Models.heat.Chicken Patties (1)Español

Convecc i ón coc ina de

po l lo Empanadas

Introducción

Este ejemplo modelos de la cocción por convección de una hamburguesa de pollo.El modelo

fue desarrollado originalmente por H. Chen y otros (Ref. 1).

Para aumentar la comodidad del consumidor, muchos de los alimentos de hoy están precocidos de modo que usted puede rápidamente volver a calentar el producto, por ejemplo en un horno microondas. Un método de precocción industrial se está cocinando aire de convección.Este ejemplo se basa lamodelo dependiente del tiempo del proceso de cocción por convección para una hamburguesa de pollo, y muestra el temperatura subir encima hora en el patty.

Esta simulación también modelos de la concentración de humedad en la hamburguesa.De el punto de vista de la calidad del producto, es de interés para minimizar la pérdida de humedad durante la cocción. En esta Al respecto, cocción rendimiento es la cantidad ese

medidas Cómo mucho humedad, en por ciento, permanece en el empanada después el cocción proceso. Además, el concentración de humedad además influencias el temperatura

campo por calor pérdida debido a vaporización y también por la evolución térmica de la hamburguesa conductividad.

Aire caliente convección

Figura 1: La convección cocinar de un pollo patty.

Modelo Definición

Este COMSOL Multiphysics ejemplo parejas de interfaces dependientes del tiempo que describe la temperatura y el humedad concentración, respectivamente. Los simulación hace

no modelar el campo de velocidad convectiva fuera de la empanada porque los coeficientes

por convección calor y humedad transferencia a el circundante aire son dado.

En el interior el empanada, difusivo procesos describir ambos calor transferencia y humedad transporte.

Los modelo asume ese el específico calor capacidad aumenta con temperatura de acuerdo con la expresión

C p = 3017,2 + 2,05 T + 0.24 Δ T

+ 0.002 Δ T 3

(J / (kg · K))

donde T (T 0 un C nd) las dimensiones de los coeficientes numéricos son tales que la dimensión de C p es tan declarado.

Cifra 2 representa el empanada geometría, cual es sencillo y permite para 2D modelado de revolución de su sección transversal.Simetría adicional en la sección transversal hace posible modelar sólo una cuarta parte de la cruz sección.

3D para 2D-simetría axial

5 mm

Figura 2: Geometría de la hamburguesa de pollo.

Estas simplificaciones resultado en la sencillo rectangular dominio con el dimensión

31 mm por 5 mm. Figura 3 describe la numeración límite utilizado cuando especificando el límite condiciones.

Cifra 3: Modelo dominio y límite numeración.

Las ecuaciones que describen difusión de la humedad están acoplados a la ecuación del calor en los dos siguientes formas:

• La conductividad térmica, k, aumenta con la concentración de humedad de acuerdo a

k (0.194 0.436 (c M H2O )) W / (m · K), dónde c es el concentración (mol / m 3),

M H2O la masa molar del agua (kg / mol) y es la densidad (kg / m 3).

• Los vaporización de agua a el empanada exterior límites genera la calor flujo fuera de la empanada.¿Representa a este flujo de calor con el término D m c en el

condiciones de contorno para límites 3 y 4, donde D m es la difusión de la humedad

coeficiente(2 m / s) a partir de la hamburguesa al aire circundante y es el calor latente molar de

vaporización (J / mol).

Asumir la simetría para el campo de la temperatura sobre Límites 1 y 2. Aire convección

añade calor sobre Límites 3 y 34.De acuerdo con las hipótesis formuladas antes, añade un término para el flujo de calor de la hamburguesa debido a la vaporización humedad sobre Límites 3 y 4.

Resumiendo, el límite condiciones para el calor transferencia interfaz son

n - k T = 0

n k T = h T T inf - T + n D m c

en Ω 1 y Ω 2en Ω 3 y Ω 4

donde h T es el coeficiente de transferencia de calor (W / (m · K 2)), y T es el inf horno temperatura del aire.

Las condiciones de contorno para la difusión son

n - D c = 0n D c = k c c b - c

en Ω 1 y Ω 2en Ω 3 y Ω 4

dónde D es el humedad difusión coeficiente en el empanada (2 m / s), k c se refiere a el coeficiente de transferencia de masa (m / s), y c B designa el aire exterior (a granel) humedad

concentración (mol / m 3).El coeficiente de difusión y la transferencia de masa Coeficiente

son dado, respectivamente, por

k-----------

C m

h

c ----------- C m

donde C m es igual a la capacidad de humedad específica (kg humedad kg carne /), k m refiere al humedad conductividad (kg / (m · s)), y h m denota el masa transferencia coeficiente en unidades de masa (kg / (m2 · s)).

Suponga que la temperatura de la hamburguesa es de 22 acto el inicio del proceso de

cocción, yel humedad concentración de el aire es 1222 mol / m 3 = 22 kg / m 3 en la mojado base, que medio ese el humedad es expresado en masa por volumen de carne. Adicionallos datos se dan en la sección de modelado a continuación.

A obtener el temperatura y humedad concentración encima hora, el modelo resuelve las ecuaciones con el límite condiciones discutido arriba.

Resultados y Discusión

Los la mayoría interesante resultado de esta simulación es el hora necesario a calor el patty desde la temperatura ambiente (22 t oC) por lo menos 70 C thorughout toda la empanada. Lossección en la mitad de la hamburguesa (en la esquina inferior izquierda de la modelización

dominio) realiza el más larga hora a alcanzar esta la temperatura. Ello es además

interesante a determinar la cantidad de humedad permanece en la hamburguesa después de la cocción.Para este propósito, calcular la cocina rendimiento, definida como (inicial humedad masa) / (finales humedad masa).

El modelo muestra que a una temperatura del aire del horno de 135 ACC, el tiempo ooking de aproximadamente 840 s se requiere para alcanzar una temperatura central de 70 C. Figura 4 espectáculos Cómo el temperatura aumenta encima hora.

Cifra 4: Temperatura aumentar encima hora en el medio de el

empanada a un aire temperatura de 135 C.

Cifra 5 ilustra el resultante temperatura campo después 840 s. Los temperatura a la esquina inferior izquierda es 70 dCt, haentemperature se eleva hacia el exterior límites.

Cifra 5: Temperatura campo después 840 s a la cocción temperatura de 135 C.

A esta horno aire temperatura, el cocción rendimiento es aproximadamente 0.94 (94%). Cifra 6 espectáculos el resultante humedad concentración para estas condiciones. Como era de esperar, el

convectivo

pérdida de humedad a el límites resultados en la inferior humedad concentración en las partes exteriores de la empanada en comparación con su interior partes.

Figura 6: la concentración de humedad después de 840 s a una temperatura

de cocción de 135 C.

Simulaciones espectáculo ese un aumentado aire temperatura ambos se acorta el hora

necesario para llegar a 70 i dCdlien atnhde mincreases el rendimiento de cocción.El inconveniente, sin embargo, esese el temperatura gradientes en el pollo empanada aumentar. Cifra 7 espectáculos el campo de temperatura obtenida después de 370 s a una temperatura de cocción de 219 TCH; e correspondiente cocción rendimiento es aproximadamente 0.97 (97%).

Cifra 7: Temperatura campo después 370 s a la cocción temperatura de 219 C.

Referencia

1. H. Chen, BP Marcas, y RY Murphy, "Modelado Junto Calor y Misa Transferencia para Convección Cocinar de Pollo Empanadas " J. Alimentos Ingeniería, vol. 42, pp.139-146, 1,999.

Modelo ruta Biblioteca: Heat_Transfer_Module / Phase_Change / chicken_patties

Modelado Instrucciones

De el Archivo menú, escoger Nuevo.

Nebraska W1 En la nueva ventana, haga clic en el Asistente de Modelo botón.

MO DE L Wizar D1 En la ventana Asistente para Modelo, haga clic en el axisimétrico 2D botón.

2 En el Seleccionar física árbol, seleccionar Química Especies

Transporte> Transporte de Especies diluidas (CHDS).

3 Haga clic en la opción Agregar botón.

4 En el Seleccionar física árbol, seleccionar Calor Transferir> Heat Transferencia en Sólidos (ht).

5 Haga clic en la opción Agregar botón.

6 Haga clic en el Estudio botón.

7 En el árbol, seleccionar Preajuste Estudios para Seleccionado Física>

Tiempo Dependiente.

8 Haga clic en el Hecho botón.

GL OBA L DE FI NIT YO ONS

Parámetros

1 En la barra de inicio, haga clic Parámetros.

2 En la ventana de configuración de parámetros, busque los Parámetros sección.

3 En la tabla, escriba el siguiente ajustes:

Nombre

Expresión Valor Descripción

T_air 135 [degC] 408.2 K Horno de aire temperatura

T0 22 [degC] 295.2 K Inicial

empanada

temperatura

rho_p 1.100 [kg / m ^ 3] 1100 kg / m³ Densidad de empanada

h_T 25 [W / (m ^ 2 * K)] 25.00 W / (m² · K) Calor

transferencia

coeficiente

c0 0.78 * rho_p / M_H2O 4.767E4 mol / m³ Inicial concentración de humedad

c_b 0.02 * rho_p / M_H2O 1222 mol / m³ Aire

concentración de humedad

Cm 0,003 0.003000 Específica humedad

capacidad

k_m 1.29e-9 [kg / (m * s)] 1.290E-9 kg / (m · s) Humedad conductividad

h_m 1.67e-6 [kg / (m ^ 2 * s)]

1.670E-6 kg / (m² · s)

Misa transferencia

coeficiente en masa

unidades

D k_m / (rho_p * C_m) 3.909E-10 m² / s Difusión coeficiente

k_c h_m / (rho_p * C_m) 5.061E-7 Sra Misa

transferencia

coeficiente

Nombre

Expresión Valor Descripción

D_m 5e-10 [m ^ 2 / s] 5.000E-10 m² / s Superficie

humedad

difusividad

lda 2.3e6 [J / kg] * M_H2O 4.140E4 J / mol Calor latente Molar de

vaporización

M_H2O 18 [g / mol] 0.01800 kg / mol Agua molecular

peso

GE O M E T R Y 11 En la ventana Model Builder, bajo el Componente 1 clic Geometría 1.

2 En la ventana de configuración de la geometría, localizar las unidades sección.

3 En la lista de unidad de longitud, elija mm.

Rectángulo 11 Haga clic con el Componente 1> Geometría 1 y seleccione Rectángulo.

2 En la ventana de configuración del rectángulo, localizar el Tamaño sección.

3 En la edición Ancho de campo, el tipo 31.

4 En la altura de edición de campo, tipo 5.

5 Haga clic en el Build seleccionada botón.

DE FI NIT YO ONS

Variables 1

1 En el Modelo Constructor ventana, bajo Componente 1 botón derecho del ratón Definiciones y escoger

Variables.

2 En la ventana de configuración de variables, localizar las variables sección.


Nombre

Expresión Unidad Descripción

k_T (0,194 + 0,436 * c * M_H2O /rho_p) [W / (m * K)]

W / (m · K) Térmica conductividad

dT (T-0 [degC]) [1 / K] Temperatura diferencia

C_p (3017.2 + 2,05 * dT + 0,24 * dT ^2 + 0,002 * dT ^ 3) [J / (kg * K)]

J / (kg · K) Específica calor

Massachusetts T E R I A L E S

Material de 11 En el Modelo Constructor ventana, debajo Componente 1 botón derecho del ratón Materiales y escogerNueva Materiales.

2 En la ventana de configuración del material, busque los contenidos

materiales sección.


Propiedad Nombre

Valor Unidad Propiedad grupo

Térmica conductividad k k_T W / (m · K) Básico

Densidad rho rho_p kg / m³ Básico

Calor capacidad a constante presión Cp C_p J / (kg · K) Básico

4 Haga clic con el Componente 1> Materiales> Material de 1 y seleccione Renombrar.

5 Irse a el Renombrar Materiales diálogo caja y escribe Pollo Carne en el Nueva

nombre campo de edición.

6 Haga clic en Aceptar.

T R UN SPO R T O F D YO L U TED SPE C IE S

1 En el Transporte de Diluido Especies ajustes ventana, localizar el Transporte Mecanismos

sección.

2 Desactive la comprobación de convección cuadro.

Difusión1 En el Modelo Constructor ventana, expandir el Transporte de Diluido Especies

nodo, después clicDifusión.

2 En la ventana de configuración de difusión, busque la Difusión sección.

3 En el campo de edición D c, tipo D.

Los valores iniciales 11 En el Modelo Constructor ventana, bajo Componente 1> Transporte de Diluido Especies clicLos valores iniciales 1.

2 En la ventana de configuración de los valores iniciales, busque los valores

iniciales sección.

3 En el c editar el campo, el tipo c0.

Flux 11 En la barra de Física, haga clic en Límites y seleccione Flux.

2 Seleccione Límites 3 y 4 solamente.

3 En la ventana de ajustes Flux, busque el Interior Flux sección.

4 Seleccione el cheque Especies c cuadro.

5 En la lista Tipo de Flux, elija forzado externo convección.

6 En el k c, c campo de edición, tipo k_c.

7 En el c b, c campo de edición, tipo c_b.

ÉL LA T T R UN SF ER EN SO LI DS

Los valores iniciales 1

1 En la ventana Model Builder, expanda el nodo de transferencia de calor en

los sólidos, entonces clicLos valores iniciales 1.

2 En la ventana de configuración de los valores iniciales, busque los valores

iniciales sección.

3 En el T de edición de campo, el tipo T0.

Heat Flux 11 En la barra de Física, haga clic en Límites y selecciona Heat Flux.

2 Seleccione Límite 3 solamente.

3 En la ventana de configuración de flujo de calor, busque el flujo de

calor sección.

4 En el campo de edición q 0, el tipo D_m * lda * cz + h_T * (T_air-T).

Heat Flux 21 En la barra de Física, haga clic en Límites y selecciona Heat Flux.

2 Seleccione Límite 4 solamente.

3 En la ventana de configuración de flujo de calor, busque el flujo de

calor sección.

4 En el campo de edición q 0, el tipo D_m * lda * cr + h_T * (T_air-T).

Nota, ese el las variables cz y cr representar el gradiente de concentración componentes c z y c r, respectivamente.

Porque, en esta modelo, el concentración es consecuentemente expresado en masa por

unidad de volumen, puede ignorar la advertencia relacionada unidad se muestra en la edición de flujo campos.

ME SH 1

Triangular gratuito 1En el Modelo Constructor ventana, bajo Componente 1 botón derecho del ratón

Malla 1 y escoger Triangular gratuito.

Tamaño 11 En el Modelo Constructor ventana, en el Componente 1> Mesh 1 haga clic derecho gratuito Triangular 1 y seleccione Tamaño.

2 En la ventana de configuración de tamaño, localizar el geométrica Entidad

Selección sección.

3 En la lista de nivel de entidad geométrica, seleccione Límites.

4 Seleccione Límites 3 y 4 solamente.

5 Busque la sección Tamaño de Elemento.Haga clic en el encargo botón.

6 Busque la sección Parámetros de tamaño del elemento.Seleccione el

tamaño máximo de elemento casilla de verificación.

7 En la edición de campo, tipo asociado 0.1.

8 Haga clic en el Build All botón.

ST HNE 1

Paso 1: Hora Dependiente

1 En el Modelo Constructor ventana, expandir el Estudiar 1 nodo, después

clic Paso 1: Tiempo Dependiente.

2 En la ventana de ajustes en función del tiempo, busque la configuración de Estudio sección.

3 En el Times campo de edición, tipo rango (0,10,900).

4 En la barra de inicio, haga clic Calcule.

L OS RESU L TA DOS T S

Concentración (CHDS)Las dos primeras parcelas defecto visualizar el contenido de la mezcla en la etapa última vez en 2D (compárese con la Figura 6) y 3D.

El tercero de trazado por defecto muestra la temperatura en 3D, y el último gráfico muestra los contornos en isotérmicas 2D.

Para trazar la temperatura en el centro de la hamburguesa (Figura 4), siga los pasos dada a continuación.

1D Plot Grupo 51 En la barra de inicio, haga clic en Agregar Parcela Grupo y seleccione Terreno 1D

Group.

2 En la barra de herramientas grupo parcela 1D, haga clic en Punto Gráfico.

3 Seleccionar Punto 1 solamente.

4 En la ventana de ajustes Punto Gráfico, localizar los datos del eje y sección.

5 Haga clic en Temperatura (T) en el superior derecha esquina de el sección. Localizar el y-

Axis Datos

sección. De el Unidad lista, escoger degC.

6 En la barra de herramientas grupo parcela 1D, haga clic en Terreno.

7 En la ventana Model Builder, haga clic 1D Plot Grupo 5 y seleccione Renombrar.

8 Irse a el Renombrar 1D Gráfico Grupo diálogo caja y escribe Temperatura

perfil frente al tiempo en el nombre Nueva edición campo.


Se necesita 840 s para llegar a una temperatura de 70 ° C en el centro. Trazar la

temperatura y humedad distribuciones en la hamburguesa para el valor de tiempo de 840 s (Figura 5 y la figura 6).

Grupo Plot 2D 61 En la barra de inicio, haga clic en Agregar Parcela Grupo y seleccione Plot 2D Group.

2 En la ventana de configuración 2D Parcela Grupo, busque los Datos sección.

3 En la lista Hora (s), seleccione 840.

4 Haga clic con Resultados> Grupo Plot 2D 6 y elegir Superficie.

5 En la ventana de configuración de superficie, busque la Expresión sección.

6 Haga clic en Temperatura (T) en el superior derecha esquina de el sección. Localizar el Expresión

sección. De el Unidad lista, escoger degC.

7 Localizar el Colorear y Estilo sección. De el Color mesa lista, escoger ThermalLight.


9 Haga clic en el botón Zoom a extensión de los gráficos barra de herramientas.

10 En la ventana Model Builder, haga clic en Grupo Plot 2D 6 y seleccione Renombrar.

11 Irse a el Renombrar 2D Gráfico Grupo diálogo caja y escribe Temperatura, 2D

en el Nueva edición de nombres campo.


Concentración (CHDS)1 En la ventana de configuración 2D Parcela Grupo, busque los Datos sección.


3 En la barra de herramientas grupo

parcela 2D, haga clic en Terreno.Ahora,

calcular la cocina rendimiento.

Derivado Valores1 En el Resultados barra de herramientas, clic Más Datos Juegos y escoger Evaluación> Normal.

2 En la barra de resultados, haga clic en Global Evaluación.

3 En la ventana de configuración de Evaluación Global, busque los Datos sección.

4 En la lista Conjunto de datos, seleccione Normal 1.

5 En la lista de selección de tiempo, elija Desde lista.

6 En la lista Times (s), seleccione 840.

7 Busque la sección Expresión.En el campo Expresión de edición, tipo c / c0.

8 Seleccione la descripción de verificación cuadro.

9 En el campo de edición asociada, tipo de cocina rendimiento.

10 Haga clic en el Evaluar botón.

TA B L EPara estudiar el evolución de el temperatura y el humedad en el empanada para la alcance

del horno temperaturas, usar el paramétrico solucionador.

ST HNE 1

Paramétrico Barrido

1 En la barra de herramientas de estudio, haga clic en Extensión Pasos y

selecciona paramétrico Barrido.

2 En la ventana de configuración de barrido paramétrico, localice la configuración

de Estudio sección.

3 Haga clic en Agregar.


Parámetro nombres

Parámetro valor lista

T_air rango (135,42,219) [degC]

5 En la barra de inicio, haga clic Calcule.

L OS RESU L TA DOS T S

Concentración (CHDS) 1

Examine el aumento de temperatura en el medio de la empanada para los diferentes

temperatura del horno los valores.

Perfil de temperatura vs hora1 En el Modelo Constructor ventana, debajo Resultados clic Temperatura perfil vs tiempo.

2 En la ventana de ajustes 1D Plot Grupo, busque los Datos sección.

3 En la lista Conjunto de datos, seleccione Solución 2.

4 En el Modelo Constructor ventana, expandir el Temperatura perfil vs hora nodo, después clicPunto Gráfico 1.

5 En la ventana de ajustes Punto Gráfico, localizar el eje X de Datos sección.

6 Desde la lista de datos de origen Eje, elija Interior soluciones.

7 Haga clic para ampliar la sección Leyendas.Seleccione la opción Mostrar leyendas de verificación cuadro.

8 En la lista de leyendas, elija Manual.


Leyendas

T_air

= 135 grados C T_air = 177

grados C T_air = 219 grados C

10 En la barra de herramientas grupo parcela 1D, haga clic

en Terreno.

Siga estas pasos a ver el temperatura distribución dentro el empanada

para el horno de temperatura 219 ° C. Comparar la parcela resultante con que, en la figura 7.

Temperatura, 2D1 En el Modelo Constructor ventana, bajo Resultados clic Temperatura, 2D.

2 En la ventana de configuración 2D Parcela Grupo, busque los Datos sección.




6 Haga clic en el botón Zoom a extensión de los gráficos

barra de herramientas.Por último, calcular la cocina

rendimiento.

Datos Juegos1 En el Modelo Constructor ventana, expandir el Resultados> Datos Juegos

nodo, después clic Normal 1.

2 En la ventana de ajustes Media, busque los Datos sección.


Derivado Valores1 En el Modelo Constructor ventana, expandir el Resultados> Derivados Valores nodo, después clicGlobal Evaluación 1.

2 En la ventana de configuración de Evaluación Global, busque los Datos sección.

3 Desde la selección de parámetros (T_air) lista, seleccione Última.

4 En la lista de selección de tiempo, elija Interpolada.

5 En el Times (s) campo de edición, tipo 370.

6 En la lista de columnas de tabla, seleccione T_air.

7 Botón derecho del ratón Resultados> Derivados Valores> Global

Evaluación 1 y escoger Evaluar> Nueva tabla.

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