13 / 60
11
ХРАНЕНИЕ И ПЕРЕРАБОТКА СЕЛЬХОЗСЫРЬЯ, № 2, 2014
Âàêóóìíàÿ ñóøêà ïðèìåíÿåòñÿ âî ìíîãèõ îáëàñ-
òÿõ ïðîìûøëåííîñòè, â òîì ÷èñëå è ïèùåâîé. Òåõ-
íîëîãèÿ èñïîëüçóåòñÿ äëÿ âûñóøèâàíèÿ ñàìûõ ðàç-
íûõ ïèùåâûõ ïðîäóêòîâ: ìÿñíûõ è õëåáîáóëî÷íûõ
èçäåëèé, ãèäðîëèçîâàííûõ îâîùåé, ðàñòèòåëüíûõ
ýêñòðàêòîâ, êîíöåíòðàòîâ ñîêîâ è ïð.
Âàêóóìíàÿ ñóøêà ïðîõîäèò â äâà ïåðèîäà. Â ïåð-
âûé ïåðèîä ñêîðîñòü ñóøêè ïîñòîÿííàÿ, à òåìïåðà-
òóðà ìàòåðèàëà áëèçêà ê òåìïåðàòóðå íàñûùåíèÿ âî-
äû ïðè äàííîì ðàçðåæåíèè. Âî âòîðîé ïåðèîä ñêî-
ðîñòü ñóøêè ïàäàåò, òåìïåðàòóðà ìàòåðèàëà ïîâûøà-
åòñÿ, ïðèáëèæàÿñü ê òåìïåðàòóðå òåïëîíîñèòåëÿ [1].
Ñóøêó ïîä âàêóóìîì ïðèìåíÿþò ñ öåëüþ ïîâû-
øåíèÿ êà÷åñòâà ãîòîâîãî ïðîäóêòà, òàê êàê ïðîöåññ
îñóùåñòâëÿåòñÿ ïðè áîëåå íèçêîé òåìïåðàòóðå, ÷åì
â àòìîñôåðíûõ óñëîâèÿõ. Ïðè âàêóóìíîé ñóøêå ñêî-
ðîñòü èñïàðåíèÿ ïîâûøàåòñÿ, òàê êàê ñêîðîñòü óäà-
ëåíèÿ âëàãè ïðîïîðöèîíàëüíà ðàçíîñòè äàâëåíèé
âîäÿíîãî ïàðà ó ïîâåðõíîñòè ìàòåðèàëà è â îêðóæà-
þùåì ïðîñòðàíñòâå. Ïîâûøàåòñÿ òàêæå ýêîíîìè÷-
íîñòü ïðîöåññà èç-çà îòñóòñòâèÿ ïîòåðü òåïëà ñ óõî-
äÿùèì âîçäóõîì [2].
ßãîäû ÿâëÿþòñÿ êàïèëëÿðíî-ïîðèñòûìè òåëàìè,
à ïî ïðèðîäå — êîëëîèäàìè, ïîýòîìó äëÿ íèõ õà-
ðàêòåðíû ñâîéñòâà êàïèëëÿðíî-ïîðèñòûõ è êîëëî-
èäíûõ òåë. Ñòåíêè èõ êàïèëëÿðîâ ýëàñòè÷íû è ïðè
ïîãëîùåíèè æèäêîñòè íàáóõàþò. [3]. Ïðè óäàëåíèè
æèäêîñòè ýòè òåëà äàþò óñàäêó, ñòàíîâÿòñÿ õðóïêè-
ìè è ìîãóò áûòü ïðåâðàùåíû â ïîðîøîê.
Âàêóóìíîå îáåçâîæèâàíèå ïîçâîëÿåò ïîëó÷àòü
âûñîêîêà÷åñòâåííûé ïðîäóêò ïèòàíèÿ ñ ìèíèìàëü-
íûìè ïîòåðÿìè åãî íà÷àëüíîé áèîëîãè÷åñêîé öåí-
íîñòè. Òåõíîëîãèÿ âî ìíîãèõ ñëó÷àÿõ ïîçâîëÿåò çà-
ìåíèòü ñóáëèìàöèîííóþ ñóøêó è íà ïîðÿäîê ñíè-
çèòü ñåáåñòîèìîñòü îáåçâîæèâàíèÿ.
Âàêóóìíîå âûñóøèâàíèå ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé âåñü-
ìà ñëîæíûé ïðîöåññ îáåçâîæèâàíèÿ. Ìàòåìàòè÷åñ-
êîå ìîäåëèðîâàíèå äàåò âîçìîæíîñòü êîëè÷åñòâåí-
íî îïèñàòü ôèçè÷åñêèå ìåõàíèçìû ïðîöåññà ñóøêè.
 [3–5] îïèñàíû íåêîòîðûå ìåõàíèçìû âàêóóìíîé
ñóøêè è ñîîòâåòñòâóþùèå èì ìàòåìàòè÷åñêèå ìîäå-
ëè. Âìåñòå ñ òåì ðàçðàáîòêà íîâûõ ìîäåëåé ÿâëÿåòñÿ
ñëîæíîé è òðóäíîðàçðåøèìîé çàäà÷åé â ñâÿçè ñ îò-
ñóòñòâèåì ïîëíûõ ñâåäåíèé î ìåõàíèçìàõ, ïðîòåêà-
þùèõ â ïðîöåññå ñóøêè, è íåîáõîäèìîñòüþ ó÷åòà
âåëè÷èí, õàðàêòåðèçóþùèõ ôèçè÷åñêèå ñâîéñòâà
âûñóøèâàåìîãî ïðîäóêòà. Äàííàÿ îáçîðíàÿ ñòàòüÿ
ñòðîèòñÿ íà îñíîâå ìîäåëåé, èçëîæåííûõ â [3–4].
Öåëü äàííîé ðàáîòû — ïîñòðîåíèå ìàòåìàòè÷åñ-
êîé ìîäåëè âíóòðåííåãî òåïëîìàññîîáìåíà ïðè âà-
êóóìíîé ñóøêå ÿãîä, îñíîâàííîé íà ñèñòåìå íå-
ëèíåéíûõ äèôôåðåíöèàëüíûõ óðàâíåíèé. Ìîäåëü
ïðåäíàçíà÷åíà äëÿ íåñòàöèîíàðíîãî âíóòðåííåãî
âëàãî- è òåïëîïåðåíîñà ïðè ñóøêå âëàæíûõ òåë ñ
ó÷åòîì ñïåöèôèêè ðàäèàöèîííîãî ïîäâîäà òåïëîòû.
Ïðè ðåøåíèè âíóòðåííåé çàäà÷è äëÿ îïèñàíèÿ
ïðîöåññà ñóøêè èñïîëüçóþò îñíîâíûå óðàâíåíèÿ
âíóòðåííåãî òåïëîìàññîïåðåíîñà, êîòîðûå ïîëó÷å-
íû ïðè ðàññìîòðåíèè ïåðåíîñà íåêîòîðîãî ïîòåí-
öèàëà
Ï
.  îáùåì ñëó÷àå ïëîòíîñòü ïîòîêà ïåðåíîñà
Q
→
ìîæíî ïðåäñòàâèòü â ñëåäóþùåì âèäå [3]:
Q
→
=
Ïv
→
j
→
,
(1)
ãäå
Ïv
–
→
— êîíâåêòèâíàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ;
j
→
– ñîñòàâëÿ-
þùàÿ, îáóñëîâëåííàÿ ñòðåìëåíèåì ñèñòåìû ê ðàâ-
íîâåñèþ.
Âûäåëèì â òåëå îáúåì
V
, îãðàíè÷åííûé ïîâåðõíî-
ñòüþ
S
, è ñîñòàâèì äëÿ íåãî áàëàíñ ïîòåíöèàëà
Ï
[3]:
ãäå
∂
Ï
∂τ
— èçìåíåíèå ïîòåíöèàëà
Ï
ïî âðåìåíè;
Q
→
—
ïëîòíîñòü ïîòîêà ïåðåíîñà;
õ
— ïëîòíîñòü èñòî÷íè-
êîâ (èëè ñòîêîâ) ïîòåíöèàëà
Ï
.
Èñïîëüçóåì òåîðåìó Îñòðîãðàäñêîãî–Ãàóññà è
ñâåäåì ïîâåðõíîñòíûé èíòåãðàë â ïðàâîé ÷àñòè ê
îáúåìíîìó. Èç (1) è (2) ìîæíî ïîëó÷èòü [3]:
∂
Ï
∂τ
+(
∇
Ïv
→
) = –(
∇
j
→
)+
x
.
(3)
Ïîñêîëüêó ïðîöåññ ñóøêè îáóñëîâëåí ïåðåíîñîì
âëàãè è òåïëà, â êà÷åñòâå ïîòåíöèàëà ïåðåíîñà
Ï
ðàññìîòðèì ïëîòíîñòü âëàãè (
Ï
=
p
m
U
) è ïëîòíîñòü
òåïëà (
Ï
=
p
m
cT
). Êîíâåêòèâíûì ïåðåíîñîì âëàãè
ïðåíåáðåãàåì
Ïv
→
= 0).  ðåçóëüòàòå ïîëó÷èì [3]:
ãäå
p
m
— ïëîòíîñòü ìàòåðèàëà;
ñ
— òåïëîåìêîñòü
ìàòåðèàëà;
∂
U
∂τ
— èçìåíåíèå âëàãîñîäåðæàíèÿ ïî
âðåìåíè;
∂
T
∂τ
— èçìåíåíèå òåìïåðàòóðû ïî âðåìåíè;
j
→
m
— ïëîòíîñòü ïîòîêà âëàãè;
j
→
r
— ïëîòíîñòü ïîòîêà
òåïëà;
õ
m
è
õ
Ò
— ïëîòíîñòü èñòî÷íèêîâ èëè ñòîêîâ
ñîîòâåòñòâåííî ïîòåíöèàëîâ
p
m
U
è
ð
m
ñÒ
.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ХРАНЕНИЯ И ПЕРЕРАБОТКИ СЕЛЬХОЗПРОДУКЦИИ
УДК [634.7:664.8.047]:51
Математичес ое моделирование
вн'тренне(о тепломассообмена
в процессе ва ''мной с'ш и я(од
Àñïèðàíò Ä.Å.ÔÅÄÎÐÎÂ; êàíä. òåõí. íàóê Â.À.ÅÐÌÎËÀÅÂ
Êåìåðîâñêèé òåõíîëîãè÷åñêèé èíñòèòóò ïèùåâîé ïðîìûøëåííîñòè
( )
V
S
V
,
Ï
dV Q dS xdV
∂
= − ⋅
+
∂τ
∫
∫
∫
(2)
( )
( )
m
m m
m
T
T
;
,
U
p
j
x
T
p c
j
x
∂ ⎧
= ∇ +
⎪⎪ ∂τ
⎨ ∂ ⎪
= − ∇ +
⎪ ∂τ
⎩
(4)
Электронная Научная СельскоХозяйственная Библиотека