Нікітін Олег

Науковий керівник – Н.П.Форостяна

Київський національний торговельно-економічний університет

 

Анотація. Використання УВКП в експериментальних дослідженнях харчових продуктів студентами-технологами дозволяє підвищити ефективність навчання з дисципліни «Теплотехніка», розширити діапазон наукових досліджень, підсилити прикладний характер дисципліни.

Ключові слова: УВКП, теплове поле, коефіцієнт теплопровідності, релаксація.

 

Підвищення якості викладання дисципліни «Теплотехніка» у КНТЕУ для студентів-технологів напрямку підготовки «Харчові технології та інженерії» є актуальним питанням методики викладання дисципліни. Зацікавити студента-першокурсника дисципліною можливо лише її прикладним характером, показавши практичну цінність досліджень теплофізичних характеристик (ТФХ) харчових продуктів. Аналізуючи ТФХ можемо спрогнозувати характер впливу теплового поля на об’єкт дослідження.

Мета роботи. Використовуючи УВКП розробити методику визначення залежності ТФХ від температури та часу для пружно-пористих харчових продуктів під час деформації.

Для досягнення поставленої мети ми поставили перед собою наступні завдання:

-       Розробити методичні рекомендації з визначення коефіцієнта теплопровідності пружно-пористих харчових продуктів (на основі зефіру) під час їх деформації;

-        Встановити залежність зміни температури всередині харчового продукту під час його деформації.

Викладення основного матеріалу. „УВКП”складається з електронного блока, набору датчиків та програмного забезпечення для сумісної роботи з персональним комп’ютером. Електронний блок виготовлено в металевому або в пластмасовому корпусі розміром 260x150x45 мм. На верхній поверхні корпусу розташовано чотири входи типу DВ-15 призначені для підключення зовнішніх пристроїв (аналогових та цифрових датчиків, устаткування). Зовнішній вигляд УКВП наведено на рис. 1.

Рис. 1. Зовнішній вигляд УКВП

Принцип роботи „УВКП” заснований на перетворенні сигналів датчиків вимірювання фізичних величин на цифрові дані та їх подальшій обробці. Сигнали від аналогових та цифрових датчиків підключаються до відповідних входів електронного блоку.

Харчовий продукт, такий як зефір, за Ребиндером відносять до піноподібних мас. Зефір – є  структурованою системою. До найбільш важливих реологічних характеристик таких об’єктів відносять граничну напругу зсуву, в’язкість, швидкість релаксації. Ефективна в’язкість є характеристикою рівноважного стану між процесами руйнування і відновлення. Зміна її викликає зміну коагуляційно-кристалізаційної структури, тим самим впливаючи на якість об’єкту дослідження.

Із зростанням деформаційної сили бульбашки повітря перетворюються на еліпсоїди. Це викликає збільшення тиску повітря в середині об’єкту, а деформація розтягу і стиснення приводить до вивільнення частини внутрішньої енергії. Всі ці дії приводять до підвищення температури в середині об’єкту під час його деформації. Зміну температури в середині об’єкту фіксуємо завдяки системі датчиків УВКП. Отриманий масив даних відсилається у файл програми Exsel, що є зручним для подальшого їх використання і обрахунку. Для виконання таких досліджень нами було вдосконалено методику визначення коефіцієнта теплопровідності методом нагрітих циліндрів.

Під час деформації зефіру отримуємо температурну залежність зображену на рис.2.

Рис.2.  Графік залежності зміни температури в середині зразку №1 під час його деформації отриманий УВКП.

Рис. 3. Графік залежності зміни температури в середині зразку №2  під час його деформації отриманий з використанням програми Excel.

Розроблена нами методика дозволяє визначити коефіцієнт теплопровідності за отриманими графіками температурної залежності. Стиснення об’єкту тривало всього 10 с. Від 10 с і до 60 с, за час релаксації об’єкту, спостерігається пониження температури від 21,035⁰С до 20,98⁰С за рахунок відновлення об’єкту. Із 60 с до 140 с температура плавно вирівнюється до 21,03⁰С за рахунок перерозподілу енергії в зразку.

Використовуючи основний закон теплопровідності розрахували градієнт температури. Градієнт вказує на швидкість зміни температури в зразку під час релаксації і направлений у бік зростання температури (див.рис.3).

Отримані значення коефіцієнту теплопровідності зефіру становить в середньому (0,673±0,026). Розподіл температури в середині зразку характеризує градієнт температури (див. рис.4).

Рис.4.  Залежність градієнту температур для зефіру від часу релаксації.

Висновок: Розроблена нами методика дозволяє комплексно досліджувати реологічні і теплові властивості пружно деформованих харчових продуктів. Такі дослідження є цінними для надання рекомендацій щодо пакування і транспортування об’єкту дослідження, його умови і терміну зберігання, що є важливим товарознавчим компонентом.

Під час деформації зефір нагрівається за рахунок не лише виконаної деформаційної роботи, а й за рахунок вивільнення внутрішньої енергії. В результаті деформації вологість об’єкту зменшується, а отже термін придатності скорочується. Отже, зефір - це об’єкт, якому заборонена зовнішня деформація.

Список літератури

1. Конвісер І.О., Паригіна Т.Б. Теплотехніка. /Конвісер І.О. Навчальний посібник. – К.: КНТЕУ, 2003. – 184с.
2. Лабораторний практикум до виконання науково-дослідних робіт з використанням УВКП. / С.Л.Шаповал, Н.П.Форостяна, Ю.В.Литвинов, Р.П.Романенко.  Навчально-методичне видання. – К.: КНТЕУ, 2013. – 87с.