Высокочастотные и сверхвысокочастотные методы нагрева. Диэлектрические потери

Дисперсия электрофизических свойств в переменных электрических полях

Электрофизические свойства характеризуют поведение продуктов в электромагнитном поле.

К электрофизическим характеристикам относят диэлектрическую проницаемость, электропроводность и др.

Известно, что пищевые продукты представляют собой гетерогенные смеси, содержащие воду. Такие компоненты пищевых продуктов, как белки, жиры, углеводы, вода, относятся к разряду диэлектриков, а водные растворы солей — электролиты — к разряду проводников.

На электрофизические характеристики пищевых продуктов влияют температура, влажность, плотность и другие факторы.

Диэлектрическую проницаемость учитывают при обработке пищевых продуктов токами ВЧ и СВЧ, ИК-излучением.

Электропроводность — способность веществ проводить электрический ток. Она тесно связана с влажностью продукта и с увеличением последней возрастает. На измерении электропроводности основано определение влажности многих пищевых продуктов — муки, сахара-песка, зерна и др., а также титруемой кислотности темноокрашенных продуктов - вин, соков и др.

Особенностью всего комплекса электрофизических методов обработки пищевых продуктов является взаимодействие электромагнитного поля со структурой и веществом продукта. Основное внимание уделяется таким электрофизическим характеристикам поля, как: плотность тока проводимости (d); магнитная проницаемость (m); абсолютная диэлектрическая проницаемость (e); проводимость (s).

Еще одной важной характеристикой поля является длина волны (l, м), связанная с частотой (f, Гц) формулой:

где С - скорость света в вакууме (3×10^-8 м/с); для воздуха e = m = 1.

Высокочастотные и сверхвысокочастотные методы нагрева. Диэлектрические потери

Высокочастотный нагрев пищевых продуктов — прогрессив­ный технический прием, позволяющий интенсифицировать тер­мические процессы. Существенный технологический результат при использова­нии токов высокой частоты можно получить для ряда процес­сов.

Сушка. Характерная особенность высокочастотной суш­ки состоит в том, что удельная мощность рассеивания в материа­ле, зависит от его электрофизических параметров, которые в свою очередь зависят от влажности и других факторов. По мере высушивания материала влажность уменьшается, при этом фак­тор диэлектрических потерь уменьшается и соответственно уменьшается выделяемая энергия.

Для сушки в поле токов высокой частоты характерна высо­кая скорость подвода тепла, а следовательно, и интенсивность парообразования в продукте. При этом скорость парообра­зования превышает скорость его переноса, что приводит к возникновению градиента да­вления. При высокочастотной сушке перенос вещества осуществляется не только за счет градиентов влажности и температуры, но и за счет градиента давления при наличии внутренних источников тепла. Этим от­личается механизм переноса тепла и массы при высокочастот­ном нагреве от обычного метода.

Высокочастотная сушка продуктов целесообразна под ваку­умом, так как в этом случае процесс протекает при невысоких температурах (12—20° С), что позволяет получать продукт вы­сокого качества.

К основным особенностям поля СВЧ следует отнести: способность проникать на значительную глубину внутрь образца; независимость длительности нагрева до задан­ной температуры от объема и формы изделий; отсутствие контакта обрабатываемого изделия с теплоносителем; высокий к. п. д. преобразования энергии в тепло, выделяемое в нагреваемом объекте.

При СВЧ-нагреве возможно сконцентрировать весьма высо­кие энергии в небольших объемах материала, при этом, варьи­руя геометрией и напряженностью электрического поля, можно создать условия, при которых температура в центре изделия будет значительно выше, чем на его поверхности,. Это позволяет по-новому организовать и интенсифицировать технологические процессы, а в ряде случаев создать новые процессы, невозмож­ные при использовании традиционных методов.

Диэлектрическими потерями называют электрическую мощность, затрачиваемую на нагрев диэлектрика, находящегося в электрическом поле.

Потери энергии в диэлектриках наблюдаются как при переменном, так и при постоянном напряжениях, поскольку в технических материалах обнаруживается сквозной ток утечки, обусловленный электропроводностью. При постоянном напряжении, когда нет периодической поляризации, качество материала характеризуется значениями удельных объёмного и поверхностного сопротивлений.

При воздействии переменного напряжения на диэлектрик в нём, кроме сквозной электропроводности, могут проявляться другие механизмы превращения электрической энергии в тепловую. Поэтому качество материала недостаточно характеризовать только сопротивлением изоляции.