Каталог готовых работ

Конвекция – перенос теплоты в жидкостях, газах или сыпучих средах потоками вещества. Различают естественную, или свободную, и вынужденную конвекцию.

  Естественная конвекция возникает при неравномерном нагреве (нагреве снизу) текучих или сыпучих веществ, находящихся в поле силы тяжести (или в системе, движущейся с ускорением). Вещество, нагретое сильнее, имеет меньшую плотность и под действием архимедовой силы перемещается относительно менее нагретого вещества. Направление этой силы, а следовательно и конвекции для нагретых объемов вещества противоположно направлению силы тяжести. Конвекция приводит к выравниванию температуры вещества. При стационарном подводе теплоты к веществу в нем возникают стационарные конвекционные потоки, переносящие теплоту от более нагретых слоев к менее нагретым. С уменьшением разности температур между слоями интенсивность конвекция падает. При высоких значениях теплопроводности и вязкости среды конвекция также оказывается ослабленной. В условиях невесомости естественная К. невозможна.

  При вынужденной конвекции перемещение вещества происходит главным образом под воздействием какого-либо устройства (насоса, мешалки и т.п.). Интенсивность переноса теплоты здесь зависит не только от перечисленных выше факторов, но и от скорости вынужденного движения вещества.

  Конвекция широко распространена в природе: в нижнем слое земной атмосферы, морях и океанах, в недрах Земли, на Солнце (в слое до глубины ~20—30% радиуса Солнца от его поверхности) и т.д. С помощью конвекции осуществляют охлаждение или нагревание жидкостей и газов в различных технических устройствах.

Конвективный теплообмен, процесс переноса тепла, происходящий в движущихся текучих средах (жидкостях либо газах) и обусловленный совместным действием двух механизмов переноса тепла – собственно конвективного переноса и теплопроводности. Таким образом, в случае конвективного теплообмена распространение тепла в пространстве осуществляется за счет переноса тепла при перемещении текучей среды из области с более высокой температурой в область с меньшей температурой, а также за счет теплового движения микрочастиц и обмена кинетической энергией между ними. В связи с тем, что для неэлектропроводных сред интенсивность конвективного переноса очень велика по сравнению с теплопроводностью, последняя при ламинарном течении играет роль лишь для переноса тепла в направлении, поперечном течению среды. Роль теплопроводности при конвективном теплообмене более значительна при движении электропроводных сред (например, жидких металлов). В этом случае теплопроводность существенно влияет и на перенос тепла в направлении движения жидкости. При турбулентном течении основную роль в процессе переноса тепла поперек потока играет пульсационное перемещение турбулентных вихрей поперек течения жидкости. Участие теплопроводности в процессах конвективного теплообмена приводит к тому, что на эти процессы оказывают существенное влияние теплофизические свойства среды: коэффициент теплопроводности, теплоемкость, плотность.

В связи с тем, что в процессах конвективного теплообмена важную роль играет конвективный перенос, эти процессы должны в значительной мере зависеть от характера движения жидкости, то есть от значения и направления скорости среды, от распределения скоростей в потоке, от режима движения жидкости (ламинарное течение либо турбулентное). При больших (сверхзвуковых) скоростях движения газа на процессы конвективного теплообмена начинает влиять распределение давления в потоке.

Если движение жидкости обусловлено действием некоторого внешнего побудителя (насоса, вентилятора, компрессора и т.п.), то такое движение называют вынужденным, а происходящий при этом процесс конвективный теплообмен – вынужденной конвекцией.

Если движение жидкости вызвано наличием неоднородного поля температуры, а следовательно, и неоднородной плотности в среде, то такое движение называют свободным или естественным, а процесс конвективного теплообмена – свободной или естественной конвекцией. На практике встречаются и такие случаи, когда приходится учитывать как вынужденную, так и свободную конвекцию.

Наиболее интересным с точки зрения технических приложений случаем конвективного теплообмена является конвективная теплоотдача, то есть процесс двух конвективных теплообменов, протекающий на границе раздела двух фаз (твердой и жидкой, твердой и газообразной, жидкой и газообразной). При этом задача расчета состоит в нахождении плотности теплового потока на границе раздела фаз, то есть величины, показывающей, какое количество тепла получает или отдает единица поверхности раздела фаз за единицу времени. Помимо указанных выше факторов, влияющих на процесс К. т., плотность теплового потока зависит также от формы и размеров тела, от степени шероховатости поверхности, а также от температур поверхности и теплоотдающей или тепловоспринимающей среды.

Коэффициент теплоотдачи характеризует интенсивность процесса теплоотдачи; он возрастает при увеличении скорости движения среды и при переходе от ламинарного режима движения к турбулентному в связи с интенсификацией конвективного переноса. Он также всегда больше для тех сред, у которых выше коэффициент теплопроводности. Коэффициент теплоотдачи существенно повышается, если на поверхности происходит фазовый переход (например, испарение или конденсация), всегда сопровождающийся выделением (поглощением) скрытой теплоты. На значение коэффициент теплоотдачи сильное влияние оказывает массобмен на поверхности.

Современные методы описания процесса конвективного теплообмена, основанные на теории пограничного слоя, позволяют получить теоретические (точные или приближенные) решения для некоторых достаточно простых ситуаций. В большинстве же встречающихся на практике случаев коэффициент теплоотдачи определяют экспериментальным путем.

Процессы конвективного теплообмена чрезвычайно широко распространены в технике (энергетике, холодильной технике, ракетной технике, металлургии, химической технологии), а также в природе (перенос тепла в атмосфере, в морях и океанах).

В последнее время все большую популярность использование метода конвективного теплообмена завоевывает на предприятиях питания. Многие компания, специализирующиеся на выпуске теплового оборудования для предприятий питания, освоили выпуск промышленных конвективных и паро-конвективных печей. В развитых странах ни один уважающий себя ресторан не обходится без этого элемента кухонного оборудования. 

 Паро-конвективные и конвективные печи позволяют использовать при приготовлении пищи следующие фундаментальные принципы:

Жарка с конвекцией

Тепловая обработка пищи происходит в потоке горячего сухого воздуха. Благодаря наличию мощного вентилятора внутри камеры образуется мощный ток горячего воздуха, гарантирующий равномерную температуру во всех ее точках, что позволяет готовить блюда на нескольких уровнях (их количество и размер определяется моделью). Так как воздух практически не передает вкусов, имеется возможность одновременного приготовления различных по вкусу продуктов. При конвективной жарке гарантируется равномерное обжаривание продукта со всех сторон, и процесс занимает меньше времени так как активно двигающиеся массы горячего воздуха обеспечивают более высокую степень теплообмена между продуктом и окружающим воздухом. Это режим, также называемый "сухой жар", "жар", гарантирует быстрое приготовление любых обжаренных блюд при температурах вплоть до +250⁰С. Сухая конвекция позволяет воспользоваться всеми преимуществами, которые дает использование мощной статической печи кроме этого позволяет получать полностью воспроизводимые, одинаково великолепные результаты при выпекании блюд находящихся на нескольких уровнях одновременно.

Приготовление на пару

Пар традиционно относится к самому эффективному и распространенному способу тепловой обработки пищи. По сути, процесс отваривания в воде есть ничто иное, как процесс интенсивной обработки продукта паром. Для воспроизведения процесса отваривания используется обработка продукта потоками пара. Пар генерируется либо в специальном парогенераторе, либо непосредственно на крыльчатке вентилятора, последний обеспечивает также равномерное распределение пара внутри камеры и его активное перемещение. Использование современных средств автоматики позволяет получать пар с температурой как ниже, так и выше температуры кипения воды. Это позволяет использовать пар не только для воспроизведения процесса отваривания, но и для разогрева готовых блюд, размораживания продуктов, приготовления блюд при температурах ниже температуры кипения воды. 

Комбинация режимов обработки потоками пара и жарки с конвекцией является основным и уникальным принципом при приготовлении пищи, который аппаратно может быть реализован только в конвективных и паро-конвективных печах. Этот режим позволяет реализовать технологические решения приготовления пищи, которые ранее были практически не доступны. Приготовление большей части классических вторых блюд с применением комбинированного режима позволяет готовить блюда без использования жиров, без риска подгорания, весовые потери снижаются на 30-50% процентов, значительно ускоряется процесс приготовления пищи, что способствует сохранению питательных свойств и препятствует смешению вкусов разнородных продуктов.