автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Научно-практические основы сверхвысокочастотной пастеризации пищевых продуктов

Р Г Б ТОДАРСТВЕННЬЙ К0МЙТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ

2 1 ЛВГ №

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ

На правах рукописи УДК 663/664.002.5:621.365.55(043.3)

М А Т И С О Н Валерий Арвидович

НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНОЙ ПАСТЕРИЗАЦИИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

Специальность 05.18.12 - Процессы, машины и агрегаты

пищевой промышленности

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 1995

Работа выполнена в Московской Государственной Академии пищевых производств

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

Заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор А.С.ГИНЗБУРГ Заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор С.П.РУДОБАШТА Доктор технических наук В.А.В0СК0Б0ЙНИК0В

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ - НПО Винодельческой и пиво-безалкогольной промышленности

Защита состоится . У.Ф.'Т/?.. 1995 г. в/*?, часов на заседании специализированного Совета Д. 063.51.05 при Московской Государственной Академии пищевых производств (МГАПЛ) по адресу: 125080, Москва, Волоколамское шоссе,

д.И, ауд&:М.09

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГАП11. Автореферат разослан ____1995 г.

Ученый секретарь специализированного Совета Д.063.51.05, д.т.н.

И.Г.Благовещенский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Одной из важнейших задач народного хозяйства Российской Федерации является повышение эффективности производства пищевых продуктов высокого качества. С этой задачей непосредственно связана проблема увеличения сроков хранения продовольственной продукции и сельскохозяйственного сырья без ухудшения их пищевой ценности. В связи с этим встает вопрос о повышении эффективности существующих и разработке новых технологий и оборудования для пастеризации и стерилизации пищевых продуктов и сред.

Применение электромагнитной энергии сверхвысокой частоты для уничтожения микрофлоры дает возможность решить важную научно-практическую проблему создания высокоэффективной, ресурсосберегающей технологии и, на ее основе, оборудования.

Использование микроволновых пастеризаторов позволит, в комплексе с другим оборудованием, осуществить переработку сырья в местах сбора урожая, исключить большие капитальные затраты на строительство котельных, парогенераторов, снизить энергопотребление за счет сокращения подготовительных периодов, уменьшить производственные площади, значительно понизить бой стеклянной посуды, вторично использовать продукт из разбившихся бутылок. Снижение времени обработки при микроволновом методе приводит к сохранению качественных характеристик готовых продуктов, их вкуса и аромата. Вследствие значительного уменьшения пригара в проточных микроволновых пастеризаторах улучшаются их эксплуатационные параметры и качество продукта.

Изложенное позволяет сделать вывод об актуальности темы диссертационной работы, которая является обобщением резуль-

татов, полученных при выполнении госбюджетных и хоздоговорных НИР, проводимых по планам МГАПП. комплексной программе "Продовольствие", программам Министерства науки и технической политики РФ, инновационной НТП "Пищевые продукты". В этих работах автор был ответственным исполнителем или руководителем.

Цель и задачи исследований. Целью работы является совершенствование технологических процессов и оборудования для пастеризации пищевых продуктов при использовании микроволнового энергоподвода на основе научно обоснованных методов расчета рациональных режимов и конструктивных параметров электродинамических систем пастеритронов. Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи:

- разработать методику исследования и установить основные особенности и закономерности микроволновой инактивации микрофлоры пищевых продуктов и сред;

- определить характеристики процесса уничтожения микроорганизмов и изменение показателей качества продовольственной продукции при СВЧ-пастеризации;

- установить закономерности электродинамических процессов в волноводных системах сложного поперечного сечения, частично заполненных слоистым диэлектриком;

- провести комплексное исследование процессов теплообмена гадких пищевых продуктов в потоке и таре при микроволновом нагреве;

- разработать инженерные методы расчета технологических режимов и конструктивных параметров оборудования для пастеризации;

- создать комплекс установок для'микроволновой пастеризации продуктов жидкой группы.

Концепция и научные положения. Единой концепцией при решении этих задач было повышение эффективности процесса пастеризации и технологического оборудования путем применения микроволновой энергии на базе закономерностей, описывающих кинетику инактивации микроорганизмов в ЭМП СВЧ, электродинамику волноводных систем, частично заполненных слоистым диэлектриком, особенностей теплообмена жидких пищевых продуктов при СВЧ-энергоподводе. Формой реализации предложенной концепции явились научные положения, защищаемые в диссертации:

- обоснование методов исследования инактивации микроорганизмов и принципов описания кинетики процессов пастеризации и изменения характеристик качества пищевых продуктов при воздействии ЭМП СВЧ;

- обоснование методов аналитического расчета электродинамических характеристик волноводов сложного сечения со слоистым диэлектриком;

- обоснование принципов теоретического описания процесса диссипации СВЧ-энергии в ЭДС различного поперечного сечения волноводного типа;

- обоснование методов комплексного исследования нестационарной двухмерной задачи теплообмена жидких пищевых продуктов в диэлектрической таре при СВЧ-энергоподводе в волноводной ЭДС;

- обоснование комплекса методов исследования теплопереноса в проточных микроволновых системах;

- обоснование комплекса методов расчета рациональных режимов микроволновой пастеризации и конструктивных параметров пастеритронов.

Научная новизна диссертационной работы выражается в следующем:

- развиты представления о механизме инактивации микрофлоры в ЭМП СВЧ на основе разработанной математической модели процесса сверхвысокочастотного нагрева клеточной структуры;

- предложен и научно обоснован метод определения характеристик процесса СВЧ-пастеризации для различных продуктов, показана взаимосвязь между режимами инактивации микроорганизмов и качественными характеристиками сред:

- при решении внутренней краевой задачи электродинамики для технологических камер волноводного типа получено обобщенное дисперсионное уравнение, позволяющее определить продольные и поперечные волновые числа, для различных режимов пастеризации и видов обрабатываемых продуктов:

- на базе обобщенного дисперсионного уравнения выведены аналитические зависимости, необходимые для расчета электродинамических и конструктивных'Характеристик волноводных систем пастеризации;

- получено аналитическое описание процесса диссипации СВЧ-энергии в диэлектрических слоях волноводных систем сложного поперечного сечения, установлены закономерности, определяющие затухание ЭМВ в пищевых продуктах, обрабатываемых в ЭДС пастеритронов;

- развиты научные основы теории теплообмена при микроволновом энергоподводе, получены численные решения, дающие возможность рассчитать нестационарные температурные поля в слоистых телах различной формы;

- разработан комплексный метод расчета температур при микроволновой пастеризации жидкостей в проточных волноводных системах с диэлектрическими трубами;

- предложена и реализована научно-обоснованная методика расчета технологических режимов СВЧ-пастеризации при сохране-

- 7 -

нии заданных значений качества продукции;

- теоретически и экспериментально обоснованы и практически реализованы возможности создания высокоэффективных микроволновых пастеризаторов разных типоразмеров и назначений на основе волноводных систем различного сечения с частичным заполнением слоистым диэлектриком.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

- разработан комплекс оборудования для экспериментального исследования выживаемости микроорганизмов, изменения качественного состава, температурных полей в жидких пищевых продуктах при СВЧ-энергоподводе (а. с. 521882, а. с. 557634);

- получен обширный экспериментальный материал, на основе которого рассчитаны параметры микроволновой инактивации микроорганизмов и характеристики изменения качественного состава соков и.напитков, шва, вин. виноматериалов и других пищевых продуктов, а также данные, подтверждающие результаты теоретических исследований и адекватность предложенных математических моделей;

- разработаны комплексные научно-обоснованные инженерные методики расчета рациональных технологических.режимов микроволновой и комбинированной пастеризации, обеспечивающих сохранение заданных значений характеристик качественного состава продуктов;

- на основе проведенных теоретических исследований разработаны комплексные инженерные методики по расчету конструктивных параметров электродинамических систем пастеризаторов различного назначения;

- определены рациональные режимы микроволновой и комбинированной пастеризации соков и напитков, пива, вин, виноматериалов и других продуктов жидкой группы (а.с.856209);

- разработан и утвержден в ГКО "Росвиноградиром" опытно-промышленный регламент на пастеризацию шампанских вин в СВЧ-пастеризаторе МС-814;

- разработана конструкторская документация на СВЧ-пастериза-тор модульного типа и СВЧ-пастеризатор для термообработки шампанских вин в бутылках МС-814;

- разработана конструкторская документация, изготовлены и испытаны образцы оборудования: на Московском экспериментальном заводе шампанских вин - универсальный микроволновой пастеризатор для жидких пищевых продуктов (а. с. 521883) и СВЧ-пастеризатор шампанских вин в бутылках, на Аджарском комбинате консервной промышленности и Губкинском пивзаводе - проточный микроволновой пастеризатор для пива, соков и напитков, на Батумском винном заводе - микроволновой пастеризатор виноматериалов и питательных сред.

Апробация. Научные положения диссертации и результаты выполненных исследований докладывались на научных конференциях МГАПП (МТИПЛ) с 1975 по 1991 г.г.; Всесоюзной научно-технической конференции по вопросам теории и практики стерилизации и пастеризации пищевых продуктов, Одесса, 1975; Научно-технической конференции "Применение СВЧ-энергетики в народном хозяйстве для исследовательских целей и интенсификации технологических процессов", Саратов, 1975; Научном семинаре "Теория и практика применения электрофизических методов в пищевых отраслях промышленности" (МТИММП). Москва, 1975; Семинаре "Новые физические методы обработки пищевых продуктов". Севастополь, 1978; Шестой Всесоюзной научно-технической конференции "Электрофизические методы обработки пищевых продуктов и сельскохозяйственного сырья", Москва, 1989; Шестом Всесоюзном совещании по электрической обработке

материалов", Кишинев, 1990; VI Всесоюзной научно-практической конференции "Применение СВЧ-энергии в технологических процессах и научных исследованиях", Саратов, 1991; Всесоюзной научно-технической конференции "Совершенствование технологических процессов производства новых видов пищевых продуктов и добавок. Использование вторичного сырья пищевых ресурсов", Киев, 1991; Научно-техническом семинаре института пищевой промышленности, Г.Пловдив (Болгария), 1980; Научных конференциях Национального института легкой промышленности, г.Бумердес (Алжир).1984- -1987 г.г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 58 научных работ, в том числе - 6 брошюр, учебное пособие, методическое указание, лабораторный практикум. 33 статьи, 12 тезисов докладов и 4 авторских свидетельства на изобретения.

Структура и объем диссертации. Защищаемая диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка использованной литературы - 366 источников и приложений. Основной текст, изложенный на 342 машинописных страницах, проиллюстрирован 78 рисунками и дополнен 17 таблицами.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Введение. Обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели и задачи работы, ее концепция и научные положения. Показана научная новизна и практическая значимость.

Первая глава содержит анализ современного состояния теории и практики микроволновой пастеризации, который подтвердил актуальность рассматриваемой проблемы и необходимость

разработки научно-практических основ сверхвысокочастотной пастеризации пищевых продуктов.

Эффективность применения микроволновой энергии подтверждается работами многих авторов, показавших, что при СВЧ-пас-теризации уменьшается длительность процесса, особенно для продуктов, упакованных в тару, сохраняется их пищевая ценность и органолептические характеристики.

Влияние электромагнитной энергии СВЧ на микроорганизмы в значительной степени зависит от уровня поглощенной микроволновой энергии. При значениях удельной СВЧ-мощности более 1,5-Ю4 Вт/м3 бактерицидное действие ЭМП СВЧ определяется, в основном, температурой нагрева и длительностью обработки

г.

продукта. Для пастеризации жидких пищевых продуктов в проточных устройствах или при упаковке в тару в конвейерных установках целесообразно применить технологическую камеру на основе волноводной системы, в которой можно обеспечить необходимую структуру ЭМП и. следовательно, требуемую равномерность нагрева.

Разработка технологической камеры, являющейся основным элементом пастеритрона. может быть осуществлена в результате решения согласованной электродинамической и теплофизической задачи. Решение внутренней краевой задачи электродинамики для волноводных камер пастеритронов удобно проводить при использовании методов разделения переменных и частичных областей.

В связи с зависимостью электро- и теплофизических свойств продукта от температуры аналитическое решение нестационарной многомерной задачи теплопереноса для технологических волноводных камер пастеритронов практически невозможно. В этом случае целесообразно применить численно-аналитические

методы.

Результатом комплексных электродинамических и теплофи-зических исследований является создание инженерных методик расчета технологических режимов СВЧ-пастеризации и волноводных камер для различных типов оборудования как конвейерного, так и проточного типа.

Вторая глава посвящена комплексному исследованию воздействия ЭМП СВЧ на микроорганизмы и среды при высоком уровне удельной мощности, вызывающей нагрев продукта.

Для развития представлений о механизме влияния микроволн теплового уровня на микроорганизмы разработана математическая модель, описывающая температурное поле в различных областях структуры микробной клетки при нагреве в электро- магнитном поле СВЧ.

Исследования, проведенные под руководством Schwan Н.Р.. Рогова И.А. и др., показали, что избирательный нагрев в СВЧ ЭМП теплового уровня возможен при диаметре включений более 1СГ3 м.

Однако в этом анализе не были учтены различия электро- и теплофизических характеристик различных слоев структуры клетки, наличие гидратных оболочек, особенности параметров "свободной" и "связанной" воды.

В нашем исследовании клетка рассматривалась в виде сферы, состоящей из нескольких концентрических слоев. Внутренняя сшера имела размеры, электро- и теплофизических характеристики, соответствующие внутриклеточному веществу,' окружен-, ному тонким слоем, моделирующим мембрану. Внутриклеточное вещество считалось гомогенной смесью с одинаковыми диэлектрическими и теплофизическими характеристиками по объему. Второй слой имел более низкий коэффициент теплопроводности и

меньшие значения диэлектрических характеристик. Учитывался и гидратный слой связанной воды на поверхности оболочки клетки. Диэлектрические параметры связанной воды, исходя из данных, приводимых исследователями, были пониженными по сравнению с показателями свободной воды, но более высокими по отношению к веществу мембраны.

С целью упрощения расчетной модели не учитывались явления отражения и преломления электромагнитной волны на граничных поверхностях сферических слоев. Для того, чтобы получить сравнимые результаты, во всех расчетах принимались одинаковые размеры внешней сферы, которая имитировала стационарный обьем среды с находящейся внутри моделью клетки. Радиус внешней сферы более чем в 100 раз превышал радиус микроорганизма. Для осуществления режима теплоизоляции на границе внешней сферы значение коэффициента теплоотдачи принято равным аг = Ю~5 Вт/м2к. Величины удельной теплоемкости Cj, плотности р! и коэффициента теплопроводности выбирались, исходя из данных, опубликованных в отечественных и зарубежных источниках, с учетом их изменений при увеличении температуры.

В связи с высокой скоростью СВЧ-нагрева и чрезвычайно малыми размерами сферы в дифференциальном уравнении теплопередачи с внутренним источником не учитывался конвективный теплоперенос. Распределение функции температуры Т(г,т) описывалось одномерным нестационарным уравнением в сферической системе координат.

Решение задачи с учетом начальных и граничных условий осуществлялось численным методом конечных разностей, при котором исследуемый объем разбивался на J сферически симметричных слоев. . Был разработан дискретный аналог, полученный

после интегрирования исходных уравнений в сферической системе координат по объему слоя от г3.1/г<г<г3+1/г. аппроксимации двухточечной формулой и преобразований. Полученные алгебраические уравнения дополнялись разностным аналогом граничных условий. Решение осуществлялось методом прогонки. Коэффициенты Kt. отображающие сравнительную степень поглощения энергии в каждом слое Qv=P0-Ki для начальной температуры Т0 =293К, равны: Kt = 1.6; К2 = 0.01; К3 = 0.5; К4 = 1.0.

При СВЧ-нагреве дрожжевой клетки, таблица 1. температура по слоям мгновенно выравнивается, принимая значения температуры среды, вследствие высокой скорости переноса тепла при малых размерах микроорганизма, вне зависимости от уровня удельной мощности источника Р0 и роли мембраны в качестве - теплоизолятора. имеющей Х3 = 0,05Вт/мК.

Селективный нагрев слоев начинает появляться лишь при радиусе сферы большем 10"4 м. Разница температур между внутренним слоем и средой при Р0= 108 Вт/м3 и т=0.5 с составляет 6,6К. Проведенное исследование подтвердило '' выводы Schwan Н.Р., Рогова И.А. и др., показавших, что при малых размерах сферических частиц, даже при большой разнице значений коэффициентов распределения плотности мощности KlF различие температур между внутренней сферой и средой не наблюдается. Это положение остается в силе даже при высоких теплоизоляционных характеристиках мембраны и наличии гидратного слоя связанной вода на поверхности клетки.

Для изучения характера воздействия ЭМП СВЧ теплового уровня мощности на микроорганизмы и определения количественных характеристик процесса микроволновой пастеризации создана экспериментальная установка и исследована выживаемость микроорганизмов столовых вин и шампанских виноматериалов.

Таблица 1.

Изменения температуры по слоям сферической модели

Ро We т Т, тг ь т*

Вт/м3 Дж с к К к К

1.0- 108 0. 0328 0,052 0,0654 0, 086 0,1 0,2 0,3 0,5 Дрожже! 319,6 334,1 344,3 360,0 зая клет: 319,6 334,1 344,3 ■ 360, 0 <а г=0,7: 319,6 334,1 344,3 360,0 5-Ю-5М 319.6 334.1 344.3 360.0

5.0-107 0,0164 0. 0393 0,0675 0, 0827 0,1 0,3 0.7 1,0 307.3 324.6 345,9 357.4 307.3 324,6 345,9 357.4 307.3 324,6 345,9 357.4 307.3 324.6 345.9 357.4

1.0-108 0,04 0,06 0.076 0,1 0,1 0.2 0,3 0.5 Сферичес 327,0 340, 7 352.2 371.3 жая моде 322.7 337.0 347.8 365,3 !ЛЬ Г=0/ 322.7 337, 0 347.8 365,3 15- 10"3м 322,0 336,5 347,3 364,7

5. 0-Ю7 0,02 0,044 0.0585 0,096 0,1 0.3 0.7 1,0 311,0 327,7 351.5 365.6 308,9 326,0 348.6 361.7 308,9 326,0 348.6 361.7 308,5 325,9 348,4 361,3

пива "Жигулевское" и пивного сусла, виноградного, яблочного, мандаринового и лимонного с сахаром соков, напитка "Освежающий".

По результатам эксперимента после статистической обработки построены кривые выживаемости, рис.1, имеющие характер, подобный зависимостям, полученным при обычном нагреве, но длительность СВЧ-инактивации в этом случае меньше. Анализ экспериментальных данных показал, что на режимы микроволновой пастеризации, также как и при тепловом методе влияют вид и концентрация микроорганизмов, параметры среды.

По полученным данным определялись кинетические характеристики иг. Для практических расчетов высокая степень совпадения с экспериментальными результатами получается при использовании закономерностей, применяемых при определении скорости химической реакции первого порядка. В этом случае среднеобъемное изменение концентрации микроорганизмов, при СВЧ-нагреве, выразится:

IV гт 2,303 1

Кт = - / N0 ехр -/-ат (IV (1)

V о 1 о Ог(т)

Для изучения влияния СВЧ-нагрева на характеристики качества пищевых продуктов разработана и изготовлена экспериментальная установка, на которой исследованы показатели шампанского виноматериала, столового вина, яблочного, виноградного, мандаринового соков до и после пастеризации, приведенные в таблицах 2 и 3. При режимах достаточных для уничтожения микрофлоры в различных продуктах изменений качественного состава не происходит. Однако в ряде случаев, особенно при стерилизации с повышенными температурами, обработке термолабильных продуктов необходимо провести, проверку степени дест-

К N кл/смз

Т К N кл/см* S53" „

О 20 40 б

а)

Белое вино "Алиготе"

т к NjKa/cmS

00 «о о 2о Ао 60 80 400 ¿V

■8)

Напиток "Освежающий" Т К N кл/смь

о 2С? 4о fО во Гс 0 20 <0 со 8О ÍOO-íW;

ь) г;

Пиво "Жигулевское" Сок виноградный

Кривые выживаемости микрссрганигасн . - кривая нагрева. 2 - Schizosaccharomyces . i - Hansenula applculaca. « . Candida „codera, 5 -'PlCf.va. 6 - МКБ. ? - УКБ. 8 - Asnoroill...

Таблица 2.

Сравнительные показатели шампанского виноматериала и столового вина до и после СВЧ-пастеризации

Наименование показателя Шампанский виноматериал Столовое белое вино "Алиготе"

До пастеризации После па-стеризац До пасте-резации После па-стериза-

Спирт, % об 10,5 10.5 11,8 11,8

Титруемые кислоты, г/л 7.9 7,9 6,5 6,5

Летучие кислоты, г/л 0,6 0,6 0,72 0,72

Общая 302, мг/л 117 118 - -

Таблица 3.

Химический состав соков до и после обработки в микроволновом пастеризаторе

Наименование сока Массовая концентрация %

сухие вещества общий сахар титруемые кислоты Аскорбиновая кислота

Яблочный 13,8 13,6 12,2 12,1 0,82 0,82 -

Виноградный 19,6 17,5 0,76 ,0, 026

(белый) 19.4 17,4 0,76 :0,025

Мандариновый 10,7 9,32 1,38 0,029

натуральный 10,6 9,30 1,38 0,028

Примечание. В числителе указана массовая концентрация соответствующего параметра продукта до обработки, в знаменателе - после пастеризации.

рукции пищевого компонента, используя выражение, аналогичное (1). Таким образом на режимы пастеризации влияют различные характеристики среда и микроорганизмов, однако основным фактором, определяющим степень инактивации микрофлоры, является изменение температуры от времени СВЧ-нагрева.

В третьей главе теоретически исследуется внутренняя краевая задача электродинамики волноводной системы. Важность этой проблемы заключается в том, что она является основной для решения теплофизической задачи расчета температурных полей при микроволновом нагреве жидкостей в таре и потоке и тем самым определения режимов пастеризации пищевых продуктов. Для пастеритронов целесообразно использовать волноводы сложной формы, обеспечивающие высокую напряженность и требуемое распределение электрической составляющей поля при распространении основного типа волны.

Если рассматривать обрабатываемый жидкий пищевой продукт в многослойной таре или диэлектрической трубе в виде слоистого диэлектрика, то удобно представить ЭДС пастеритрона в форме ступенчатого частично заполненного волновода, причем каждый слой, соответствующий либо продукту, либо материалу тары или трубы представляет собой область, заполненную изотропным диэлектриком. •Поперечное сечение такой ЭДС является совокупностью к-диэлектрических слоев, имеющих разные диэлектрические характеристики ц' и с^.

Анализ внутренней краевой задачи электродинамики для рассматриваемой области ЭДС сводится к решению уравнений Максвелла. При исследовании ЭМП встает вопрос о его структуре. В случае, если поверхность раздела между диэлектрически-

ми слоями перпендикулярна вектору электрической составляющей поля Е, при распространении волны возникает продольная составляющая электрического поля, которая отсутствует у волн типа Нтп. В связи с этим задача анализа усложняется, и поля описываются либо гибридными, либо продольными волнами.

В нашем случае ввиду параллельности вектора электрической составляющей поля границам раздела сред продольная электрическая составляющая отсутствует и поэтому собственные волны ЭДС вполне оправданно представить поперечными ЭМВ типа Нпо. Отсюда, для слоистой волноводной системы с изотропной средой в слоях, свободных от электрических зарядов, и при синусоидальной зависимости составляющих поля от времени, уравнения Максвелла сводятся к однородному волновому уравне-- нию Гельмгольца.

Методом разделения переменных находится решение для продольной составляющей магнитного поля в 1-той области, которая с учетом краевых условий запишется как сумма частных решений, при этом множитель ехр (±Лг) опускается.

1 2

Н2 = 1[А1аз1п(111а-х)+В1(1соз(111а-х)]-соз(з1ау) (2)

q=o

Ьи- /в^-вц : 81= /«ЛЕОЧ-*2: Ч - 0,1.2...

ьг

Неизвестные коэффициенты А1ч.В1(, вычисляются при использовании условия непрерывности тангенциальных электрических и магнитных составляющих поля на границах раздела сред. При использовании метода частичных областей производится так называемое "сшивание" найденных значений собственных функций на границах раздела областей.

Полученная после преобразований система линейных уравнений относительно коэффициентов А кг имеет нетривиальное решение, если ее детерминант равен О!

- 20 -

Для первого приближения (ш=0 г=0) искомое дисперсионное уравнение для ЭДС на основе Т-образного волновода со слоистым диэлектриком для нечетных волн типа Нто выразится:

Ме^^ак.^-Ьг^СЕцСак-ак.!)] + Нк_г{Ь1+Ьг1£(£к.1а1(.1)х (ак-аК_!)]} = 0 (3)

При конкретизации задачи для реальной ЭДС пастеритрона, в которой обрабатываются жидкие продукты в двухслойных пакетах, было выведено дисперсионное уравнение для пятислойного диэлектрика в Т-образном волноводе.

Ь^(я4а4) - Ь2ая[н4(а5-а4)] +

+ ^{Ь^Ь^^а^^^^-а*)]} = 0 (4)

где

КзЬ3с^С84а3) - 1 gз Н3 = --Ид = —

И31,3 + с18№4а3) g4

(5)

с1б^3а3) - И2

й2 -

ЪгЪг + сг8(е3а2) в3

М1с1в(82а2) + 1 (6)

Ь3 =

1г =

С^в (вгЭ-г) - »1

^ь,сгв(вгаж) ±1

М, = --= —

(7)

I ) для нечетных мод

) для четных мод В формуле (7) величина для четных мод получается исходя из измененных граничных условий на интервале 0 <у< Ьг.

При рассмотрении процесса пастеризации жидкостей в стеклянных бутылках пятислойная область вырождается в четы-рехслойную е'2=е'3; е"2=е"3 на интервале а1<а2<а3.

Так как для многих жидких продуктов С имеет довольно большие значения, то может оказаться, что ш0гд0£0<1[г, т.е. поперечное волновое число в воздушных зонах будет мнимой величиной. В этом случае в этих зонах распространяются так называемые "медленные" волны, поле стягивается в диэлектрические слои и выражение (4) имеет вид:

-Ь1№(я4а4) - Ь2сШд4(а5-а4)] +

+ М3{Ь1+Ь2№(£4а4)с№1в4(а5-а4)]} = 0 (8)

где

КзЬзСШё4а3) + 1 в3

« -2--= — О)

ИзЬз + с^аз) g4

При постоянной частоте генератора и)0, определенных геометрических размерах поперечного сечения ЭДС и значениях относительной диэлектрической проницаемости е' наступает так называемый режим "отсечки", при котором отсутствует распространение ЭМВ. После постановки значения gKp по областям в (4) было получено трансцендентное уравнение, позволяющее вычислить значения критических длин волн.

г2Х \ г2Я

где

(Ж \ г2Я

-—а41 - — (а5-а4)] +

^•к р ' ^к р

+ Мз^+Ь^^ акр)^^-- (а5-а4)]| =

^Лкп ' ЛКр >

(10)

2%

\ аз|

Лк

мкр _ -- н.р и ^ (11)

+

нкгрсг§

3 аз| + 1

= -1*5Е--(12)

—--а3 А.кр

- N2

О

„«р.кр , (Я^з 1£2 Ьг ^--а2

,ткр _* ^-кр

М2 = -

^кр

аг|

+ 1

кр <-г

И, с^--а2

кр _ _* ^-кр_

Ьг -

^ ---а2 - Й!

^ Кр >

Я

(13)

(14)

С =

н^'сЦ^) *

"■кр

„кр.кр ^ . №¡4 ^ V ± с^н— а!

С

ъе

лкр

-а,

Чр

С =

-а,

Чр

для нечетных мод

для четных мод

(15)

(16)

Верхний знак в (15) используется для нечетных мод, нижний для четных. Вычисление X, е. Хкр осуществлялось численным методом по разработанной программе на ЭВМ. Процедура решения уравнений (4,8,10) основана на методе "секущих" и обратной квадратичной интерполяции. Поиск решения выполнялся при фиксированном значении г'х функции Г ("¡О на интервале 0 < К2 < ш„2|10£0£1. к изменялась от максимального значения ш02Моеое1 с заданным шагом ЭД до тех пор, пока функция Г(у) не меняла знак. После этого для уточнения значения у. дающего Т (К) к о. с заданной точностью 5 линейной - интерполяцией

/

находилось следующее приближение к корню уравнения. На более поздних стадиях сходимости применялся метод обратной квадратичной интерполяции, при этом использовались три последовательных приближения к корню Кч-г- и по которым строился квадратичный многочлен. Корень квадратного уравнения принимался за следующее приближение к искомому корню уравнения. Процесс уточнения корня заканчивался, когда границы интервала ¥к-1> ¥к на котором он локализован, настолько сближались, что выполнялись условия

/ТГк - Ъм' < 5 + 4А/К1с + 1/ (17)

где Л - параметр машинной точности.

Конструирование ЭДС для пастеризации жидких пищевых продуктов, упакованных в тару или в потоке, тесно связано с определением их рациональных размеров на основе рассчитанных электродинамических параметров: продольных и поперечных волновых чисел, критических длин волн и т.д..

Для интенсификации процесса пастеризации целесообразнее использовать волны, обеспечивающие большее значение тангенциальной к поверхности раздела сред составляющей напряженности электрического поля, так как в этом случае напряженность электрической составляющей поля в жидкости приблизительно в /г раз больше, чем при использовании волн, вектор электрической составляющей ЭМВ которых - перпендикулярен к границе раздела.

Наиболее рациональным вариантом является распространение в ЭДС с диэлектриком волны основного типа при подавлении других гармоник. В этом случае увеличивается мощность ЭМВ,

поглощаемая диэлектриком, уменьшаются потери, связанные с переходом части энергии от одного распространяющегося типа волны к другому. Кроме того распределение напряженности электрического поля для волны Н10 близко к синусоидальному, т. е. максимум напряженности находится в центре диэлектрической пластины, в го время как для волны Нг0 здесь имеется минимум поля. Системы, работающие на основном типе волны легче согласовать с источником.

В связи с этим, анализируя результаты вычислений, рис.2а,б, можно сказать, что изменяя соответствующим образом размеры а3 и а4 ЭДС можно получить распространение волн требуемых типов. Хорошие результаты получаются в ЭДС проточной системы, рис.2в, где удается получить одномодовый режим. Для расчетов мощности поглощенной в продукте, необходимо знать значения продольного волновогсг числа к. Величина у повышается при увеличении диэлектрической проницаемости причем ее значения при одинаковых f для различного заполнения довольно близки друг к другу, рис.2г.

В четвертой главе на основе проведенного теоретического анализа электродинамических процессов в волноводных системах исследовались процессы передачи и поглощения электромагнитной энергии в обрабатываемом продукте, затухания ЭМВ.

Средняя мощность переносимая по ЭДС вдоль оси z, определяется как интеграл по поперечному сечению от действительной части комплексного вектора Пойтинга. Используя свойство аддитивности и условия равенства продольных магнитных составляющих на границах раздела сред, можно выразить мощность распространяющуюся в ЭДС на основе слоистого волновода сложной конфигурации.

Зависимости /^и у 07 параметров волновода

и свойств продукта. 1.5 - бутылка 0.8л, 2.6 - пакет 1л. 3.7 - бутылка 0.5л. 4.8 -бутылка 0.33л.

:.£.3.4 - £'= 80: 5.6.7.8 - ¿"= 5С.

С, ё!2

(18)

Как показано на графиках варьируя соответствующим образом шириной заполнения волновода или размерами а3 и а4 для Т-образного волновода можно получить распространение ЭМВ требуемых типов.

Для расчетов коэффициентов затухания необходимо знать значения волновых чисел, которые получаются при решении дисперсионного уравнения. Величина продольного волнового числа резко повышается при увеличении диэлектрической проницаемости, причем значения к при одном и том же £ довольно близки друг к другу для разных продуктов и объемов тары.

Для пятислойной системы при распространении основного типа волны выражение (16) будет иметь вид:

2

(19)

где

(20)

з1п(Е2а2) + Н1соз(§2а2)

М2 = -

з1п(е3а2) + Н2соз^3а2)

sln(gзa3) + И2соз(в3а3)

М3 = --(22)

эт^аз) + Ы3соз(£4а3)

Ь2[з1п(н4а4) + и3соэ^4а4)]

М4 = --(23)

Ь1соз[я4(а5-а4)]

з1п(2я1а1)

- ах + -— (24)

2Е1

(1-Я*)

= (1+Н1)г(а2-а1) + - [з1п^2а2) - sln(2g2a1)] +

2g2 '

N1

+ — [соэ^аг) - cos(2g2al)] (25)

Вг

(1-Лгг)

03 = (1+И2 ) (а3-а2) + -[з1п^3а3)-з1п^3а2)] +

2ё3

+ —[соз(2я3а3) - соз^3а2)] (26)

8з

04 = С1+И3г) Са4-а3) + -[з1п^4а4)-з1п(2н4а3)] +

N3

+ —[соз(2д4а4) - соз^4аз)] (27)

64

з1п[2в4(а5-а4)] 05 - (а5-а4)--(28)

Предыдущие исследования проведены при условии распространения нечетных волн типа Нт0. Для четных волн этого типа изменяется выражение для составляющей поля Н2! и, соответственно. коэффициенты М1 и И,.

Все вышеприведенные выражения для мощности выведены при распространении в ЭДС быстрых волн, т. е. в диапазоне изменения продольного волнового числа 0<72<о)02ц0е0. При повышении

е' происходит замедление ЭМВ, и в интервале изменения у шогМоЕо<:^г<:шо211оЕо£г значения коэффициентов М3, М4 и й4 и В5 изменяются.

Величина мощности, рассеиваемой в диэлектрических слоях, расположенных в волноводе сложного сечения, зависит от величины и распределения электрической составляющей поля, его частоты и мнимой части комплексной диэлектрической проницаемости, заполняющего материала. Потери мощности на единицу длины слоя диэлектрика определятся:

Ш»3МогЕ0 £1

Рц = —-А10—ГЬ^М!., . (29)

Коэффициент затухания для пятислойной системы, с учетом, что мощность в зонах, заполненных воздухом и металлических стенках практически не выделяется, выразится:

Б! Вг Б3

Ч— + 1г—М, + £3—М^г

м ш<> соМо в! ег Е3

а --х- (30)

У Бз 04 Б5

— + —М1+ —М^г + —М^гМз + —М1М2М3М4 81 ёг 6з 64 84

Вычисления а и Рд проведены на ЭВМ по разработанной программе. На рис.За показаны зависимости коэффициента затухания полусухого шампанского в бутылках емкостью 0,8л, пастеризуемого в ЭДС на основе Т-образного волновода. Величина а резко снижается при нагреве, в основном в следствии уменьшения е". Параметры а для мод Ню кривая 1 и мод Н20 кривая 2 близки друг к другу. Большие значения а наблюдаются для волны Н30 - кривая 3.Исследования диссипации мощности в слоях диэлектрика ЭДС подтверждают положение, что величина поглощенной энергии для основного типа волны в несколько раз

больше, чем для четной моды, рис.36. Зависимость изменения а и Рд от температуры для проточных систем, рис.Зв.г, аналогичны предыдущим.

Таким образом полученные аналитические выражения дают возможность вычислить одну из основных электродинамических характеристик - коэффициент затухания, используемый в дальнейших расчетах режимов пастеризации жидких пищевых продуктов.

В пятой главе показано, что СВЧ-пастеризация характеризуется сложными нестационарными процессами поглощения микроволновой энергии и теплопереноса.

Главными характеристиками, определяющими параметры микроволновой пастеризации, являются температурно-временные за- висимости сверхвысокочастотного нагрева, которые могут быть получены в результате исследования краевой задачи тепло- и массопереноса в ЭМЛ СВЧ. Изучение этих процессов осложняется тем, что теплофизические и особенно диэлектрические характеристики, такие как удельная теплоемкость, плотность, коэффициент теплопроводности, диэлектрическая проницаемость, коэффициент потерь и ряд других, являются функциями температуры. Распределение тепловыделения определяется законом изменения соответствующей моды электромагнитной волны, который, в свою очередь, зависит от профиля температуры по координатам и времени.

В общем случае процесс микроволнового нагрева может быть описан известной системой уравнений А.В.Лыкоба изменения состояния температуры, внутренней энергии и давления с учетом внутреннего источника выделения энергии ЭМП СВЧ, в котором первое уравнение имеет вид:

в) Проточная СВЧ-система г)

Рис.3. Изменение коэффициента затухания и удельной мощности от температуры.

1 - Н10. 2 - Н20, 3 - Н30

5Т и 6U

ср— = dlv(XqVT) - div(TV) + £гр0--dlv(n) (31)

5т * it

В связи с высокой скоростью СВЧ-нагрева и достаточной

равномерностью температуры по объему обрабатываемого продукта распределение температуры внутри тела фактически определяется источником СВЧ-энергии и диффузионным теплопереносом. Роль конвективного теплообмена невелика при малом времени процесса. При СВЧ-пастеризации сравнительно невысок диапазон нагрева и конечная температура продукта, что с учетом довольно медленного изменения 6U/5t дало возможность пренебречь фактором испарения влаги.

Последний член уравнения (31) является одним из важнейших. так как он определяет тепловыделение в объеме продукта при поглощении ЭМП СВЧ.

Изучение электродинамических параметров ЭДС пастеритро-нов, выполненных на основе частично-заполненных волноводов сложного поперечного сечения, показало, -что диссипация удельной СВЧ-мощности при распространении волн типа Hffl0 слабо зависит от координаты у. Ввиду этого, если пренебречь вторым и третьим членами в уравнении (31), то(влияние тепловых граничных условий на дне и крышке сосуда распространяется в основном на величину термического пограничного слоя. Толщина его при микроволновой пастеризации, когда после фазы быстрого нагрева жидкости температура ее резко повышается по отношению к температуре внешней среды довольно мала.

Таким образом влиянием дна и крышки тары пренебрегали и не учитывали в дальнейших расчетах. Кроме того считали, что в отличии от Xt4, Яг4 и X3q не зависят от температуры Т.

Принимая во внимание указанные ограничения и допущения.

система дифференцированных уравнений для нестационарной двухмерной задачи СВЧ-нагрева жидкости в прямоугольном двухслойном пакете выражалась:

гт, б ( ати б ( бти ш -

Р.С!—1- = 7"к4— + — и,4— + I Оп(х,г,т) (31) бг 6x1 бх бг т=1

Т п Ш0ги0£0£1

= РГ(1 - /г/ соб2 2х) (32)

81 Ь2К^

6Т2 5% б2Т2 ш ¡; . р2с2— = Х2Ч—- + Х2Ч— + I Оп(х.2.т) (33)

бх 5х2 5zг ш=1

- Ш^иоЕ.СчМ,2

= рг(1 -/г/2)-;-[соз^^-МШ«^)*] (34)

ёг

6Т3 б2Т3 л б2Т3 з— - Vrr + Хз 77~ „

бт 5x2 5z2 ш=1

РзСзГ^ " V— + ХзЧГГ ^^f«'«'11

iü ц)0 2Ц0 Е0 EjMJ М2 .

Pöi = Рг(1-/г/2)-;-[cos(g3zx)-N2sln(g2x)2] (36)

ёз ьгТ^

где

Dt D2 D3 D4 b, D5

_L_ + _£_M + -MtM2 + —МцМгМз +---—-M,M2M3M4 (37)

gi2 g22 ёзг Si2 b2 g42

Система уравнений решается с учетом начальных и граничных условий.

В уравнениях (31,33.35) f„(x, z.t) - функция, отражающая ■ изменение тепловыделения в обрабатываемом объекте вдоль оси z. Для системы, где подача энергии происходит с помощью отверстий или щелей направленного ответвителя. значение этой функции зависит от положения тары с продуктом в ЭДС.

fn(x.z.t) = exp{-2a[z - ak - lc(n-l) + V0t]} (38)

при [z - ak -lc(n-1) + V0t] < 0

tn _

fn(x,z.t) = exp{-2VJa[Tv(Dclt])xexp[-2a(z+ak)] (39) о

при [г - ак - 1с(п-1) + У0т] > О

1

где тп = --[2ак + 1с(п-1)] (40)

V "о

Т„(т) - среднеобъемная температура в области в зависимости от времени т.

тя

Величина ехр{-2/а[Тср(-с)Мт} зависит от величины остаточной о

мощности, не полностью поглощенной в предыдущей секции. Следует отметить, что в данном исследовании не учтены эффекты, связанные с интерференцией волн, возбуждаемых соседними отверстиями направленного ответвителя. Однако при СВЧ-нагреве пищевых продуктов влияние этих процессов на температуру объекта значительно ниже по сравнению с изменением теплового состояния в результате диссипации мощности, подаваемой от генератора. Обычно эффекты, связанные с дифракцией и интерференцией волн, учитываются при расчете ответвителей и передающих линий.

Аналогичным образом составлялась система дифференциальных уравнений для двухслойного цилиндра в цилиндрической системе координат.

Для определения пространственно-временных полей при решении краевых задач для дифференциальных уравнений в частных производных использованы конечно-разностные методы. В качестве основной неизвестной рассматривались значения зависимой переменной Т в конечном числе точек сеточных узлов расчетной области и далее составлялась система алгебраических уравнений так называемого дискретного аналога дифференциальных уравнений для значений функции в узлах сетки и алгоритм

решения этих уравнений. Дискретный аналог получался при использовании метода конечных разностей. При этом расчетная область разбивалась на некоторое число контрольных объемов.

Результатом аналитического изучения процесса СВЧ-нагре-ва жидкостей в таре являлся алгоритм и программа расчета температурных полей для тел, имеющих форму параллелепипеда и цилиндра. На ЭВМ рассчитаны значения температур в поперечных сечениях, перпендикулярных оси У, для продуктов, нагреваемых в ЭМП СВЧ: сок виноградный в многослойном пакете типа "тетра-пак" объемом 1л. пиво "Жигулевское" в стеклянной бутылке емкостью 0,5л, шампанское полусухое в стеклянной бутылке - 0,8л, напиток "Освежающий" в стеклянной бутылке 0,33л. Нагрев продуктов в таре осуществлялся в ЭДС на основе Т-образного волновода, электродинамические параметры и конструктивные размеры которой рассчитаны по формулам, полученным в главах 3 и 4. На рис.4 представлено распределение изотерм в поперечном сечении пакета с соком виноградным. Нагрев происходил в течении 75 с со скоростью 0,156 м/с, что соответствует производительности 750 пак/ч. Получена достаточная равномерность температурного поля, средний разброс температуры составляет 6,6К, при толщине пристеночного слоя 0,0022 м. Некоторые изменения' температуры наблюдались в области у стенки пакета, противоположной оси 1.

СВЧ-нагрев пива "Жигулевское" в стеклянной бутылке происходил в течение 66,2 с, при перемещении продукта в ЭДС со скоростью 0,0415 м/с, что соответствует производительности установки 1500 бут/ч при длине ЭДС 7,5 м. Основной объем жидкости в бутылке имеет практически одинаковую температуру 342,8К и уменьшение температуры по отношению к базовой наб-

ИЗОТЕРМЫ

Распределение температуры в поперечном сечении образца сок виноградный, Те= 293К, моды Н,0*Из0 ъ = с

людается лишь в небольшой.толщиной 0,003 м, пристеночной области, где разница температур составляет 12,8К. Однако распределение изотермических поверхностей у внутренней стенки бутылки равномерно, то есть температура в пристеночной области по всей внутренней окружности постоянна, что исключает разрушение бутылок, рис.5.

Для экспериментальной проверки результатов аналитического исследования создана лабораторная установка, имеющая ЭДС с нижним и боковым расположением ответвителя. Измерение температуры осуществляли специальным устройством зонтичного типа, на штоке которого были смонтированы шесть термоэлектрических датчика, укрепленных на двух уровнях, которые подключались к многопозиционному потенциометрическому мосту.Измерительное устройство помещалось в исследуемый объем жидкости в бутылке после выключения анодного напряжения на магнетроне генератора. После этого зонтик раскрывался, и в требуемых точках измерялась температура. Конструкция датчика позволяла перемещать термоэлектрические преобразователи как по радиусу, так и по высоте на двух уровнях. Результаты измерений сравнивались с вычисленными значениями температур при одинаковых исходных данных: вида обрабатываемого продукта и тары, скорости перемещения конвейера, мощности генератора. Анализ результатов показывает, что наибольшая разница между расчетной и измеренной температурами составляет 3,ЗК при обработке образцов пива "Жигулевское", выходной мощности СВЧ-генератора 7 кВт, скорости транспортера 0, 0073 м/с, времени обработки 383 с, длине ЭДС 2,8 м, таблица 4.

При аналитическом исследовании было принято, что распределение температур во всех сечениях, перпендикулярных оси

СлЭ

О

РйС.ч5. Распределение температуры в поперечном сечении

образца пива "Жигулевское" Тв - 293К, моды Н1с7+Н3о г Сь с

Таблица 4

Сравнительный анализ распределения температур при СВЧ-нагреве пива "Жигулевскре" в бутылке емкостью 0.5 л

Положение датчика температуры Температура, К расчетные значения

измеренные значения

Позиция 1 Позиция 2

1 уровень 2 уровень 1 уровень 2 уровень

1 332,1 332,1 332,1 332,1

332,0 33*3,0 331,0 329,0

341,3 341,3 ' 341,3 341,3

341,0 342,0 340,0 339,0

341,3 341,3 341,3 341,3

0 341,0 343,0 342,0 338.0

341,3 341,3 341,3 341.3

340,0 342,0 339,0 339,0

с 332,1 332,1 332,1 332,1

331.0 334,0 331,0 331.0

с 341,3 341,3 341,3 341.3

341.0 343,0 340, 0 340,0

7 332,1 332,1 332.1 332,1

331.0 333,0 330,0 330,0

8 341.3 341,3 341,3 341,3

340.0 341; о 340,0 339,0

о 332.1 332,1 332,1 332,1

У 332,0 334.0 331.0 330,0

Y. было одинаково. Однако на практике имело место некоторое снижение температуры у дна и горлышка бутылки. Таким образом экспериментальные исследования выявили возможность применения полученных зависимостей и разработанной компьютерной программы для расчета температурных полей при СВЧ-нагреве продуктов в таре.

В шестой главе описаны методы комплексного исследования стационарного процесса микроволнового нагрева пищевых жидкостей, протекающих по диэлектрическим трубам в ЭДС на основе прямоугольного волновода. Рассмотрены системы с продольным и поперечным расположением труб в волноводных камерах. Изучалось изменение температуры продукта по длине трубы при известных электро- и теплофизических характеристиках обрабатываемой среды, электродинамических параметров устройства. В СВЧ-системе с продольным расположением труб, в предположении, что плотность микроволновой мощности по поперечному сечению трубы распределена равномерно и изменяется лишь по координате Z и тепло переносится вместе с жидкостью, дифференциальное уравнение нагрева потока среды имело вид:

d(c-T) 4aTd

pv - = QV1---(T - T5) (41)

dz d

С учетом весьма малого СВЧ-нагрева элемента диэлектрической трубы,после преобразований получили уравнение, описывающее распределение температур для этого элемента:

el [ dTs\ a/d aT (d+25)

_ h q - ---(T_T )---(Т£-Т3) (42)

dzv ' dz i 5(d+5) 5(d+6)

Граничные условия для (41) и (42) выразились

Т|2. -о - твх режим прямотока

т|2= 1 = Твх режим противотока

- £11 = 0 г=1

Й2 z=0 йг

Член уравнения (41) йУ1. определяющий тепловыделение при воздействии ЭМП СВЧ и имел вид :

й..

V 1

8аРг(1-|Г|2)

Ктрл:(Зг 8аРГ(1-|Г|2)

•ехр(-2/о:йг) - режим прямотока (44) о

1

•ехр(-2¡айг) - режим

г противотока

(45)

Ктряс32

где Ктр - количество диэлектрических труб.

Для ЭДС с поперечным расположением труб дифференциальные уравнения для элемента йг внутри трубы и в стенке, а также начальные и граничные условия имели вид:

сЦсТ) рУ -— = 0У2 <ЗУ

4ата

с1

■ (Т-Г*)

(46)

й г атйй

<3у1 *йу ) 5(13+5)

(Т-Т4) -

ат ((3+26)

Т|У-0 ^ВХ

О

(47)

(48)

5(сЗ+5)

ау у=о <1у у=ь Член уравнения, определяющий тепловыделение в п-трубах при поглощении ЭМП СВЧ также изменился. Считалось, что изменение температуры в одной трубе пакета незначительно, вследствие чего предполагалось, что в пределах одного патрубка, коэффициент затухания постоянен

2аРг(1—IГ12) к=п

йу2 ---ехр(-2 I аКс1)

М к=1

Исследуемая задача являлась нелинейной, т.к. электро- и теплофизические параметры жидкости и материала трубы, а также коэффициент затухания а зависят от температуры. В связи с этим был применен численный метод решения конечных разностей. Результаты вычислений на ЭВМ температуры шампанского виноматериала на выходе труб и системы от длины ЭДС получены при одном и том же значении входной удельной СВЧ-мощности. Как показали исследования, при работе СВЧ-уст-ройства в одном режиме или прямотока, или противотока в соединительных патрубках диэлектрических труб, находящихся вне волновода, возникает перепад темпов нагрева, что вызывает дополнительные тепловые потери и может ухудшить качество продукта.

Более целесообразно применить чередование прямоточного и противоточного режимов. Такая система не имеет резких перепадов температуры, как показано на рис.ба. Интересны проточные системы с диэлектрическими трубами, расположенными перпендикулярно широкой стенке волновода. Как видно из графиков, рис.66, в этих ЭДС кривая нагрева имеет плавный характер без скачков температуры, хотя наблюдается снижение темпа нагрева при увеличении длины г. Волноводные системы такого типа имеют некоторые преимущества перед другими конструкциями. Они довольно компактны, просты в изготовлении, менее металлоемки, удобны в обслуживании. Однако в этих ЭДС мало время пребывания жидкости в ЭМП СВЧ. Кроме того, при малом количестве труб СВЧ-энергия поглощается не полностью.

В аналитическом исследовании температуры пищевых продуктов при СВЧ-нагреве в проточных системах были сделаны некоторые усреднения и допущения, поэтому возможно расхождение

длины в СВЧ-схстеые с чередованием реж/.мов прямоток-противоток.

длины в СВЧ-системе с трубами.. расг,слеженными перпендикулярно иироксй отенке волновода.

рассчитанных параметров с реальными. Для проверки аналитических данных экспериментально исследован процесс микроволнового нагрева пищевых продуктов в потоке. Сконструирована и изготовлена установка, позволяющая с точностью ± 0,5К измерять температуры продуктов, протекающих в трубах внутри ЭДС. Измерение температур осуществлялось с помощью термоэлектрических преобразователей, установленных на выходе диэлектрических труб.

Установка работала следующим образом. Жидкий пищевой продукт, находящийся в накопительной емкости, подавался с помощью насоса через вентиль-регулятор расхода и ротаметр в ЭДС. После нагрева жидкость поступала в датчики, которые измеряли температуры после прохода каждой диэлектрической трубы. Ввиду небольшой производительности установки для лучшего перемешивания жидкости в каждую трубу вставлялся турбулиза-тор.

Помимо и-образной ЭДС в экспериментальном исследовании использовались также системы с линейным волноводом и поперечным расположением диэлектрических труб. Выходная мощность СВЧ-генератора составляла 2,5 кВт и поддерживалась постоянной. Расчетные и экспериментальные данные представлены в таблицах 5 и 6. Анализируя полученные результаты, можно сделать вывод, что максимальное расхождение экспериментальных и аналитических значений не превышает ЗК, причем в основном измеренная величина температуры меньше аналитической. Характер изменения температуры при увеличении длины ЭДС"и, соответственно. длины труб в эксперименте подобен данным, полученным в аналитическом расчете. С ростом длины системы температура на выходе трубы уменьшается в большей степени в ре-

Таблица 5

Сравнительные данные по температуре при СВЧ-нагреве для однотрубных систем.

Температура на выходе трубы, К расчетное значение

Режим протока жидкости измеренная температура

Система с продольным расположением труб. Система с поперечным расположением труб.

прямоток 343 342 334 332

противоток 344 343 —

Таблица 6

Сравнительные данные по температуре при СВЧ-нагреве для четырехтрубных систем.

Тип системы Температура на выходе трубы, К расчетное значение измеренная температура

1 2 3 4

Система с продольным расположением труб. 310 309 324 323 335 333 344 341

Система с попе- 308 321 332 341

речным располо- - - - -

жением труб. 307 320 330 339

жиме прямотока.

В седьмой главе приведены методики расчета рациональных режимов микроволновой пастеризации, электродинамических и конструктивных параметров оборудования, разработанные на базе теоретических и экспериментальных данных, полученных в результате исследований.

На основе изучения инактивации микрофлоры и деструкции отдельных компонентов пищевых продуктов при микроволновой пастеризации создана методика и рассчитаны технологические режимы, позволяющие получать стабильные продукты и среды с требуемыми параметрами качества.

Разработан опытно-промышленный регламент на технологический процесс СВЧ-пастеризации шампанских вин, рациональные режимы микроволновой пастеризации шампанских виноматериалов, виноградного, мандаринового и яблочного соков, пива "Жигулевское". Испытания показали, что данные режимы обеспечивают требуемые параметры стабильности и качества.

Разработаны инженерные методики расчета конструктивных и электродинамических параметров ЭДС промышленных пастеризаторов и, на их основе, созданы промышленные образцы установок для пастеризации жидких пищевых продуктов в потоке и таре. Разработана техническая и конструкторская документация, изготовлены промышленные образцы: микроволнового мини-пастеризатора, предназначенного для пастеризации соков, напитков и других продуктов в условиях крестьянских хозяйств; малогабаритного микроволнового пастеризатора, предназначенного для обработки питательных сред и материалов; универсального микроволнового пастеризатора жидких пищевых продуктов и сред; СВЧ-пастеризатора шампанских вин в бутылках. Промышленные

испытания микроволнового оборудования показали соответствие их параметров паспортным данным. Оборудование рекомендовано для производственной эксплуатации в условиях пищевых предприятий.

Разработана техническая и конструкторская документация на универсальный микроволновой пастеризатор жидких пищевых продуктов и сред и СВЧ-пастеризатор для термообработки шампанских вин в бутылках. Оборудование позволяет осуществлять процессы инактивации микрофлоры для разных продуктов и сред при различной производительности, тем самым обеспечивая широкий диапазон использования установок от заводов малой и средней мощности до крестьянских хозяйств.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

1. В результате теоретических и экспериментальных исследований электродинамических, теплофизических и биологических процессов, протекающих при воздействии ЭМП СВЧ теплового уровня мощности разработаны научно-практические основы сверхвысокочастотной пастеризации пищевых продуктов и решена научная проблема интенсификации процесса получения высокостабильных продуктов повышенной пищевой ценности.

2. Развиты представления о механизме инактивирующего действия высокоинтенсивного микроволнового излучения на микроорганизмы. Анализ математической модели процесса СВЧ-наг-рева клеточной структуры показал, что даже при высоких значениях относительного коэффициента потерь с" внутриклеточного вещества и малых величинах теплопроводности мембраны

различие в температурах внутри и вне клетки пренебрежимо мало.

3. Степень уничтожения микрофлоры микроволновой энергией зависит от вида микроорганизмов, химического состава среды, ее электро- и теплофизических характеристик, режимов обработки. Основное влияние на скорость отмирания клеток оказывает температура и длительность СВЧ-нагрева.

4. Экспериментальное исследование выявило подобие характера термогибели микроорганизмов при СВЧ и конвективном нагреве. Показано, что для различных микробиологических объектов существуют одинаковые закономерности влияния температуры и времени. Установлено, что расчет режимов пастеризации может производиться с помощью единой математической модели с учетом различия кинетических характеристик микроволновой и тепловой инактивации.

5. Показано, что микроволновое излучение теплового уровня эффективнее, чем конвективный нагрев. Оно нарушает клеточные функции при меньших длительностях обработки. Благодаря кратковременности СВЧ-пастеризации, изменений качественного состава и органолептических характеристик продуктов практически не происходит.

6. Аналитическое решение внутренней краевой задачи электродинамики для частично заполненной волноводной ЭДС дало возможность получить дисперсионное уравнение, позволяющее рассчитать продольное и поперечные волновые числа.

7. На базе анализа структуры поля и дисперсионных уравнений для продуктов с высокими потерями установлено, что в диэлектрическом слое., в этом случае, распространяются "медленные" волны, что приводит к стягиванию ЭМП в диэлектрик.

-488. Установлены закономерности, лежащие в основе методики расчета конструктивных размеров поперечного сечения ЭДС, в которой обеспечивается распространение ЭМВ, требуемых типов с целью получения необходимой структуры распределения электрической составляющей напряженности поля, что в конечном итоге влияет на равномерность температурных полей в обрабатываемых образцах.

9. Теоретическое исследование процесса диссипации микроволновой энергии в волноводных системах сложного поперечного сечения подтвердило целесообразность использования ЭДС, в которых распространяется основной тип волны, что повышает степень поглощения энергии в диэлектрическом слое, позволяет уменьшить длину волновода.

10. В известной системе дифференциальных уравнений теплопроводности А.В.Лыкова развито выражение для составляющей, определяющей закон изменения мощности внутреннего источника применительно к СВЧ-нагреву жидких пищевых продуктов в ЭДС волноводного типа.

И. На основе численного решения двухмерной нестационарной задачи СВЧ-нагрева различных сред, расфасованных в тару, определены пространственно-временные температурные поля для целого ряда жидких пищевых продуктов. Сравнительный анализ результатов эксперимента и вычислений показал хорошую сходимость данных.

12. При СВЧ-нагреве жидких продуктов в. таре выявлено образование тонкого пристеночного слоя толщиной 0,002... 0,005 м, в котором разница в температуре составляет 5...12 К, при общем разбросе температуры в большей части объема образца, не превышающем 2.. Л К. Отмечена высокая не-

равномерность нагрева как в объеме продукта, так и у поверхности тары при микроволновой обработке на высшем типе четной волны Н20.

13. Проведены комплексные исследования, развивающие научные основы применения СВЧ-энергии в пастеризаторах проточного типа. Показано, что длина ЭДС в проточном устройстве в большей степени определяется требуемым временем пастеризации, чем условиями полного поглощения микроволновой энергии в диэлектрике. Уточнены области применения ЭДС с продольным и поперечным, перпендикулярным широкой стенки волновода, расположением диэлектрических труб.

14. На основе обобщения результатов теоретического и экспериментального исследования разработаны инженерные методики расчета конструктивных и электродинамических параметров ЭДС промышленных пастеризаторов технологических режимов, позволяющих получать стабильные продукты и среды с требуемыми характеристиками качества.

15. Научно-обоснованные методы расчетов-режимов и конструктивных параметров нашли применение в разработке конструкторской документации и создании промышленных образцов для СВЧ-пастеризации жидких пищевых продуктов. Оборудование осуществляет процесс инактивации микрофлоры разных продуктов и сред в таре и протоке при различной производительности, тем самым обеспечивая широкий диапазон использования установок от заводов малой и средней мощности до крестьянских хозяйств.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Отдельные издания

1. Остапенков A.M., Матисон В.А., Буканова В.И. Современные методы стерилизации, применяемые в дрожжевом производстве в СССР и за рубежом// Обзорная информация. - М.: ЦНИИТЭИПищепром. 1976, 44 с.

2.Остапенков A.M., Матисон В.А., Беловолов A.B. и Калинин С.М. Методические указания к выполнению учебно-исследовательской работы студентов по специальности 0639/ - М.: МТИПП, 1976.40 с.

3. Остапенков A.M., Матисон В.А., Буканова В.И. Технологические режимы СВЧ-стерялизации мелассовых растворов// Обзорная информация. - М.: ЦНИИТЭИПищепром, 1977, 39 с.

4. Остапенков A.M., Матисон В.И., Ляховицкий Б.М. и Джабраилов Р.Д.// Лабораторный практикум. - М.: МТИПП. 1981. .зз с.

5. Кишковский 3.H., Остапенков А. М., Сахарова Т.А.. Матисон В.А.Электрофизические методы стабилизации вин// Обзорная информация. - М.: ЦНИИТЭИПищепром, 1982. 32 с.

6. Остапенков A.M., Матисон В.И., Николаев А.И. и др. Внедрение производственных процессов стерилизации и пастеризации пищевых продуктов в СССР и за рубежом// Обзорная информация. - М.: ЦНИИТЭИПищепром, 1984, 20 с.

7. Остапенков A.B., Рассохин Н.В., Матисон В.А., Меринов Н. С. Электрофизические методы стерилизации и пастеризации сред и продуктов// Учебное пособие. - М.: МТИПП, 1984,

-5179 С.

8. Матисон В.А. Повышение стабильности пива и безалкогольных напитков путем применения микроволновой пастеризации// Обзорная информация. - М.: АгроНИИТЭИПП, 1993, 48 с.

9. Матисон В.А. Совершенствование методов и оборудования для улучшения биологической стойкости пива и безалкогольных напитков// Обзорная информация. - М.: АгроНИИТЭИПП, 1994, сЛО

Статьи в журналах и сборниках

10. Остапенков A.M., Матисон В.И. и др.Сравнительный анализ воздействия сверхвысокочастотной энергии и теплового нагрева на микрофлору мелассы // Экспресс-информация. Дрожжевая промышленность. - М.: ЦНИИТЭИПищепром, 1975, вып.6, с. 20-24.

И. Остапенков A.M., Матисон В.А. и др.Бактерицидное воздействие сверхвысокочастотных полей на нитритообразующие бактерии мелассы// Хлебопекарная и кондитерская промышленность,- 1975. N 10, с.27-29.

12. Остапенков A.M., Матисон В.А., Беловолов А.В. О воздействии СВЧ-энергии на биологические объекты// Известия вузов. Пищевая технология. - 1975, N 5, с. 123-127.

13. Остапенков A.M., Матисон В.А. Стерилизация мелассы в сверхвысокочастотных электромагнитных полях// Известия вузов. Пищевая технология. - 1975, N 6, с. 77-79.

14. Остапенков A.M., Матисон В.А. и др.Изменения качественного состава свеклосахарной мелассы при термической обработке в нагревательных устройствах и сверхвысокочастот-

ной резонаторной камере// Экспресс информация. Дрожжевая промышленность. - М.: ЦНШТЭИПищепром, 1975, вып. 8. с. 21-23.

15. Остапенков A.M.. Матисон В.А. Анализ процесса стерилизации мелассы в сверхвысокочастотных полях при малых концентрациях микроорганизмов// Экспресс-информация. Дрожжевая промышленность. - М.: ЦНШТЭИПищепром. - 1975, вып. 9, с. 23-28.

16. Остапенков A.M., Матисон В. А. Способы сверхвысокочастотной стерилизации, применяемые за рубежом// Экспресс-информация. Дрожжевая промышленность. - М.: ЦНШТЭИПищепром, 1975, вып. 11, с. 6-16.

17. Остапенков A.M., Матисон В.А., Каптерева Ю.В. и др. Исследование воздействия электромагнитных полей СВЧ малой интенсивности на Bacillus me'senterlcus и Pseudomonas Fluoresces// Научные доклады высшей школы. Биологические науки. - 1976, N ,, с. 47-50.

18. Остапенков A.M., Матисон В.А.и др.Стерилизация мелассы в дрожжевой промышленности// Хлебопекарная и кондитерская промышленность. - 1976, N 2, с. 28-30.

19. Остапенков A.M., Матисон В.А., Беловолов А.В.и др.Влияние электромагнитных полей малой интенсивности на микроорганизмы// Известия вузов. Пищевая технология. - 1976, N 1. с. 77-79.

20. Остапенков A.M., Матисон В.А. Установка сверхвысокочастотной непрерывной стерилизации питательных сред дрожжевого производства// Научно-технический реферативный сборник "Дрожжевая промышленность". N 3, 1976,с. 12-14.

21.Красников В.В., Остапенков А.М., Матисон В. А. и др.Стерилизация последрожжевой бражки в СВЧ-поле/ // Хлебопекарная и кондитерская промышленность. - 1977, N 9. с. 33-35.

22. Кишковский З.Н., Сахарова Т.А., Остапенков А.М., Матисон В.А. и др.СВЧ-пастеризация шампанских виноматериалов // улучшители качества пищевых продуктов: Межвузовский сборник научных трудов. - М., 1977, с. 122-127.

23. Красников В.В.. Остапенков А.М., Матисон В.А. и др. Обработка кукурузного экстракта и питательных солей в СВЧ-поле// Научно-технический реферативный сборник. Дрожжевая промышленность. - М. : ЦНИИТЭИПищепром, 1977, N 6, с. 13-16.

24. Остапенков А.М., Матисон В.А. Установка для сверхвысокочастотной термообработки жидкостей в непрерывном потоке// Научно-технический реферативный сборник. Механизация и автоматизация в пищевой промышленности. - М. : ЦНИИТЭИПищепром, 1980, с. 6-11.

25. Кишковский 3. Н., Остапенков А.М.. Сахарова Т. А., Матисон В.А. Пастеризация в электромагнитных полях// Виноделие и виноградарство СССР. - 1981. N 1, с. 50-56.

26. Остапенков А. М.. Матисон В.А. Использование СВЧ-оборудования при стерилизации питательных сред// Известия вузов. Пищевая технология. - 1984, N 3, с. 132.

27. Matlsson V.A. Particularités de mesure des paramétrés electrlques des liquide// Revue Scientifique. Algerle. Boumerdes. INIL, 1985, M 4, p. 123-124.

28. Matlsson V.A. Particularités dutillsatlon de lener-gle electromagnetlgue dans le processus de la pasteurisation// Revue Scientifique. - Algerle. Boumerdes. INIL, 1987, p.

-5487-88.

29. Матисон В.А. Особенности расчета электродинамических параметров стеритронов для жидких пищевых продуктов// Электронная обработка материалов. - 1991, N 6, с. 59-60.

30. Матисон В.А. Оборудование для пастеризации жидких продуктов// Научно-технический реферативный сборник: Рационализаторские предложения и изобретения, рекомендуемые для внедрения в пищевой промышленности. - М.: АгроНИИТЭИПП. 1992, вып. 1, с. 6-8.

31. Матисон В.А. Использование конвейерной микроволновой установки для пастеризации жидких пищевых продуктов// Научно-технический реферативный сборник: Рационализаторские предложения и изобретения, рекомендуемые для внедрения в пищевой промышленности,- М. : АгроНИИТЭИПП, 1992, вып.4-5. С. 1-4.

32. Матисон В.А. Интенсификация процесса пастеризации соков путем использования электромагнитного поля СВЧ// Международный сельскохозяйственный журнал. - 1992. И 1, с. 53-55.

33. Матисон В.А. Микроволновой пастеризатор для увеличения стойкости пива// Информационный сборник: Передовой производственный и научный опыт, рекомендуемый для внедрения в безалкогольной, дрожжевой и бродильной отраслях промышленности. - М.: АгроНИИТЭИПП, 1992, ВЫП.2, с. 17-19.

34. Матисон В.А. Совершенствование технологии пастеризации плодовоягодных соков путем использования микроволновой энергии// Электронная обработка материалов. - 1992, N 5, с. 66-69.

35. Матисон В.А. Особенности консервирования соков в электромагнитном поле СВЧ// Информационный сборник: Передо-

вой производственный и научный опыт, рекомендуемый для внедрения в консервной, овощесушильной, пищеконцентратной и табачной промышленности. - М.: АгроНИИГЭИПП, 1992, вып. 1, с. 3-5.

36. Матисон В.А. Сохранение потерь сельскохозяйственной продукции при использовании микроволновых пастеризаторов// Международный сельскохозяйственный журнал. - 1992, N 4, с. 56-57.

37. Матисон В.А. Методика расчета конструктивных параметров сверхвысокочастотных пастеризаторов соков и напитков// Электронная обработка материалов. - 1992, N 6, с. 62-63.

38. Матисон В.А. Микроволновая пастеризация цитрусовых соков// Информационный сборник: Передовой производственный и научный опыт, рекомендуемый для внедрения в консервной, овощесушильной. пищеконцентратной и табачной промышленности. -М.: АгроНИИТЭИПП, 1992, ВЫП.З, С. 1-5.

39. Матисон В.А. Улучшение стойкости пива при обработке в микроволновом пастеризаторе: Опыт зарубежных предприятий пищевой промышленности. - М.: АгроНИИТЭИПП.-}992, вып.1, с. 20-22.

40. Матисон В.А. Расчет температуры жидких пищевых продуктов в микроволновой электродинамической системе// Известия вузов. Пищевая технология. - 1993, N

41. Матисон В. А. Использование сверхвысокрчастотной

i

энергии для повышения стабильности вин// Электронная обработка материалов. - 1993, N 4, с. 57-59.

42. Матисон В.А. Сверхвысокочастотный малогабаритный

пастеризатор жидких пищевых продуктов для фермерских хозяйств// Электронная обработка материалов. - 1993, N 5, с. 68-70.

Тезисы докладов.

43. Остапенков A.M., Матисон В.А. Экспериментальная установка по стерилизации мелассы СВЧ-энергией// Всесоюзная научно-техническая конференция по вопросам теории и практики стерилизации и пастеризации пищевых продуктов: Тез. докладов. - Одесса, 1975, с. 42-43.

44. Остапенков А.М.. Матисон В.А., остапенкова Т.Н. Стерилизация питательных сред, применяемых в пищевой промышленности// Применение СВЧ-энергетики в народном хозяйстве для исследовательских целей и интенсификации технологических процессов: Тез. докл. научно-технической конф. - Саратов, 1975, С. 169.

45.. Матисон В.А. Особенности конструкции микроволновых пастеризаторов жидких пищевых сред// Электрофизические методы обработки пищевых продуктов и сельскохозяйственного сырья: Тез. докл. шестой Всесоюзной научно-технической конф. - М.. 1989, с. 370.

46. Матисон В.А. О методике расчета режимов пастеризации соков и напитков в электромагнитном поле СВЧ// Шестое Всесоюзное совещание по электрической обработке материалов: Тез. докл. - Кишинев, 1990, с. 147.

47. Матисон В.А. К расчету конструктивных параметров пастеризаторов жидких пищевых сред в электромагнитном поле СВЧ// Шестое Всесоюзное совещание по электрической обработке

материалов: Тез. докл. - Кишинев. 1990. с. 228.

48. Матисон В.А. Определение коэффициента затухания сверхвысокочастотной системы пастеризации жидких пищевых продуктов// Применение СВЧ-энергии в технологических процессах и научных исследованиях: Тез. докл. У1 Всесоюзной научно-практической конф. - Саратов. 1991, с. 31-32.

49. Матисон В.А. Сверхвысокочастотная электродинамическая система для пастеризации цитрусовых соков// Применение СВЧ-энергии в технологических процессах и научных исследованиях: Тез. докл. У1 Всесоюзной научно-практической конф. -Саратов, 1991, с. 22-23.

50. Матисон В.А. Увеличение сроков хранения жидких пищевых продуктов повышенной пищевой ценности// Совершенство- вание технологических процессов производства новых видов пищевых продуктов и добавок. Использование вторичного сырья пищевых ресурсов: Тез. докл. Всесоюзной научно-технической конф. - Киев. 1991. ч.1. с. 44.

51. Матисон В.А. Повышение эффективности процесса пастеризации шампанских вин при применении микроволновой энергии// Совершенствование технологических процессов производства новых видов пищевых продуктов и добавок. Использование вторичного сырья пищевых ресурсов: Тез. докл. Всесоюзной научно-технической конф. - Киев, 1991, ч.П. с. 198.

52. Матисон В.А. Электродинамический расчет некоторых параметров сверхвысокочастотной системы для пастеризации соков и напитков// Научное обеспечение хранения и переработки растительного сырья в пищевой промышленности: Тез. докл. научной конф. - МТИПП. - 1991, ч.П, с. 117.

53. Матисон В.А. Исследование внутренней краевой задачи

электродинамики для технологических волноводных камер СВЧ-пастеризоторов//Международная конференция "Научно-технический прогресс в перерабатывающих отраслях АПК": Тез. докладов. - Москва, 1995, с.110.

54. Матисон В.А. Повышение биологической безопасности пищевых продуктов при использовании микроволновых пастеризаторов // Международная конференция "Научно-технический прогресс в перерабатывающих отраслях АПК": Тез. докладов. -Москва, 1995, с.197.

Авторские свидетельства

55. Авторское свидетельство 521882, кл. А 23 Ь 3/32 Н 05 В 9/06. Устройство для СВЧ-нагрева жидких пищевых сред/ А.Я.Соколов, А.М.Остапенков, В.А.Матисон (СССР) - 1974.

56. Авторское свидетельство 521883, кл. А 23 I 3/32 Н 05 В 9/00. Устройство для стерилизации жидких пищевых продуктов СВЧ-энергией/ А.Я.Соколов, А.М.Остапенков, В.А.Матисон (СССР) - 1974.

57. Авторское свидетельство 557634, кл. й 01 К 7/34.Датчик температуры/ А.Я.Соколов. А. М. Остапенков, В. А. Матисон (СССР) - 1975.

58. Авторское свидетельство 856209. кл. С 12 С 1/06. Способ производства шампанских вин в непрерывном потоке/ С. А. Брусиловский, 3. Н. Кишковский. В. А. Матисон и др. (СССР) -1981.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ а^ - ширина волновода, м ах - коэффициент температуропроводности, м2/с а - коэффициент затухания, 1/м ах - коэффициент теплообмена с внешней средой, кг/сзк

ОСт

И

с

сЗ

Б

Е

Ео

Е1

е"

5 8

Н 1

^■кр

>чч

Мо

N..

Рг Рд Ро П

коэффициент теплообмена между жидкостью и диэлектрической трубой, кг/сзк

коэффициент теплообмена между диэлектрической трубой и окружающей средой высота волновода, м продольное волновое число, 1/м удельная теплоемкость образца, Дж/кг-К внутренний диаметр трубы, м наружный диаметр трубы, м

напряженность электрической составляющей поля, В/м диэлектрическая проницаемость в вакууме относительная диэлектрическая проницаемость относительный коэффициент потерь коэффициент фазового превращения "жидкость-пар" толщина стенки тары, трубы и т. д., м поперечное волновое число, 1/м напряженность магнитной составляющей поля, "/м длина ЭДС или трубы, м критическая длина волны, м коэффициент теплопроводности 1-области. кг-м/сзк магнитная проницаемость в вакууме текущая среднеобъемная концентрация микроорганизмов, клеток/см3

начальная среднеобъемная концентрация микроорганизмов. клеток/см3 мощность генератора, Вт потери мощности на единицу длины, Вт/м число Померанцева вектор Пойтинга. Дж/см2

а

т

Ь

N

о

йу - удельная мощность, выделяемая внутренним источником, определяемая как сумма удельных мощностей каждой моды, Вт/м3

г - текущий радиус, м

гисП " удельная теплота испарения. Дж/кг

I? - газовая постоянная, Дж/моль-К

р - плотность образца, кг/м3

Т - температура, К

Т0 - начальная температура, К

Т3 - температура внешней стенки или среды, К

х - время, с

V - объем продукта, м3

ч0 - скорость движения продукта в таре через ЭДС, м/с

ш0 -. угловая частота, рад/с

МКБ - молочно-кислые бактерии

СВЧ - сверхвысокие частоты

УКВ - уксусно-кислые бактерии

ЭДС - электродинамическая система

ЭМВ - электромагнитные волны

ЭМП - электромагнитное поле