Например, Бобцов

Аналитическое решение краевой задачи теплопроводности в связи с процессом охлаждения крема кондитерского в холодильной камере

УДК 631

Аналитическое решение краевой задачи теплопроводности в связи с процессом охлаждения крема кондитерского в холодильной камере
Бараненко А.В., Вороненко Б.А., Поляков С.В., Пеленко В.В.
Поставлена и решена краевая задача охлаждения крема кондитерского, упакованного в тару, в холодильной камере. Получено аналитическое решение поставленной краевой задачи в виде распределения температур в продукте и оболочке (таре). Это решение определяет зависимость температурных полей от теплофизических характеристик продукта и оболочки, их геометрической формы и размеров, теплоотводящей среды и времени процесса охлаждения.
Ключевые слова: крем кондитерский, аналитическое решение, краевая задача, уравнение теплопроводности, тара, холодильная камера.

Одним из этапов технологического процесса производства крема

кондитерского является охлаждение упакованного в транспортную тару продукта

в холодильной камере для его созревания в течение суток от начальной температуры примерно 180С до конечной, равной 3-50С. Длительность

охлаждения зависит от теплопроводных свойств продукта и упаковки, их

геометрической формы и размеров, от температуры теплоотводящей среды. Все

эти параметры определяют качество конечного(готового) продукта [1].

Тара (оболочка), которую полностью (без зазоров) заполняет кондитерский

крем, представляет собою параллелепипед, т.е. пластину конечных размеров

2l1× 2l2× 2l3. Таким образом, имеем слоистую систему, состоящую из трех тел: тара-

продукт-тара. Математическое описание процесса охлаждения крема

кондитерского заключается в формировании и решении системы уравнений

теплопроводности:

∂t1(x, y,
∂τ

z,τ

)

=

a1∇

2t1

(x,

y,

z,τ

)

(τ > 0, 0 < x < li ,i = 1, 2, 3);

∂t2

(x, y,
∂τ

z,τ

)

=

a2∇2t2

(x,

y,

z,τ

)

(τ > 0, l1 < x < Ri ,i = 1, 2, 3)

(1) (2)

при следующих краевых условиях:

t1(x, y, z, o) = t2 (x, y, z,0) = to = const;

( ) ( )t1(l1, y, z,τ ) = t2 (l1, y, z,τ );



λ1

∂t1

l1, y, ∂x

z,τ

= −λ2 ∂t2

l1, y, z,τ ∂x

;

( )t1(x,l2 , z,τ ) = t2 x,l2, z,τ ;

( )−

λ1

∂t1(x,l2 ,
∂y

z,τ

)

=

−λ2

∂t2

x,l2, z,τ ∂y

;

(3) (4) (5) (6)
(7)

t1(x, y,l3,τ ) = t2 (x, y,l3,τ );



λ1

∂t1(x, y,
∂z

l3 ,τ

)

=

−λ2

∂t2

(x, y,l3,τ
∂z

)

;

∂t1(0, y, z,τ ) = ∂t1(x,0, z,τ ) = ∂t1(x, y,0,τ ) = 0;
∂x ∂y ∂z

(8) (9)
(10)

t2 (R1, y, z,τ ) = t2 (x, R2 , z,τ ) = t2 (x, y,R3,τ ) = tc = const

(11)

Равенства (3) - начальные условия, описывающие равномерное

распределение температуры по объему тела (продукта) и тары: не снижая

общности постановки задачи, считаем, что в момент загрузки тары с продуктом

(начало процесса охлаждения) они имеют одинаковую температуру.

Системы уравнений (4)-(5), (6)-(7), (8)-(9)-граничные условия четвертого

рода, задающие равенства температур и тепловых потоков на границах продукта

и оболочки при их совершенном термическом контакте.

(10) - условия симметрии.

Равенства (11) - граничные условия первого рода, задающие постоянство

температуры на границе тары с окружающей средой холодильной камеры.

Решение краевой задачи (1)-(11) заключается в нахождении полей

температур, т.е. распределения температуры ti(x,y,z,0) в продукте и таре в любой момент времени процесса охлаждения.

Исследованию проблемы теплопереноса в слоистых средах посвящено

значительное количество работ [2-10]. В частности, в [2,5,6] показано, что для

пластины конечных размеров 2l1 ×2l2× 2l3, начальная температура которой везде одинакова и равна t0, все поверхности которой мгновенно охлаждаются до
некоторой температуры tс