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), сИЗ = 921 Дж/(кг×град), МИЗ = 10 кг.
Количество теплоты, затраченное соответственно при нестационарном QЗАТР, 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;
QПР – 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/(м2град);
- 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/(м2град);
- 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/(кгград);
- 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/(кгград);
- 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.