В процессе вакуумно-испарительного охлаждения происходит перераспределение массы влаги по объему заготовки; фазовые переходы «жидкость – пар» происходят во всем объеме тела одновременно в соответствии с локальными значениями температуры и давления в каждой точке охлаждаемого изделия; фазовый переход происходит при отсутствии подвода тепла извне за счет уменьшения внутренней энергии изделия и, как следствие, сопровождается уменьшением температуры изделия.
Альтернативой традиционным способам охлаждения является вакуумно-испарительное. В этом процессе свободная и распределенная в объеме продукта влага, испаряясь, отбирает теплоту. Процесс релаксации между изменениями давления насыщенных паров и температуры жидкости протекает быстро. На основе систематизации сведений о физических процессах, протекающих при вакуумно-испарительном охлаждении тел, физическая модель строилась на следующих представлениях и допущениях: тело имеет пористость 70…80 % и высокую паропроницаемостью; в процессе вакуумно-испарительного охлаждения может происходить перераспределение массы влаги по объему заготовки, при этом влажность охлаждаемого тела достаточна для его вакуумно-испарительного охлаждения без образования сухих зон и сплошных границ фазовых переходов; фазовые переходы «жидкость – пар» происходят во всем объеме тела одновременно в соответствии с локальными значениями температуры и давления в каждой точке охлаждаемого изделия; фазовый переход происходит при отсутствии подвода тепла извне за счет уменьшения внутренней энергии изделия и, как следствие, сопровождается уменьшением температуры изделия.
В соответствии с разработанной физической моделью процесса была построена математическая, позволившая рассмотреть различные аспекты процесса. Наибольший интерес представляет распределение температур по толщине изделия при вакуумно-испарительном (рис. 1) и конвективном (рис. 2) охлаждениях. Установлено, что тело с одинаковой массой и формой охлаждалось в 100 раз быстрее вакуумно-испарительным охлаждением, чем конвективным. Все происходит из-за того, что при таком способе охлаждении скорость процесса не ограничивается более медленным процессом теплопроводности, как при конвективном способе. Большое значение имеет и влажность охлаждаемого продукта. На основании расчетов установлено, что при охлаждении продукта от 90 °С до 2 °С количество свободной влаги в продукте должно быть не менее 12 % от массы охлаждаемого изделия. При меньшей влажности невозможно достичь нужной температуры даже при очень низких давлениях.
Рис. 1. Изменение температуры по толщине тела при вакуумно-испарительном охлаждении
Рис. 2. Изменение температуры по толщине тела при конвективном охлаждении
Рассматриваемое явление кардинальным образом отличается от механизма охлаждения конвективным потоком воздуха. При откачке воздуха и водяных паров, поступающих в камеру от охлаждаемого изделия, внутри них создаются условия для изоэнтропного объемного испарения и кипения жидкости. В отсутствии теплопритоков извне испарение и кипение жидкости приводит к одновременному охлаждению каждой частицы продукта до температуры насыщенных паров воды. В этом явлении отсутствуют такие медленные процессы, как диффузия и теплопроводность, поэтому вакуумно-испарительное охлаждение протекает относительно быстро и во всем объеме изделия одновременно.
Библиографическая ссылка
Жиронкин Е.И. КОНВЕКТИВНОЕ И ВАКУУМНО-ИСПАРИТЕЛЬНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ КАПИЛЛЯРНО-ПОРИСТЫХ ТЕЛ // Старт в науке. – 2016. – № 6. ;URL: https://science-start.ru/ru/article/view?id=504 (дата обращения: 20.04.2024).