Распределение полей температур и влагосодержаний в частице свекловичного жома прямоугольной формы при конвективной сушке
Автор: Остриков А.Н., Шевцов А.А., Дранников А.В., Квасов А.В.
Журнал: Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий @vestnik-vsuet
Рубрика: Процессы и аппараты пищевых производств
Статья в выпуске: 1 (75), 2018 года.
Бесплатный доступ
Приведена математическая модель, описывающая распределение полей температур и влагосодержаний в частице свекловичного жома прямоугольной формы при конвективной сушке. В качестве исходных уравнений были приняты дифференциальные уравнения материального и теплового балансов, в которой перенос теплоты и массы обусловлен фазовыми превращениями. Для решения математической модели разработан алгоритм численного решения нестационарной краевой задачи теплопроводности с переменными тепломассообменными коэффициентами высушиваемого продукта, граничными и начальными условиями, а также фазовым переходом с подвижной границей раздела фаз. При этом исходная система уравнений приведена к безразмерному виду. Для решения задачи нестационарной теплопроводности использован зональный метод расчета температурных полей при сушке свекловичного жома. Процесс сушки разбивался на некоторые временные интервалы. В пределах каждого интервала геометрическая форма частицы, ее плотность, теплофизические и массообменные характеристики; начальное распределение температуры и влагосодержания по объему частицы, а также плотность массового и теплового потока с испарившейся влагой постоянны. Зональный метод решения задачи нестационарного трехмерного уравнения теплопроводности для параллелепипеда с учетом внутренних источников теплоты был проверен по экспериментальным данным стационарной сушки свекловичного жома с использованием исходных данных. Для реализации зонального метода получены зависимости изменения линейного размера частицы свекловичного жома по пространственной координате х и ее влагосодержания в процессе сушки. При постоянных значениях влагосодержания и размеров стороны высушиваемой частицы на каждом шаге методом машинного эксперимента найдены текущие значения коэффициента фазового превращения при условии максимального сближения расчетных и экспериментальных данных. Предлагаемый метод расчета распределения температурных полей и полей влагосодержащий при конвективной сушке свекловичного жома в переменных режимах с использованием трехмерного уравнения теплопроводности показал соответствие расчетных и экспериментальных данных с погрешностью моделирования 8–10 %. Полученные результаты были использованы при разработке двухступенчатого способа сушки свекловичного жома. Предлагаемый метод расчета двухступенчатой сушки свекловичного жома позволил обеспечить максимальное кинетическое соответствие при практической реализации температурных режимов в области допустимых технологических свойств высушиваемого продукта.
Короткий адрес: https://sciup.org/140229944
IDR: 140229944 | DOI: 10.20914/2310-1202-2018-1-11-19
Distribution of temperature and moisture content fields in a rectangular beet pulp particle during convection drying
The mathematical model describing distribution of fields of temperatures and moisture contents in a particle of a squared beet press at convective drying is given. As the initial equations the differential equations of material and thermal balances in which transfer of warmth and weight is caused by phase transformations have been accepted. The algorithm of the numerical solution of a non-stationary regional problem of heat conductivity with variable heat and mass transfer coefficients of the dried-up product, boundary and entry conditions and also phase transition with mobile limit of the section of phases is developed for the solution of mathematical model. At the same time the initial system of the equations is given to a dimensionless look. For the solution of a problem of non-stationary heat conductivity the zone method of calculation of temperature fields when drying a beet press is used. Process of drying broke into some time intervals. Within each interval geometrical form of a particle, its density, heatphysical and mass-exchanged characteristics; initial distribution of temperature and moisture content on particle volume and also density of a mass and thermal stream with the evaporated moisture are constant. The zone method of the solution of a problem of the non-stationary three-dimensional equation of heat conductivity for a parallelepiped taking into account internal sources of warmth has been checked on experimental data of stationary drying of a beet press with use of basic data. For realization of a zone method dependences of change of the linear size of a particle of a beet press on spatial coordinate x and its moisture content in the course of drying are received. At constant values of moisture content and the sizes of the party of the dried-up particle on each step the method of a machine experiment has found the current values of coefficient of phase transformation on condition of the maximum rapprochement of settlement and experimental data. The offered method of calculation of distribution of temperature fields and fields moisture containing at convective drying of a beet press in the variable modes with use of the three-dimensional equation of heat conductivity has shown compliance of settlement and experimental data with a margin error of modeling 8–10%. The received results have been used when developing a two-level way of drying of a beet press. The offered method of calculation of two-level drying of a beet press has allowed to provide the maximum kinetic compliance at implementation of temperature conditions in the field of admissible technological properties of the dried-up product.
Список литературы Распределение полей температур и влагосодержаний в частице свекловичного жома прямоугольной формы при конвективной сушке
- Шевцов С.А., Остриков А.Н. Техника и технология сушки пищевого растительного сырья. Воронеж: ВГУИТ, 2014. 289 с.
- Шевцов А.А., Дранников А.В., Лыткина Л.И., Шенцова Е.С. и др. Научно-практические основы энерго-и ресурсосберегающих процессов для получения кормовых добавок из растительного сырья. Воронеж: ВГУИТ, 2015. 268 с.
- Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Спра-вочник по математике. М.: Наука, 1986. 544 с.
- Малахов Н.Н., Горбачев Н.Б., Меркушев С.И., Галаган Т. В. Математическая модель кон-вективной сушки овощей//Известия вузов. Пище-вая технология. 2002. № 5-6. С. 81-81.
- Алексанян И.Ю. Развитие научных основ процессов высокоинтенсивной сушки продуктов животного и растительного происхождения: дисс. докт. техн. наук: 05.18.12. Астрахань, 2001. 266 с.
- Гинзбург А.С., Громов М.А., Красовская Г.И. Теплофизические характеристики пищевых продуктов: Справочник. М.: Агропромиздат, 1990. 287 с.
- Лыков А.В. Тепломассообмен. М.: Энергия, 1978. 479 с.
- Шевцов А. А., Дранников А. В., Ткач В. В., Сердюкова Н. А. Резервы энергоэффективности конвективной сушки дисперсных материалов при переменных режимах//Вестник ВГУИТ. 2017. № 2. С. 17 -23.
- Дранников А. В., Костина Е. В., Дерканосова А. А., Бородовицын А. М. Управление процессом сушки высоковлажных дисперсных материалов при пониженном давлении сушильного агента//Автоматизация. Современные технологии. 2017. № 6. С. 248 -253.
- Дранников А. В., Костина Е. В., Бородовицын А. М., Полухин М. В. и др. Кинетика влагоудаления и определение продолжительности процесса сушки высоковлажных дисперсных материалов//Известия вузов. Пищевая технология. 2017. № 2-3. С. 78 -82.
- Shevtsov A.A., Drannikov A.V., Derkanosova A.A., Borodovicyn A.M. et al. Preparation and application of fodder vitamin additive choline chloride B4 on the basis of dried beet pulp in premix composition//International Journal of Pharmaceutical Research & Allied Sciences. 2017. № 6(1). P. 217-226.
- Shevtsov A., Drannikov A., Derkanosova A., Korotaeva A. et al. Study of the basic modes of drying of high-moisture disperse materials of vegetable origin//The 1st International Academic Conference «Science and Education in Australia, America and Eurasuia: Fundamental and Applied Science». Austral-ia, Melbourne. 2014. P. 173-176.
- Zhu A., Shen X. The model and mass transfer characteristics of convection drying of peach slices//International Journal of Heat and Mass Transfer. 2014. V. 72. P. 345-351.
- Nachaisin M., Jamradloedluk J., Niamnuy C. Application of Combined Far‐Infrared Radiation and Air Convection for Drying of Instant Germinated Brown Rice//Journal of Food Process Engineering. 2016. V. 39. №. 3. P. 306-318.
