
ПП |
|
P0 |
|
|
|
|
|
4* |
|
4 |
1 |
1* |
|
|
|
t0 |
|
|
|
0 |
|
|
|
i, кДж/кг |
|
[1*→2*→3*→4*] – цикл с перегревом паров и переохлаждением конденсата хладагента; |
|
||||
[1→2→3→4] – |
цикл, используемый в контрольном задании |
|
|||
1-2 (1*-2*) – |
адиабатическое сжатие паров хладона в компрессоре; |
|
|||
2-3 (2*-3*) - охлаждение и конденсация паров хладона; |
|
||||
3-4 (3*-4*) – дросселирование хладона; 4 – |
1 (4*-1*) - испарение хладона |
|
|||
Рисунок 1- Графическое изображение цикла одноступенчатой холодильной машины |
|
||||
Диаграмма с циклом или выкопировка должны обязательно прилагаться к
контрольному заданию. |
|
|
Построение цикла следует начинать с нанесения линий t0 |
и |
tк, проведя |
горизонтальные линии. При пересечении t0 с правой пограничной кривой получим точку 1,
характеризующую состояние сухого насыщенного пара (конец кипения). Так как перегрев пара не учитывается, то из точки 1 по адиабате (s = сonst) проводится линия процесса сжатия в компрессоре.
Состояние конца сжатия характеризуется точкой 2, получаемой при пересечении адиабаты с изобарой Pк, которая соответствует температуре конденсации tк.
Точка 2/ характеризует начало конденсации холодильного агента, при этом степень сухости пара x = 1. Точка 3 получается при пересечении изотермы tк ( изобары Pк) с левой пограничной кривой, когда x = 0. Из точки 3 проводится вертикально вниз линия до пересечения с изотермой t0. Получается точка 4, характеризующая процесс дросселирования от Pк до P0.
После построения цикла необходимо составить таблицу (пример ее оформления показан ниже), в которую заносятся параметры характерных точек цикла.
4
Параметры характерных точек цикла определяются либо по диаграммам (приложение Б), либо по справочным таблицам (приложение В).
Пример оформления таблицы:
Основные параметры характерных точек цикла
№ точки |
Температура |
Давление |
Энтальпия |
Уд. объём |
Степень сухости |
|
t , 0C |
р, МПа |
i, кДж/кг |
v, м3 /кг |
x, кг/кг |
1 |
-22 |
0,227 |
593 |
0,1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
2 |
55 |
0,962 |
639 |
0,027 |
перегретый пар |
|
|
|
|
|
|
2/ |
22 |
0,962 |
606 |
0,024 |
1 |
3 |
22 |
0,962 |
428 |
0,00084 |
0 |
|
|
|
|
|
|
4 |
-22 |
0,227 |
428 |
- |
0,26 |
|
|
|
|
|
|
2.1.4 По данным таблицы выполняется расчёт основных характеристик цикла.
Удельная массовая холодопроизводительность
q0 = i1 - i4. |
(3) |
||||
Удельная работа сжатия холодильного агента в компрессоре |
|
||||
l = i2 – i1. |
(4) |
||||
Удельная теплота, отводимая от холодильного агента в холодильнике-конденсаторе |
|||||
qк = i2 - i3, |
(5) |
||||
Проверка теплового баланса холодильного цикла |
|
||||
qк = q0 + l. |
(6) |
||||
Холодильный коэффициент цикла |
|
|
|
|
|
ε = qо/ l. |
(7) |
||||
Холодильный коэффициент цикла Карно |
|
|
|
|
|
εк = |
|
Т0 |
|
||
|
|
, |
(8) |
||
Тк − Т0 |
|||||
где Т0, Тк – абсолютные температуры |
соответственно конденсации |
и испарения |
|||
хладона, К. |
|
|
|
|
|
Коэффициент полезного действия цикла |
|
|
|
|
|
η = |
ε |
. |
(9) |
||
|
|||||
|
|
ε |
|
||
|
|
к |
|
||
Массовая производительность компрессора по циркулирующему хладагенту |
|||||
Mа = Q0 / q0. |
(10) |
||||
Удельная объёмная холодопроизводительность компрессора |
|
||||
qv = q0 / v1. |
(11) |
||||
Действительная объёмная производительность компрессора |
|
||||
Vд = Q0 / qv. |
(12) |
||||
|
|
|
|
|
5 |
Индикаторный коэффициент компрессора, учитывающий объёмные потери в
компрессоре из-за наличия мёртвого пространства и сопротивления в клапанах |
|
|
|
λi = 1 – с( рк / р0 – 1 ) , |
(13) |
где с - относительное мёртвое пространство компрессора, которое составляет: |
|
|
- |
для аммиачных компрессоров 0,04…0,05; |
|
- |
для фреоновых компрессоров 0,03…0,04. |
|
Коэффициент подогрева, учитывающий объёмные потери от нагрева холодильного агента в цилиндре компрессора
|
λw = (273 + t0) / (273 + tк). |
(14) |
Коэффициент подачи компрессора, учитывающий объёмные потери в компрессоре |
||
|
λ = λi λw. |
(15) |
Теоретическая объёмная производительность компрессора, называемая объемом, |
||
описываемым поршнем компрессора |
|
|
|
Vh = Vд / λ. |
(16) |
Теоретическая мощность, затрачиваемая компрессором на адиабатическое сжатие |
||
холодильного агента |
|
|
|
Nт = Mа l. |
(17) |
Индикаторный КПД, учитывающий энергетические потери от теплообмена в |
||
цилиндре компрессора и от сопротивления в клапанах при всасывании и нагнетании |
|
|
|
ηi = λw + btо, |
(18) |
где b – коэффициент, принимаемый |
|
|
- |
для аммиака 0,001; |
|
- |
для фреона 0,0025. |
|
Индикаторная мощность, затрачиваемая в действительном рабочем процессе на сжатие холодильного агента в цилиндре компрессора
Ni = Nт / ηi, (19)
Эффективная мощность – мощность на валу компрессора с учётом механических потерь (трение и т.д.)
|
Ne = Ni / ηмех, |
(20) |
где ηмех = 0,7…0,9 – |
механический КПД компрессора. |
|
Мощность на валу электродвигателя компрессора |
|
|
|
Nэл = Ne / ηэл, |
(21) |
где ηэл = 0,8…0,9 |
- коэффициент полезного действия (КПД) электродвигателя |
|
компрессора.
6
2.2 Задание №2 «Расчет температуры в термическом центре охлаждаемого продукта»
Расчет температуры в термическом центре охлаждаемого продукта является одной из задач теплового расчета при охлаждении продуктов.
В общем случае охлаждение продуктов питания представляет задачу нестационарной теплопроводности, которая для тел простейшей формы (шар, цилиндр и пластина) решение имеет аналитическое решение вида
|
|
|
θ = f(Bi, Fo, |
|
|
|
), |
|
|
(22) |
||||
|
|
|
Х |
|
|
|||||||||
где θ - безразмерная температура; |
Bi – критерий Био; Fo – критерий Фурье; |
|
|
– |
||||||||||
Х |
||||||||||||||
безразмерная координата. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Безразмерная температура |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
θ = |
t − tс |
|
, |
|
|
|
(23) |
||||
|
|
|
tн − tс |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где t, |
tн – соответственно текущая и |
начальная температура продукта, |
0С; |
tс – |
||||||||||
температура окружающей среды, |
0С. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
При |
τ = 0 |
температура |
тела |
во |
всех |
|
|
|
точках |
одинакова и равна |
tн, |
что |
||
соответствует θ = 1. |
С течением |
времени |
температура тела |
меняется, причем при τ→∞, |
||||||||||
t→tc и θ→0.
Критерий Био характеризует соотношение между теплоотдачей в окружающую среду и теплопроводностью в продукте
|
|
Bi = αλl , |
(24) |
где α - коэффициент теплоотдачи от поверхности продукта к охлаждающей среде, |
|||
Вт/(м2×К); |
l – |
определяющий размер, охлаждаемого продукта, |
м; λ - коэффициент |
теплопроводности продукта, Вт/(м×К). |
|
||
Критерий Фурье является мерой нестационарности процесса: |
|
||
|
|
Fo = ατ , |
(25) |
|
|
l 2 |
|
где |
а – |
коэффициент температуропроводности продукта, м2/с; τ - продолжительность |
|
охлаждения, ч.
Таким образом, температура продукта при заданной продолжительности охлаждения
(и наоборот, продолжительность охлаждения при заданной конечной температуре продукта)
зависит от вида и параметров охлаждающей среды, размеров и теплофизических характеристик охлаждаемых продуктов.
7
В инженерной практике для нахождения температуры продуктов при охлаждении пользуются номограммами, которые отражают графическую зависимость безразмерной температуры (θ) от критериев Фурье (Fo) и Био (Bi) для центра шара, оси цилиндра и
середины пластины.
При выполнении задания рекомендуется соблюдать следующую последовательность. 2.2.1 По шифру зачетной книжки из приложения Г принимаются исходные данные к
заданию.
2.2.2 По приложению Д принимаются теплофизические свойства продукта:
ρ - плотность, кг/м3; С – теплоемкость, Дж/(кг×К); λ - коэффициент теплопроводности,
Вт/(м×К)
2.2.3 Проводится определение времени в термическом центре продукта.
Коэффициент температуропроводности продукта
а = |
λ |
|
|
|
, |
(26) |
|
Сρ |
|||
Критерий Био |
|
||
Bi = αλR , |
(27) |
||
где α – коэффициент теплоотдачи между продуктом и |
охлаждающим агентом, |
||
Вт/( м²·К ); R – определяющий размер, м.
При охлаждении воздухом коэффициент теплоотдачи от продукта к воздуху
приближенно можно определить по зависимости Юргенса |
|
α = 1,16(5,3 + 3,6w), |
(28) |
где w - скорость движения воздуха у поверхности продукта, м/с.
При охлаждении продукта водой или рассолом коэффициент теплоотдачи можно принять:
- при естественной конвекции 200…230 Вт/(м2×К), - при скорости движения рассола 0,5 м/с соответственно 1000 Вт/(м2×К).
Критерий Фурье
F0 = |
аτ |
, |
(29) |
|
|||
|
R 2 |
|
|
По номограмме приложения Е, соответствующей заданной физической модели |
|||
находится значение безразмерной температуры θ. |
|
||
Конечная температура продукта определяется из выражения (23) по формуле |
|
||
tк = tс + θ(tн - tс), |
(30) |
||
|
|
|
8 |
СПИСОК РЕКОМЕНДОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1.Большаков С.А. Холодильная техника и технология продуктов питания: Учеб. для студ. высш. учеб. заведений / С.А. Большаков. – М.: Издательский центр «Академия», 2003. – 304 с.
2.Румянцев Д.Ю., Калюнов В.С. Холодильная техника: Учеб. для вузов.- СПБ.: Изд-
во «Профессия», 2005. – 360 с.
3. Холодильная техника и технология. Учебник/ под ред. Руцкого А.В.- М: Инфра. –
2000.
4.Шавра В.М. Основы холодильной техники и технологии (для учащихся и практических работников). – М: ДеЛи принт. - 2004.
5.Термодинамические диаграммы i - lgP для хладагентов. М.: АВИСАНКО, 2003. –
50 с.
Составитель: доцент Рузанов Сергей Романович
9
|
|
|
|
|
ПРИЛОЖЕНИЕ А |
|
|
Таблица А1- Исходные данные к заданию № 1 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
шифра |
|
|
Цифра шифра |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Первая |
|
|
Вторая |
|
Последняя |
|
цифры |
|
|
|
|
|
|
|
Наименование параметра |
|
|
|||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
№ |
Температура в |
Температура |
|
Холодопроизводительность |
|
Хладагент |
камере, tкам,° C |
воды tвд1, ° C |
|
Q0, кВт |
|
|
|
|
|
|
|
|||
0 |
-10 |
10 |
|
10 |
|
R 134 a |
1 |
-20 |
12 |
|
20 |
|
R 134 a |
2 |
-30 |
14 |
|
30 |
|
R134 a |
3 |
0 |
16 |
|
40 |
|
R 22 |
4 |
-5 |
18 |
|
50 |
|
R 22 |
5 |
-15 |
20 |
|
60 |
|
R 22 |
6 |
-25 |
22 |
|
70 |
|
R 117 |
7 |
-3 |
15 |
|
80 |
|
R 117 |
8 |
-13 |
17 |
|
90 |
|
R 117 |
9 |
-23 |
24 |
|
100 |
|
R 117 |
10