VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

В горячем цехе используют разное теплотехнологическое оборудования. Теплотехнологическое оборудование может находиться в состоянии нагрева, установившегося теплового режима и в состоянии остывания, а также жарочные поверхности плит могут быть заставлены различным количеством наплитной посуды. Все это затрудняет подсчет тепловыделений нагретыми поверхностями и делает его ориентировочным.

Тепловыделения нагретыми поверхностями по известным методикам [1] рассчитывалось по формуле

, (1)

где – площадь поверхности, м²; – коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/(м²·⁰С); – коэффициент теплоотдачи излучением, Вт/(м²·⁰С); – средняя температура нагретой поверхности, ⁰С; – средняя температура воздуха, ⁰С.

Тепловыделение от теплотехнологического оборудования в горячем цехе ресторана можно производить по тепловому балансу данного оборудования. Чтобы производить расчет по тепловому балансу, необходимо знать долю теплоты , передаваемую оборудованием в помещение и учитывать коэффициент одновременности. В этом случае можно рассчитать тепловыделение по формуле

, (2)

где – полное количество теплоты, вырабатываемое теплотехнологическим оборудованием, кВт; – доля, теплоты передаваемой оборудованием в помещение, %; – коэффициент одновременности (принимаем равным для ресторанов 0,7) [1]; – коэффициент загрузки жарочной поверхности; – коэффициент работы местных вентиляционных отсосов (принимаем равным 0,75) [6,7].

Известны методики расчета требуемого воздухообмена путем оценки количества выделяемой нагретыми поверхностями теплотехнологического оборудования теплоты, принимаемого по средней величине за весь период работы этого оборудования [3,4,8,9,10,11]. Однако такая оценка является приближенной, и используются осредненные или укрупненные значения расчетных величин. Указанные методики проектирования не соответствуют параметрам микроклимата, условиям комфорта и технологическим требованиям [1,2,5].

Применительно к ресторанным комплексам особый научный интерес представляет расчет теплопоступлений от технологического оборудования влажностно–тепловой обработки продуктов в горячих цехах ресторана . Рекомендуемые методы расчета не учитывают технологическую переменность режимов его работы. Поэтому необходима разработка теплофизической модели оборудования, отдельно для каждого этапа его работы, с целью определения общего количества теплоты, выделяемого оборудованием за весь технологический цикл обработки продуктов.

При изучении процессов влажностно–тепловой обработки нас будут интересовать определение пространственного температурного поля и изменение этого поля во времени. Каждая точка температурного поля характеризуется одной скалярной величиной – температурой, в этой связи температурное поле можно считать скалярным. Так как исследуемое температурное поле является нестационарным, вследствие не стационарности температурных полей теплотехнологического оборудования, его математическая характеристика будет иметь вид: , где – координата, меняющаяся в направлении от оборудования вглубь помещения, м; – координата, меняющаяся в направлении вдоль оборудования, м; – координата, меняющаяся в вертикальном направлении, м; – время, с.

Для общего выражения нестационарного температурного поля теплотехнологического оборудования применимо дифференциальное уравнение Фурье:

, (3)

где – функция распределения источников теплоты внутри оборудования и изменения их производительности во времени; – удельная теплоемкость, Вт/(кг∙⁰С); – плотность, кг/м³; – коэффициент теплопроводности, Вт/(м∙К).

Поскольку поверхности оборудования изготавливают, в основном, из нержавеющей стали, алюминия или чугуна, они представляют собой анизотропные тела, то есть. Теплофизические коэффициенты в пределах рабочего диапазона температур приняты постоянными и не зависящими от температуры и от времени.

Большинство работ, связанных с данной проблемой, решают прямую поставленную задачу о нахождении функции распределения температуры на рабочей поверхности оборудования. В нашем случае для нахождения пространственного температурного поля, создаваемого поверхностями оборудования, необходимо было решить обратную задачу. При этом формулируются граничные условия третьего рода, когда на рабочих поверхностях оборудования происходит теплообмен с окружающей средой.

Таким образом, искомой функцией является функция вида , и задача была сведена к разработке такой модели оборудования, которая позволила бы рассчитать поэтапно коэффициенты конвективного теплообмена α_к, лучистого теплообмена α_л и суммарного .

Для дальнейшего исследования был выбран основной тип оборудования сковорода электрическая секционная модулированная (СЭСМ–02) как наиболее характерный для ресторанных комплексов.

Цикл влажностно–тепловой обработки продуктов состоит из нескольких этапов, характеризующихся различной температурой и взаимным расположением отдельных конструктивных частей оборудования (см. таблицу). Процессы теплообмена здесь протекают независимо друг от друга, поэтому рассматривались в отдельности.

Теплофизическая модель оборудования представляет собой набор плоских поверхностей, строгим образом ориентированных и взаимосвязанных в пространстве, циклов работы, определенных во времени с присущими им характерными температурами нагрева поверхностей теплообмена.

Решением теплофизической модели стало выражение для определение мощности тепловыделений от оборудования за один цикл влажностно-тепловой обработки изделия продолжительностью T, с, имеет вид:

. (4)

Oбщее количество теплоты, теряемое теплотехнологическим оборудованием за весь цикл, можно представить в виде суммы интегралов на отдельных этапах цикла:

(5)

где где – коэффициенты сложного теплообмена соответствующего этапа цикла; – продолжительность соответствующего этапа цикла, с; – площадь поверхности оборудования, м²; – температура поверхности оборудования, ⁰С; - температура внутреннего воздуха в помещении , ⁰С.

Таблица

Сковорода электрическая СЭСМ-02 на различных этапах

влажностно-тепловой обработки

Первый этап Оборудование открыто, на нижнию часть рабочей поверхности укладывается продукт
Второй этап Оборудование закрыто, идет процесс влажностно-тепловой обработки продуктов
Третий этап Оборудование закрыто, идет процесс приготовления
Четвертый этап Оборудование открыто, извлекается продукт
Пятый этап Оборудование открыто

Примечание: 1 – рабочая поверхность верхней части, вертикальная; 2 – рабочая поверхность нижней части (горизонтальная), на которую укладываются продукты; 3 – боковые поверхности верхней части; 4 – боковые поверхности нижней части; 5 – боковые поверхности нижней части, вертикальные

Библиографический список

1. Сенатов, И. Г. Санитарная техника в общественном питании / И. Г. Сенатов. – М. : Издание 3–е, перераб. и доп. «Экономика», 1973. – 214 с.

2. Михеев, М. А. Курс теплопередачи / М. А. Михеев, И. М. Михеева. – М. : Энергия, 1973. – 206 с.

3. Чуйкин, С.В. Применение конформных отображений при решении задач вытесняющей вентиляции / С.В. Чуйкин, Р.А. Люльков // Инженерные системы и сооружения. – 2013. №1(10). – с. 29-36.

4. Глазков, С.С. Снижение концентрации загрязняющих веществ в вентиляционных выбросах при неблагоприятных метеоусловиях и аварийных ситуациях / С.С. Глазков,А.А. Седаев, С.В. Чуйкин // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. – 2013. - №1(29). – С. 91-98.

5. Мелькумов, В.Н. Математическое моделирование воздушных потоков в помещениях больших объемов / В.Н. Мелькумов, А.В. Лобода, С.В. Чуйкин // Научный вестник Воронежского государст¬венного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. - 2014. - № 2 (34). – с. 11-18.

6. Сотникова, О.А. Моделирование теплопоступлений от оборудования тепловой обработки продуктов в производственных помещениях ресторанных комплексов / О.А. Сотникова, С.Г. Тульская, Л.А. Кущев // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. – 2013. - №3(31). – С. 32-40.

7. Булыгина, С.Г. Разработка теплофизических моделей оборудования влажностно-тепловой обработки продуктов в ресторанных комплексах / C.Г. Булыгина, О.А. Сотникова // Научный журнал. Инженерные системы и сооружения. – 2012. - №2(7). – С. 38-49.

8. Плаксина, Е.В. Анализ методов организации микроклимата в спортивно-оздоровительных помещениях / Е.В. Плаксина, О.С. Замерина, Е.М. Бобрешов, А.А. Шевцов // Научный журнал. Инженерные системы и сооружения. – 2013. - №2. – С. 70-78.

9. Мелькумов, В.Н. Математическое моделирование воздушных потоков в помещениях больших объемов / В.Н. Мелькумов, А.В. Лобода, С.В. Чуйкин // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. – 2014. №2(34). – с. 11-18.

10. Сотникова, О.А. Экологическая безопасность вентилируемых помещений ресторанных комплексов / О.А. Сотникова, С.Г. Булыгина // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. – 2012. - №1. – С. 154-163.

11. Плаксина, Е.В. Характерные особенности требуемых параметров микроклимата помещений физкультурно-оздоровительных комплексов / Е.В. Плаксина, Я.А. Арнольбик, О.Ю. Струкова, Е.Э. Дубровская // Научный журнал. Инженерные системы и сооружения. – 2014. - №1. – С. 53-59.

12. Лапшина, К.Н. Оптимизация системы технического обслуживания потенциально опасных промышленных объектов / К.Н. Лапшина, К.А. Скляров, А.А. Чухлебов // Научный журнал. Инженерные системы и сооружения. - 2013. - № 4 (13). - С. 33-42.

Код для цитирования: Скопировать