10 / 66
Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Процессы и аппараты пищевых производств» № 1, 2017
10
Введение
Криовоздействие на биоткань заключается в обработке биологических объектов при
использовании криогенных температур (ниже 120 К). В настоящее время такая технология представляет
собой перспективное направление развития медицины, биологии, пищевой промышленности и других
отраслей экономики [1]. Актуальность вопроса расширяется и глубже раскрывается особенно на фоне
растущего спроса на технологии повышения операционной эффективности технологических процессов
в медицине и пищевой промышленности [2–5].
Например, максимальная линейная скорость замораживания из ряда изучаемых режимов
холодильной обработки пищевых продуктов обеспечивается на уровне 4,5·10
–6
м/с, что
по классификации соответствует средней скорости процесса [6]. Как известно, технологический процесс
криообработки сопровождается меньшими по сравнению с традиционными методами энергозатратами,
и в пищевой промышленности позволяет получать продукт высокого качества с сохранением
большинства биологически активных веществ, реализовывать энергоресурсосберегающую технологию,
приближаясь к безотходному производству [7].
Максимальный эффект от шоковой заморозки может быть достигнут при управлении скоростью
процесса, а следовательно разрушением межклеточной структуры и дегидратацией в заданных областях
замораживаемого объекта. Для этого следует соответствующим образом изменять условия охлаждения
и оценивать состояние объекта по всему его объему.
Анализ литературных источников показывает что, информации о системах моделирования
процесса заморозки в реальном времени недостаточно. Поэтому моделирование управляемого
нестационарного процесса промерзания с целью определения оптимальных высокоэффективных
режимных параметров криоохлаждения объектов биологического происхождения является ключевой
проблемой для достижения поставленных целей.
Объекты исследования
Постановка задачи.
В процессе рассмотрения постановки задачи будем учитывать возможность
дальнейшего развития и распространения предлагаемого подхода на более сложные структурные
и содержательные варианты, проведение оптимизации по различным критериям расширенного
диапазона, поиск и предложение инновационных патентоспособных решений.
Охлаждаемый объект представляет собой некое полуограниченное (рисунок 1, а) или
ограниченное (рисунок 1, б) тело, от некоторой поверхности которого средствами криогенных
технологий отводится теплота при постоянной температуре
T
0
(граничное условие I рода) или
постоянной плотности теплового потока
q
0
(граничное условие II рода). Возможно и более сложное
задание этих граничных условий (ГУ), когда они являются функцией времени:
T
0
=
T
0
(τ) или
q
0
=
q
0
(τ).
Q
Q
а б
z
z
r
r
Рисунок 1 – Расчетная схема объекта:
–
поверхность теплоотвода;
– поверхность теплообмена с окружающей средой;
– граница раздела фаз
Электронная Научная СельскоХозяйс венная Библиотека