Justification of Optimal Modes of Ultrasonic Action on the Aqueous Suspension of Black Mulberry Fruit Pomace

Abstract

При ультразвуковом (УЗ) облучении растительного сырья происходит рост температуры, и при выходе ее значений за пороговые возрастает вероятность деструкции антоцианов и утраты необходимых потребительских показателей сырья. Поскольку экспериментальное определение изменения температурного поля в частице водной суспензии практически невозможно, проведен численный эксперимент с использованием адаптированной математической модели переноса тепловой энергии и вещества в объекте исследования – суспензии выжимок плодов черной шелковицы при определенных краевых условиях. Для оценки адекватности решения модели переноса тепловой энергии, которая построена для усредненной частицы, выполнена серия опытов для нахождения изменения температуры в зависимости от продолжительности УЗ-воздействия на суспензию. Исследования осуществляли на лабораторном стенде с использованием программного продукта ThermoChart. Уравнение переноса тепловой энергии решено методом конечных разностей. Найденное распределение температуры по объему частицы показывает, что продолжительность УЗ-воздействия не должна превышать 9 мин. Построенная и адаптированная к объекту исследования модель переноса тепловой энергии является адекватной и может применяться для инженерно-технических расчетов установок с ультразвуковой обработкой сырья. With ultrasonic (US) irradiation of plant raw materials the temperature increases, and when its values exceed the threshold the probability of destruction of anthocyanins and loss of the necessary consumer indicators of raw materials increases. Since it is practically impossible to determine experimentally the change in the temperature field in a water suspension particle, a numerical experiment using an adapted mathematical model of heat energy and substance transfer in the object of study – a suspension of black mulberry fruit pomace under certain boundary conditions was carried out. To assess the adequacy of the solution of the thermal energy transfer model, which is constructed for an average particle, a series of experiments to find the temperature change depending on the duration of US-action on the suspension was performed. The research was carried out on a laboratory stand using the ThermoChart software product. The thermal energy transfer equation was solved using a numerical finite difference method. The found temperature distribution over the particle volume shows that the duration of US-action should not exceed 9 min. The model of heat energy transfer constructed and adapted to the object of research is adequate and can be used for engineering calculations of installations with US-processing of raw materials.