Жарка проводится в одну стадию до кулинарной готовности и характеризуется температурой в центре и на поверхности изделия, а также образованием корочки. Полезная теплота в этом случае складывается из теплоты, пошедшей на нагрев продуктов до заданной температуры, и на испарение влаги из него:

, (4)

где масса сырья одного компонента продукта, кг; удельная теплоемкость компонента, Дж/(кг·К);

среднеобъемная температура на поверхности и в центре изделия [14]:

оС;

Mж - масса жира, кг; сж - средняя теплоемкость жира, Дж/(кг·К); конечная температура жира, оС; Z - выход готового продукта; еr - коэффициент фазового превращения, показывающий превращения, показывающий отношение количества испарившейся влаги к общей потере влаги продуктом (для жарки 0,6…0,7); r - удельная теплота парообразования при 100 оС (2,26·106 Дж/кг).

Температура нагрева жира изменяется в процессе жарки от 150 до 190 оС. Количество жира берется согласно рецептуре.

Согласно табл.1 определим долю каждого компонента в рецептуре:

; ;

; .

Масса сырья каждого компонента при общей массе сырья, загружаемой в рабочую камеру:

В процессе нагрева продукта его теплоемкость меняется и поэтому ее значение следует брать по некоторой средней температуре [2].

Конечная температура продукта при варке определяется средней по объему температурой продукта в конце процесса [14].

Массы компонентов и их теплоемкости представлены в табл.2.

Таблица 2 Массы и теплоемкости компонентов рецептуры [14]

По формуле (4) находим:

3.3 Расчет температуры стенок аппарата в конце разогрева при установившемся режиме работы теплового аппарата

Конечную температуру конструктивных элементов аппарата (варочного сосуда, наружного котла, изоляции, кожуха, стенок короба жарочного шкафа и др.) определяют расчетом, для чего необходимо определить коэффициенты теплоотдачи, коэффициент теплопередачи через многослойную стенку и удельный тепловой поток.

Для выбранного аппарата выполняют схематический разрез стенки аппарата, затем устанавливают направление теплового потока.

Удельный тепловой поток через многослойную стенку определяют по формуле

, (9)

где К - коэффициент теплопередачи через стенку аппарата от теплоносителя к внешней среде (обычно окружающий аппарат воздух); t1 - температура теплоносителя (пароводяной смеси, горячего воздуха и т. д.); t2 -- температура окружающей среды.

Формула для расчета коэффициента теплопередачи через плоскую стенку имеет вид

, (10)

где б1 - коэффициент теплоотдачи со стороны рабочего теплоносителя, Вт/(м2·К); б2 - коэффициент теплоотдачи от кожуха в окружающую среду, Вт/(м2·К); дi - толщина слоев стенки, м; лi - коэффициент теплопроводности материала слоев стенки, Вт/(м2·К).

Метод определения удельного теплового потока через коэффициент теплопередачи называется методом последовательных приближений, так как нужно предварительно задаваться температурами поверхностей - со стороны теплоносителя (tст1) и кожуха (tк). При расхождении более чем на 10 % произвести перерасчет, задаваясь новыми значениями температуры поверхностей.

Для определения температуры поверхностей стенок или удельного теплового потока можно использовать графический метод, основанный на построении нагрузочной характеристики, т. е. зависимости q= f (t, °С) [9].

В случае сковород можно воспользоваться эмпирической формулой для определения удельного теплового потока от нагретой изолированной поверхности (например, внутренняя стенка чаши сковороды) при температуре теплоносителей до 250 оС [14]:

 Вт/м2.

Рис.2. Схематический разрез стенки сковороды. 1 - внутренняя стенка рабочей камеры, 2 - тепловая изоляция, 3 - кожух

Уравнения для расчета температуры стенок находятся из равенства тепловых потоков.

От теплоносителя к стенке

. (11)

Через стенку к теплоизоляции

. (12)

Через теплоизоляцию

. (13)

Через кожух

. (14)

От кожуха к окружающей среде

. (15)

Из уравнений (11-15) можно найти температуры стенок аппарата:

; (16)

; (17)

; (18)

; (19)

Для проверки расчетов нужно определить температуру теплоносителя t1:

. (20)

Расхождение должно быть не более 5 %.

С учетом рассчитанных коэффициентов б1 и б2 по формулам (16-19) находим:

 оС;

оС;

оС;

оС.

Проверка:

оС.

Отклонение

3.4 Расчет кинетических коэффициентов теплоотдачи

Коэффициенты теплоотдачи б1 и б2 зависят от многих факторов: от вида среды (газ, пар, капельная жидкость), от характера и скорости движения среды, физических свойств среды, от формы, размеров и положения поверхности теплообмена, температуры стенки и др. Для небольшого числа случаев коэффициент теплоотдачи можно определить теоретически.

Сведения о величинах коэффициента теплоотдачи а и методах расчета можно найти в учебной литературе [4-6,9-10].

В процессе теплообмена между наружными нагретыми стенками аппарата (кожух, облицовка, крышка и т. д.) и окружающей средой имеет место одновременно конвективный и лучистый теплообмен.

В процессе теплообмена между нагретыми стенками аппарата и теплоносителем имеет место одновременно конвективный и лучистый теплообмен. Поэтому коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к стенке

, (22)

где коэффициент теплоотдачи от теплоносителя конвекцией к стенке, Вт/(м·К); коэффициент лучеиспускания теплоносителя в стенку, Вт/(м·К).

Коэффициент находится из критерия Нуссельта

, (23)

где l - определяющий геометрический размер теплоотдающей поверхности (численно равен внутренней высоте сковороды), м; л - коэффициент теплопроводности окружающей среды (воздуха) при температуре , Вт/(м2·К).

Критерий Нуссельта Nu находится из соответствующего критериального уравнения [4-6, 10]. При свободной конвекции капельных жидкостей и газов можно использовать эмпирическое уравнение Михеева для любой поверхности

Nu = C (Gr · Pr)n (24)

где Gr - число Грасгофа; Рr - число Прандтля.

С и n определяются по произведению (Gr · Pr) [14].

За определяющую температуру tm берется средняя температура пограничного слоя (tк - температура кожуха (облицовки); t2 - средняя температура окружающего воздуха), за определяющих геометрический размер труб - их диаметр d, для плоских стенок - их высота Н, так как при свободной конвекции движение отдельных слоев теплоносителя возникает вследствие разности плотностей холодных и нагретых слоев.

При решении частных задач для определения коэффициентов теплоотдачи конвекцией от горизонтальной облицовки аппарата к окружающему воздуху можно использовать формулу Жуковского [4]

, (24)

при условии что 15 °С < < 90 °С в случае естественной конвекции от горизонтальной поверхности вверх.

Число Прандтля берется из таблиц или определяется по формуле

, (25)

где ср - изобарная теплоемкость среды, Дж/(кг·град); с - плотность среды при определяющей температуре, кг/м3; v - кинематический коэффициент вязкости среды, м2/с; л - теплопроводность среды, Вт/(м·град) [14].

Число Прандтля при t при 250 оС для животного (свиного) жира:

.

Число Грасгофа определяется по формуле

, (26)

где g - ускорение свободного падения, м/с2; в - коэффициент объемного расширения для жира, 1/град; Дt = 0.08-0.4 оС - перепад температур между теплоносителем и стенкой, °С; l = 0,35 м - определяющий геометрический размер (внутренняя высота сковороды), м; v - кинематический коэффициент вязкости среды (жира), м2/с.

.

При турбулентном режиме (Pr*Gr = 5,1·107) значения коэффициентов в формуле (24) равны:

С = 0,135; n = 1/3.

Критерий Нуссельта по формуле (24):

Nu = 0,135 (5,1·107)1/3 = 50,06.

Коэффициент теплоотдачи от кожуха конвекцией в окружающую среду

Вт/(м·К).

Коэффициент теплоотдачи излучением ал определяется по формуле Стефана-Больцмана [5]

, (27)

где е - степень черноты теплоотдающей стенки [14]; Со = 5,67 Вт/(м·К ) - коэффициент излучения абсолютно черного тела; tn - температура теплоотдающей поверхности, °С; t0 - температура окружающей среды, °С.

Вт/(м·К).

Коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к стенке

Вт/(м·К).

При решении частных задач суммарный коэффициент теплоотдачи нагретой поверхностью аппарата в окружающую среду (при tп 150 °С) в закрытых помещениях определяют по приближенной формуле [5]

. (28)

Формула (28) дает несколько завышенные значения коэффициента теплоотдачи .

Коэффициент теплоотдачи нагретой поверхностью аппарата в окружающую среду

 Вт/(м·К).

3.5 Расчет потерь тепла в окружающую среду