Задача 4. Расчет жарочного шкафа

 

Справочные данные представлены в таблице 8. Исходные данные для расчета теплового баланса и определения мощности аппарата приведены в таблице 9, основные расчетные параметры шкафа даны в таблице 8. Схема распределения температур в различных точках жарочного шкафа представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 – Схема температур в различных точках шкафа

 

Таблица 6 – Справочные данные к задаче 4

Наименование параметра	Обозначение параметра	Значение парамет-ра
Начальная температура элементов шкафа, воздуха в рабочей камере, противня, теплоизоляции, °C
Температура окружающей среды (воздуха), °C
Начальная температура бифштекса (полуфабриката), °C
Конечная температура облицовок, °C
Конечная температура наружных облицовок, °C
Масса противня, кг
Теплоемкость продукта (для мяса), Дж/(кг×град)	с

 

Таблица 7 – Основные расчетные параметры шкафа

Наименование параметра	Обозначение параметра
Начальная температура элементов шкафа, воздуха в рабочей камере, противня, теплоизоляции, °C
Температура окружающей среды (воздуха), °C
Диаметр бифштекса, м
Начальная температура бифштекса (полуфабриката), °C
Конечная температура воздуха в рабочей камере, °C
Конечная температура наружных облицовок, °C
Конечная температура внутренних стенок камеры, °C
Конечная температура противня, °C
Конечная температура корочки бифштекса, °C
Конечная температура центра бифштекса, °C
Продолжительность разогрева шкафа (нестационарного режима), с
Продолжительность термообработки продукта (продолжительность стационарного режима), с
Масса противня, кг
Количество полуфабрикатов, шт.	n
Ширина корпуса шкафа, м
Длина корпуса шкафа, м
Высота корпуса шкафа, м
Ширина противня, м
Длина противня, м
Масса шкафа, кг

 

Таблица 8 – Исходные данные

Ва- ри-ант										n	А	В	Н	М
	0,06							0,08			0,8	0,83	1,59
	0,07							0,085			1,2	0,86	1,14
	0,08							0,09			0,9	0,84	1,08
	0,05							0,065			0,8	0,83	1,59
	0,04							0,06			1,2	0,86	1,14
	0,06							0,08			0,9	0,84	1,08
	0,07							0,085			0,8	0,83	1,59
	0,08							0,09			1,2	0,86	1,14
	0,05							0,065			0,9	0,84	1,08
	0,04							0,06			0,8	0,83	1,59

Примечание: К расчету следует принять с₁ = с₂ = 461 Дж/(кг×град), с_ИЗ = 921 Дж/(кг×град), М_ИЗ = 10 кг.

 

Количество теплоты, затраченное соответственно при нестационарном Q_ЗАТР, Дж, и стационарном режимах Q¢_ЗАТР, Дж

 

	(4.1)
	(4.2)

 

где Q₁ – количество полезно используемой теплоты на разогрев продукта;

Q₅, Q¢₅ – количество теплоты, теряемое наружными поверхностями шкафа

в окружающую среду соответственно при нестационарном и

стационарном режимах;

Q₆ – количество теплоты, расходуемое на разогрев конструкции шкафа

при нестационарном режиме работы шкафа;

Q_ПР – количество теплоты на разогрев противня.

 

Количество полезно используемой теплоты Q₁, Дж, определяется по формуле

 

(4.3)

 

где n- количество полуфабрикатов, загруженных в рабочую камеру, шт;

с – теплоемкость продукта, Дж/(кг×град);

t - конечная среднеобъемная температура продукта, °С;

DW –количество испарившейся жидкости за период термообработки

продукта, кг;

r – удельная теплота парообразования, Дж/кг.

 

Количество полуфабрикатов, загруженных в рабочую камеру

 

(4.4)

 

где - количество полуфабрикатов, загруженных в рабочую камеру, шт;

- количество противней, загруженных в рабочую камеру, шт;

- ширина противня, м;

- длина противня, м;

- диаметр изделия, м.

 

Конечная среднеобъемная температура бифштекса:

(4.5)

где - конечная среднеобъемная температура, °С;

- конечная температура корочки, °C;

- конечная температура центра, °C.

 

Количество испарившейся жидкости за период термообработки продукта

 

(4.6)

где -количество испарившейся жидкости за период термообработки

продукта, кг;

- масса, кг;

- количество полуфабрикатов, загруженных в рабочую камеру, шт;

- выход готового продукта, %.

 

Удельная теплота парообразования

 

(4.7)

 

где - удельная теплота парообразования, Дж/кг;

- конечная среднеобъемная температура продукта, °С.

 

Количество теплоты, теряемое наружными облицовками шкафа в окружающую среду Q₅, Дж, и Q’₅, Дж

	(4.8)
	(4.9)

где - количество теплоты, теряемое наружными поверхностями

шкафа в окружающую среду соответственно при нестационарном

и стационарном режимах, Дж;

- суммарная площадь наружных облицовок шкафа, м²;

- коэффициенты теплоотдачи от наружных облицовок шкафа

соответственно при нестационарном и стационарном режимах,

Вт/(м²·град);

- конечная температура наружных облицовок, °C;

- начальная температура элементов шкафа, °C;

- температура окружающей среды (воздуха), °C;

- продолжительность разогрева шкафа (продолжительность

нестационарного режима), с;

-продолжительность термообработки продукта

(продолжительность стационарного режима), с.

 

Площадь наружных облицовок шкафа

 

(4.10)

где - суммарная площадь наружных облицовок шкафа, м²;

- ширина корпуса шкафа, м;

- длина корпуса шкафа, м;

- высота корпуса шкафа, м.

Коэффициенты теплоотдачи от наружных облицовок определяются по формулам

	(4.11)
	(4.12)

где - коэффициенты теплоотдачи от наружных облицовок шкафа

соответственно при нестационарном и стационарном

режимах, Вт/(м²·град);

- конечная температура наружных облицовок, °C;

- начальная температура элементов шкафа, °C;

- температура окружающей среды (воздуха), °C.

 

Количество теплоты, расходуемое на разогрев конструкции при нестационарном режиме работы котла Q₆, Дж, определяют по формуле

 

(4.13)

где - количество теплоты, расходуемое на разогрев конструкции при нестационарном режиме работы шкафа, Дж;

- соответственно масса внутренних стенок рабочей

камеры, наружных облицовок и теплоизоляции, кг;

- соответственно теплоемкость металла внутренних

стенок рабочей камеры, теплоемкость металла наружных

облицовок и теплоемкость теплоизоляции, Дж/(кг·град);

- конечная температура наружных облицовок, °C;

- начальная температура элементов шкафа, °C;

- конечная температура внутренних стенок камеры, °C;

- начальная температура внутренних стенок камеры, °C.

 

Массу внутренних стенок рабочей камеры и массу наружных облицовок принять равными по величине и определить по формуле

 

(4.14)

 

где - соответственно масса внутренних стенок рабочей камеры, масса наружных облицовок, кг;

- масса шкафа, кг;

- масса теплоизоляции, кг.

 

Количество теплоты на разогрев противня

(4.15)

 

где - количество теплоты на разогрев противня, Дж;

- масса противня, кг;

- теплоемкость металла противня, Дж/(кг·град);

- конечная температура противня, °C;

- начальная температура противня, °C.

К расчету с₄ принять равной с₁.

 

Мощность, затраченная на проведение заданного технологического процесса соответственно при нестационарном P, Вт, и стационарном P’, Вт, режимах определяется по формуле

	(4.16)
	(4.17)

где - соответственно мощности, затраченные на проведение

технологического процесса при нестационарном и

стационарном режимах, Вт;

- соответственно количество теплоты, затраченное

соответственно при нестационарном и стационарном

режимах, Дж;

- продолжительность разогрева шкафа (продолжительность

нестационарного режима), с

-продолжительность термообработки продукта

(продолжительность стационарного режима), с.