ПРОЦЕССЫ НАГРЕВАНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ, ТЕПЛООТДАЧА, ТЕПЛОПЕРЕДАЧА.
Нагреванием называется процесс повышения температуры материалов путем подвода к ним теплоты. Широко распространенными методами нагревания в пищевой технологии являются нагревание горячей водой или другими жидкими теплоносителями, насыщенным водяным паром, топочными газами и электрическим током.
Для этих целей применяют теплообменники различных конструкций.
Нагревание водойиспользуют для повышения температуры и пастеризации пищевых продуктов при температурах ниже 100 °С.
Другим способом нагревания горячими жидкостями является обогрев с помощью обогревательных бань, представляющих собой аппараты с рубашками. Рубашка нагревается топочными газами, с помощью электрообогрева или насыщенным водяным паром высокого давления, подаваемым в змеевик.
Нагревание водяным насыщенным паромполучило широкое распространение, что объясняется следующими его достоинствами: большим количеством теплоты, выделяющейся при конденсации водяного пара (2024...2264 кДж на 1 кг конденсирующегося пара при абсолютных давлениях соответственно 0,1... 1,0 МПа); высоким коэффициентом теплоотдачи от конденсирующего пара к стенке — порядка 20 000...40 000 кДж/м2 )равномерностью обогрева.
Нагревание топочными газами,образующимися при сжигании твердого, жидкого или газообразного топлива в специальных печах, используется, например, для обогрева сушилок.
Нагревание электрическим токомосуществляется в электрических печах сопротивления прямого и косвенного действия.
В печах прямого действия тело нагревается при прохождении через него электрического тока.
Нагревание токами высокой частоты основано на том, что при воздействии на диэлектрик переменного электрического тока молекулы диэлектрика приходят в колебательное движение, при этом часть энергии затрачивается на преодоление трения между молекулами диэлектрика и превращается в теплоту, нагревая тело.
Охлаждение — процесс понижения температуры материалов путем отвода от них теплоты.
Охлаждение водойосуществляется в теплообменниках, в которых теплоносители разделены стенкой либо обмениваются теплотой при смешивании. Например, газы охлаждают разбрызгиванием в них воды.
Охлаждение льдомприменяют для охлаждения ряда продуктов, например мороженого, до температуры, близкой к нулю.
Теплопередача— теплообмен между двумя теплоносителями через разделяющую их твердую стенку.
Теплоноситель— движущаяся среда (газ, пар, жидкость), используемая пля пеоеноса теплоты.
Теплопроводностью называется процесс переноса тепловой энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым в результате теплового движения и взаимодействия микрочастиц. В результате теплопроводности температура тела выравнивается.
Основной закон теплопроводности,установленный Фурье (1768—1830) и названный его именем, гласит, что количество теплоты dQ, переданное теплопроводностью, пропорционально градиенту температуры dt/dl, времени dt и площади сечения dF, перпендикулярного направлению теплового потока:
гдеλ. — коэффициент теплопроводности среды, Вт/(м-К).
Коэффициент теплопроводности веществ зависит от их природы и агрегатного состояния, температуры и давления.
Теплоотдачейназывается процесс теплообмена между поверхностью тела и окружающей средой.
Интенсивность теплоотдачи характеризуется коэффициентом
теплоотдачи, равным отношению плотности теплового потока на поверхности раздела к температурному напору между поверхностью теплообмена и средой (теплоносителем).
Основной закон теплоотдачи — закон Ньютонагласит: количество теплоты dQ, переданное от поверхности теплообмена к потоку , жидкости (газа) или от потока к поверхности теплообмена, прямо пропорционально площади поверхности теплообмена F, разности температур поверхности tст и ядра потока tf (или наоборот) и продолжительности процесса dt:
