Xác định tính chất nhiệt vật lý và thời gian cấp đông mực ống (Loligo chinensis) bằng phương pháp giải tích

HUAF JOURNAL OF AGRICULTURAL SCIENCE & TECHNOLOGY ISSN 2588-1256 Vol. 3(3) – 2019: 1490-1499<br /> <br /> <br /> <br /> XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT NHIỆT VẬT LÝ VÀ THỜI GIAN CẤP ĐÔNG MỰC ỐNG<br /> (Loligo chinensis) BẰNG PHƯƠNG PHÁP GIẢI TÍCH<br /> <br /> Hoàng Minh Tuấn<br /> <br /> Tác giả liên hệ: TÓM TẮT<br /> Hoàng Minh Tuấn Bài báo này trình bày một mô hình giải tích đơn giản để tính toán<br /> Email: tính chất nhiệt vật lý và thời gian cấp đông mực ống bằng hai biên<br /> đối lưu không đối xứng. Mô hình này dựa vào phương trình cân bằng<br /> hmtuan@hueic.edu.vn<br /> nhiệt tức thời của vật cho các giai đoạn chuyển pha với quá trình truyền<br /> Trường Cao đẳng Công nghiệp nhiệt không ổn định trong giai đoạn làm lạnh, chuyển pha và quá lạnh.<br /> Huế Phương pháp này cho kết quả khá chính xác so các phương pháp đã có<br /> Nhận bài: 03/03/2019 từ trước đến nay, kể cả phương pháp sai phân và phần tử hữu hạn. Nhờ<br /> Chấp nhận bài: 07/04/2019 các phép tính này dễ dàng lập trình trên máy tính, cho phép dự đoán<br /> đơn giản, nhanh chóng và chính xác thời gian cấp đông thực phẩm. Kết<br /> Từ khóa: Hình dạng bất kỳ, Không quả nghiên cứu chứng minh thời gian cấp đông của phương pháp<br /> đối xứng, Thời gian cấp đông, Thực này so với thực nghiệm và các phương pháp số không quá 10%.<br /> phẩm, Truyền nhiệt không ổn định<br /> <br /> <br /> 1. MỞ ĐẦU triển từ phương trình của Plank (1941). Hạn<br /> Mực ống là động vật thuộc ngành chế của phương pháp này là coi nhiệt độ ban<br /> thân mềm của lớp nhuyễn thể chân đầu, có đầu của vật bằng nhiệt độ điểm đông, tính<br /> giá trị dinh dưỡng và kinh tế cao. Tuy nhiên, chất nhiệt vật lý không thay đổi, dẫn nhiệt<br /> do đặc tính cấu tạo của cơ thể nên mực ống trong lớp băng là ổn định, không tách riêng<br /> rất dễ bị hư hỏng ngay sau khi đánh bắt. Để quá trình chuyển pha đẳng nhiệt khỏi hai<br /> duy trì được chất lượng của mực tươi, bảo quá trình đơn pha có nhiệt độ giảm.<br /> quản mực bằng cách đông lạnh là phương Các phương pháp khác của Nagaoka<br /> pháp được sử dụng phổ biến và có hiệu quả. và cs. (1955), Cleland và Earle (1977a,<br /> Đối với quá trình đông lạnh thực 1977b và 1982) đã được đề xuất để điều<br /> phẩm, tính chất nhiệt vật lý quyết định đến chỉnh phương trình Plank (1941). Ngoài ra,<br /> sự vận chuyển năng lượng, lưu trữ năng Mascheroni và Calvel (1982), De Michelis<br /> lượng và chuyển pha trong thực phẩm. Đối và Calveo (1983), Castaigne (1985b) và<br /> với kỹ thuật đông lạnh, tính chất nhiệt vật lý Pham (2014) đã kết hợp với phương trình cân<br /> của thực phẩm được sử dụng để ước tính tốc bằng nhiệt với phương trình Plank để cải tiến<br /> độ truyền nhiệt và để tính toán tải nhiệt việc tính toán thời gian cấp đông. Ví dụ,<br /> trong các quá trình như đóng băng và tan Mascheroni và Calvelo (1982) đã đề xuất<br /> băng. Trong đó, tính toán thời gian cấp đông một phương pháp tính toán thời gian cấp<br /> là yếu tố quan trọng quyết định đến chất đông thực phẩm với điều kiện biên loại ba<br /> lượng thực phẩm. Để giải được bằng giải đối xứng. Phương pháp này khá chính xác.<br /> tích, người ta phải có nhiều giả thiết để đơn Thời gian đóng băng là tổng của thời gian<br /> giản hóa bài toán nên hiện nay chưa có một làm lạnh, chuyển pha và quá lạnh. Thời gian<br /> phương pháp giải nào đủ độ tin cậy và chính chuyển pha sử dụng phương trình Plank<br /> xác. Hầu hết các phương pháp giải tích để (1941) để tính toán. Tuy nhiên, phương<br /> tính toán thời gian đóng băng được phát pháp này sử dụng đồ thị trong quá trình tính<br /> <br /> 1490 Hoàng Minh Tuấn<br /> TẠP CHÍ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ NÔNG NGHIỆP ISSN 2588-1256 Tập 3(3) – 2019:1490-1499<br /> <br /> <br /> toán, có thể mắc phải sai số của các đồ thị. thuyết về truyền nhiệt.<br /> Trong khuôn khổ bài báo này, chúng - Phương pháp thực nghiệm:<br /> tôi đề xuất phương pháp mới xác định tính + Vật ẩm là mực ống có các thông số<br /> chất nhiệt vật lý và thời gian đóng băng cho vật lý như bảng 3;<br /> mực ống với biên đối lưu không đối xứng.<br /> + Thiết bị đo gồm: nhiệt kế Thermo<br /> Đây là bài toán cơ sở để xác định thời gian<br /> Scientific với độ chính xác 0,1oC và máy đo<br /> cấp đông cho thực phẩm có hình dạng khác<br /> tốc độ gió Prova AVM 03 sai số;<br /> nhau và có thể ứng dụng vào trong sản xuất.<br /> + Hệ thống lạnh: tủ đông gió tại<br /> 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU<br /> Xưởng thực hành của Khoa Nhiệt lạnh -<br /> - Phương pháp giải tích: dựa trên các Xây dựng, Trường Cao đẳng Công nghiệp<br /> tính chất nhiệt vật lý của thực phẩm và lý Huế.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1. Đo chiều dài và độ dày của mực ống Hình 2. Đo nhiệt độ ban đầu và tâm của thực<br /> phẩm<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 3. Thiết bị đo tốc độ gió Hình 4. Phần mềm tối ưu hóa chế độ làm việc tủ<br /> đông gió<br /> 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU phẩm được xác định bởi công thức<br /> 3.1. Tính toán tính chất nhiệt vật lý của (Cleland, 2012): t 0   1,8  W,  o C  (2)<br /> thực phẩm<br /> 3.1.2. Hàm lượng băng<br /> Tính chất nhiệt vật lý của thực phẩm<br /> Hàm lượng băng được tính bởi biểu thức:<br /> được xác định khá chính xác với thực tế<br />  t <br /> bằng mối quan hệ đơn giản nếu biết được I   W  0, 25S   1  0  (3)<br />  20 <br /> thành phần khối lượng nước, chất béo và rắn<br /> trong thực phẩm (Cleland và cs., 2010): Trong đó I là hàm lượng băng khi đông<br /> W  F  S  1 (1) lạnh hoàn toàn (Lovatt, 2009).<br /> Ở đây W là thành phần khối lượng 3.1.3. Khối lượng riêng<br /> nước, F là thành phần khối lượng chất béo, Khối lượng riêng thực phẩm phụ thuộc<br /> S là thành phần khối lượng chất rắn. vào vật ẩm đó đã đóng băng hay chưa. Tuy<br /> nhiên, nó thay đổi khá nhỏ nên có thể xác<br /> định bởi giá trị trung bình (Cleland, 2012):<br /> 1<br /> 3.1.1. Nhiệt độ bắt đầu đóng băng  ,  kg / m3  (4)<br /> W S F <br />  <br /> Nhiệt độ bắt đầu đóng băng của thực 1000 1300 850<br /> <br /> <br /> http://tapchi.huaf.edu.vn/ 1491<br /> HUAF JOURNAL OF AGRICULTURAL SCIENCE & TECHNOLOGY ISSN 2588-1256 Vol. 3(3) – 2019: 1490-1499<br /> <br /> <br /> 3.1.4. Hệ số dẫn nhiệt cs  4180 W I 1940I 1400S1900F, J / kgK (8)<br /> Đối với thực phẩm chưa đóng băng 3.2. Phát biểu bài toán cấp đông thực<br /> (Lovatt, 2009): phẩm và các giả thuyết nghiên cứu<br />  W S F  (5)<br /> l       ,  W / mK  3.2.1. Phát biểu bài toán<br />  1695 5306 4722 <br /> Xét thực phẩm dạng tấm phẳng rộng vô<br /> Đối với thực phẩm đóng băng (Lovatt,<br /> hạn có chiều dày 2 như hình 5. Khối lượng<br /> 2009):<br /> riêng và nhiệt dung riêng pha ẩm và pha rắn<br />  4,8  k p  2  2,4  k p  C  là  l , c l và s , cs . Thực phẩm có độ ẩm  ,<br /> s  2,4   ,  W / mK (6)<br />  4,8  k p   2,4  k p  C  hệ số dẫn nhiệt pha ẩm  l và rắn s , nhiệt độ<br /> Với C, kp là các hệ số và được xác định ban đầu t i , nhiệt độ bắt đầu đóng băng t 0 ,<br /> cụ thể bởi (Cleland, 2012). nhiệt hóa rắn pha ẩm rc và nhiệt độ lớn nhất<br /> 3.1.5. Nhiệt dung riêng của vật đạt được sau khi cấp đông t c bằng<br /> Đối với thực phẩm chưa đóng băng cách cho vật tiếp xúc với hai môi trường có<br /> (Cleland và cs., 2010): nhiệt độ t f 1  t f 2  t c  t 0  t i .<br /> cl  4180W  1400S  1900F,  J / kgK (7) Cần tính thời gian cấp đông  theo các<br /> thông số của bài toán.<br /> Đối với thực phẩm đóng băng<br /> (Cleland và cs., 2010)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 5. Phân bố t(x,) trong vật trong quá trình đóng băng và quá lạnh<br /> 3.2.2. Giả thiết nghiên cứu: rắn t = t0 = const và tỏa ra lượng nhiệt bằng<br /> 1. Tại mỗi thời điểm  coi nhiệt độ t nhiệt hóa rắn r.<br /> () trong vật đơn pha (ẩm hoặc băng) là 3.3. Tính toán thời gian cấp đông<br /> phân bố đều trong thể tích của vật. 3.3.1. Tính thời gian làm lạnh vật ẩm 1<br /> 2. Các thông số vật lý ,c,  của vật Thời gian làm lạnh vật ẩm 1 từ nhiệt<br /> ẩm hoặc băng là không đổi và phân bố đều độ ban đầu ti đến nhiệt độ bắt đầu hóa rắn t0<br /> trong vật. được tính theo phương trình cân bằng nhiệt<br /> 3. Quá trình đóng băng là quá trình lúc  cho V  2f sau thời gian vô cùng bé<br /> chuyển pha từ lỏng sang rắn của các thành d khi nhiệt độ giảm một lượng dt là<br /> phần ẩm  trong thực phẩm ở nhiệt độ hóa du  Q k1  Qk 2 hay:<br /> <br /> <br /> 1492 Hoàng Minh Tuấn<br /> TẠP CHÍ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ NÔNG NGHIỆP ISSN 2588-1256 Tập 3(3) – 2019:1490-1499<br /> <br /> <br /> 2flcl (dt)   k1f(t  tf1)  k2f(t  tf 2 ) d (9) 2l  t 0  t f1   2l l<br /> x()    ,  m<br /> r 12 1<br />  dt  k 1  k2 k t  k2tf 2<br /> t  1 f1<br /> d 2c l 2cl<br /> <br />  t ( )  t m1  (t i  t m1 ).e  a<br />  x()  A1  x12  x1,  m (14)<br /> <br /> Trong đó: Trong đó:<br /> k1  k 2 2 l  t 0  t f1  <br /> a<br /> b k t k t<br /> , s 1  t   1 f1 2 f 2 ,  K A1  ,  m 2s 1  , x1  l ,  m <br />  <br /> 2c l   m1 a k1  k 2 r 1<br /> <br /> 2cl t t + Vận tốc đóng băng là vận tốc<br />  1  ln i m1 , s (10)<br /> k1  k 2 t 0  t m1 chuyển động của mặt băng ra xa môi trường<br /> 1<br /> lạnh:<br /> Với k1     1  ,  W  , dx A1 A1<br />  2  v   ,  ms 1 <br />  2 l 1   m K <br />   1   W <br /> 1<br /> d 2  x()  x1  2<br />  A1.  x12   <br /> <br /> k2     , 2 <br />  2 l  2   m K  (15)<br /> <br /> Khi t f1  t f 2  t f và 1   2 đây là Biểu thức (15) cho biết vận tốc đóng<br /> bài toán cấp đông với hai biên đối lưu đối băng tỷ lệ nghịch với  .<br /> xứng, thời gian 1 được tính bằng công + Gia tốc đóng băng (hay gia tốc của<br /> thức: mặt băng) là:<br /> cl t i  t f dv dv dx A12<br /> 1dx  ln , s (11) a   ,  ms2  (16)<br /> k t 0  tf 3  <br /> dt dx d  2<br /> 4 A1  x1<br />  <br /> 3.3.2. Tính thời gian chuyển pha 2<br /> Biểu thức (16) cho biết gia tốc đóng<br /> a. Tính thời gian chuyển pha mặt tiếp<br /> băng giảm khi x và  tăng.<br /> xúc ( t f1 và 1 ) với x  0  x K  là  21 :<br /> b. Tính thời gian chuyển pha mặt tiếp xúc (<br /> Gọi x là độ dày lớp băng đã tạo ra t f 2 và 2 ) với y  0  yK  là  2 2 :<br /> trước thời điểm  , dx là độ dày lớp băng<br /> mới tạo ra sau thời gian vô cùng bé d .<br /> Phương trình cân bằng nhiệt là: Thiết lập tương tự như mục 2.3.2.a ta<br /> t 0  t f1<br /> có các biểu thức của luật đóng băng, vận tốc<br /> r f dx  fd ,  J  (12) và gia tốc đóng băng như sau:<br /> x 1 <br />   <br />  l 1  y()  A 2   x 22  x 2 ,  m  (17)<br /> + Luật đóng băng (x) , là dạng tích dy A2<br /> v  ,  ms 1  (18)<br /> phân của phương trình (12):<br />  x<br /> d 2<br />  A2   x 22   <br /> <br />  r  x 1 <br />  d  <br />    dx<br /> t 0  t f1  l 1  a<br /> dv dv dy<br /> <br /> dt dy d<br /> <br /> A22<br /> ,  ms2  (19)<br /> 3  <br /> 0 0  2<br /> 4 A2  x 2<br />  <br />  (x) <br /> r  2 2l x <br /> x   , s  (13)<br /> 2l  t 0  t f1   1  2 l  t 0  t f 2  <br /> Với: A 2  ,  m 2 s 1  , x 2  l ,  m <br /> r   2<br /> Hàm ngược của (x) cũng gọi là<br /> luật đóng băng, có dạng: c. Tính thời gian chuyển pha 2<br /> Vì sau thời gian 2 , hai mặt băng tiến<br /> <br /> http://tapchi.huaf.edu.vn/ 1493<br /> HUAF JOURNAL OF AGRICULTURAL SCIENCE & TECHNOLOGY ISSN 2588-1256 Vol. 3(3) – 2019: 1490-1499<br /> <br /> <br /> sát nhau, làm cho toàn bộ bề dày 2 của<br /> thực phẩm được đóng băng hoàn toàn, nên (25)<br /> ta có x( 2 )  y(  2 )  2 , hay là: Với:<br /> 1 1<br /> A12  x12  x1  A2 2  x 22  x 2  2 (20) x 1  W  y 1  W <br /> k1   k   ,  2  và k2   k   ,  2 <br /> <br />  s 1  m K  <br />  s 2 m K<br /> Phương trình (21) sau phép biến đổi<br /> 2 2<br /> tương đương có dạng: t m2   k i .t fi /  k i ,  K <br /> i 1 i 1<br /> a1  22  b1 2  c1  0 (21)<br /> Trong trường hợp cấp đông với hai<br /> Với: biên đối lưu đối xứng ( t f1  t f 2  t f và<br /> a1  (A1  A2 )2 , m4s2  , B  x12  x 22  2 , m2  1  2 ) thì:<br />    <br /> b1  2B A1  A2   4A1x22  4x12A2 , m4s1  cs t 0  t f<br />   3dx  ln , s  (26)<br /> k t c  tf<br /> Ở đây:<br /> 3.5. Hệ số hình học quy đổi của vật ẩm<br />   2 x1  x2 , m , c1  4.x12.x22  B2 , m4 <br />   Cleland và Earle (1982) đã tính toán<br /> Nghiệm của phương trình (21) là thời gian đông lạnh cho thực phẩm có hình<br /> b1 1 dạng phi tiêu chuẩn như sau:<br /> 2   b12  4a1c1 , s <br /> 2a1 2a1 <br /> ptc  , s (27)<br /> E<br />  x K  x(2 )  A12  x12  x1 ,  m<br /> Với tp là thời gian cấp đông cho sản<br /> và yK  y(2 )  A2 2  x 22  x 2 ,  m phẩm có hình dạng tấm phẳng rộng vô hạn<br /> và E là kích thước truyền nhiệt tương<br /> Khi cấp đông với hai biên đối lưu đối<br /> đương.<br /> xứng ( t f1  t f 2 và 1   2 ) thì:<br /> 3.5.1. Hệ số hình học quy đổi cho vật ẩm có<br />  r  2  dạng hộp, thanh chữ nhật dài vô hạn, trụ<br />  2dx     , s  (22)<br />  t0  tf   2. l   hữu hạn, tấm phẳng rộng vô hạn, trụ dài vô<br /> hạn và cầu.<br /> 3.4. Tính thời gian quá lạnh băng 3<br /> Cleland và cs. (2010) đã xây dựng<br /> Phương trình cân bằng nhiệt cho khối biểu thức tổng quát để xác định E như sau:<br /> băng V  2f đang quá lạnh lúc  sau d là<br /> E  G1  G 2 E1  G 3 E 2 (28)<br /> du  Qk1  Qk2 hay:<br /> X  2,32    2,32  0,73<br /> 2fcs (dt)   k1(t  tf1 )f  k2 (t  tf 2 )f  d (23) E1    1 X 1,77  2,50 ;<br /> 1  1,77<br /> 1  <br />      <br />  1  1<br /> dt k1  k 2 k t  k2tf 2<br />   t  1 f1<br /> d  2  c s 2c s X  2,32    2,32  0,50<br /> E2   1,77  1X 1,77  3,69 ,<br /> 2  1      <br />  1  1<br />  t     t m2   t 0  t m2  e a (24) <br /> <br /> 2cs t 0  t m2<br />  3  ln ,  s<br /> k1  k 2 t c  t m2<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 1494 Hoàng Minh Tuấn<br /> TẠP CHÍ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ NÔNG NGHIỆP ISSN 2588-1256 Tập 3(3) – 2019:1490-1499<br /> <br /> <br /> <br />  <br /> X  x   x / Bi1,34  x , Bi  R /  ,<br /> 1  D2 / D1 , 2  D3 / D1<br /> Trong đó R là bán kính hoặc một<br /> nữa kích thước nhỏ nhất của sản phẩm; D1,<br /> D2 và D3 là kích thước ngắn nhất, thứ hai<br /> và dài nhất của sản phẩm; G1, G2, G3 là các<br /> hằng số hình học được xác định theo bảng<br /> 1. Hình 6. Xác định kích thước sản phẩm<br /> <br /> Bảng 1. Hằng số hình học cho tính toán E (Cleland và cs., 2010, 2012)<br /> Hình dạng G1 G2 G3<br /> Hộp (β1 > 1, β2 > β1) 1 1 1<br /> Thanh chữ nhật dài vô hạn (β1 > 1, β2 = ) 1 1 0<br /> Trụ hữu hạn D > H (β1 = β2, β1 ≥ 1) 1 2 0<br /> Trụ hữu hạn D < H (β1 = 1, β2 ≥ 1) 2 0 1<br /> Tấm phẳng rộng vô hạn (β1 = β2 = ) 1 0 0<br /> Trụ dài vô hạn (β1 = 1, β2 = ) 2 0 0<br /> Cầu (β1 = β2 = 1) 3 0 0<br /> Hai chiều bất kỳ (β1 >1, β2 = ) 1 1 0<br /> Ba chiều bất kỳ (β1 >1, β2 > β1) 1 1 1<br /> <br /> <br /> 3.5.2. Hệ số hình học quy đổi cho vật ẩm không xác định ba chiều, A1 là diện tích mặt<br /> có dạng trụ elip cắt ngang nhỏ nhất, A2 là diện tích mặt cắt<br /> ngang trực giao với bán kính nhỏ nhất.<br /> Pham và cs. (2014) xác định gần<br /> như chính xác khi:   D3 / D1  10 là: 3.6. Khảo sát bài toán cấp đông thực<br /> phẩm và so sánh kết quả với các phương<br />  <br /> E  1  1  2 / Bi  /  2  2 / Bi (30) pháp khác<br /> 3.6.1. Xác định hệ số tỏa nhiệt bề mặt <br /> 3.5.3. Hệ số hình học quy đổi cho vật ẩm có<br /> dạng ellipsoid Hệ số tỏa nhiệt bề mặt giữa thực<br /> phẩm và không khí làm lạnh đối với vật ẩm<br /> Pham và cs. (2014) đã đề xuất công không bao gói có thể xác định bằng công<br /> thức tính dựa trên mối quan hệ giữa thức (Cleland, 2012):<br /> ellipsoid và bán kính R x Rβ1 x Rβ2:<br /> <br />    <br /> p<br /> E  1  AR / Vs 1 / 11 21  1q 2q (31)<br />  <br /> 3.5.4. Hệ số hình học quy đổi cho vật ẩm có<br /> dạng không xác định<br /> Cleland và cs. (2010) đề nghị dùng<br /> biểu thức (30) với:<br /> 1  A1 / R 2 và 2  A2 / R 2 (33)<br /> <br /> Ở đây A1, A2 là diện tích mặt cắt Hình 7. Vị trí xác định diện tích mặt cắt<br /> ngang được xác định như hình sau: với ngang A1 và A2 (Pham, 2014)<br /> những vật hình dạng không xác định hai<br /> chiều, A1 là diện tích mặt cắt ngang và R là<br /> bán kính nhỏ nhất; với những vật hình dạng<br /> <br /> <br /> http://tapchi.huaf.edu.vn/ 1495<br /> HUAF JOURNAL OF AGRICULTURAL SCIENCE & TECHNOLOGY ISSN 2588-1256 Vol. 3(3) – 2019: 1490-1499<br /> <br /> <br /> +Thực phẩm có dạng phẳng bằng tủ đông gió. Nhiệt độ ban đầu của mực<br />   7,3v0,8  2  ống ti = 25,1oC, mực được làm lạnh đến<br /> a , W/ m K<br /> nhiệt độ tâm theo yêu cầu tc = -18oC. Nhiệt<br /> +Thực phẩm có dạng oval độ của không khí lạnh trung bình là tf = -<br /> 12,5v0,6  2  39oC, vận tốc không khí trung bình trong tủ<br /> a , W/ m .K<br /> đông va  1,3m / s . Tính toán thời gian cấp<br /> Ở đây a là tốc độ không khí, (m/s). đông.<br /> 3.6.2. Khảo sát bài toán cấp đông thực Tỷ lệ khối lượng các thành phần dinh<br /> phẩm dưỡng của mực ống dùng trong bài báo này<br /> Cần cấp đông cho 20 kg mực ống (Bảng 2) được xác định tại Khoa Cơ khí<br /> được đặt trong khay dạng hình hộp có D1 = Công nghệ, trường Đại học Nông Lâm, Đại<br /> 0,018 m, D2 = 0,200 m và D3 = 0,280 m học Huế.<br /> Bảng 2. Thành phần khối lượng của mực ống<br /> Thành phần Ký hiệu Giá trị và đơn vị<br /> Nước W 85%<br /> Chất béo F 1,35%<br /> Chất rắn S 13,65%<br /> Dựa vào các công thức tính toán nhiệt định các thông số nhiệt vật lý của mực ống<br /> vật lý thực phẩm ở mục 2.1 và kết quả xác được trình bày ở Bảng 3.<br /> Bảng 3. Các thông số vật lý của mực ống được tính toán theo thành phần khối lượng<br /> Giá trị<br /> Thông số Ký hiệu<br /> Pha ẩm (l) Chuyển pha (l) Pha rắn (s)<br /> Khối lượng riêng (kg/m 3)  1030 1030 1030<br /> Nhiệt độ bắt đầu đóng băng, oC t0 -0,95<br /> Nhiệt ẩn hóa rắn (kJ/kg) r 259,24<br /> Nhiệt dung riêng (J/kg.K) c 3769,75 2028,99<br /> Hệ số dẫn nhiệt (W/mK)  0,5459 1,7815<br /> Dựa trên các thông số ở bảng 3 và các băng yêu cầu được tính toán và thể hiện trên<br /> công thức ở mục 3.3, 3.4, 3.5, thời gian đóng Bảng 4.<br /> băng từ nhiệt độ ban đầu đến nhiệt độ đóng<br /> Bảng 4. Kết quả tính toán thời gian cấp đông<br /> Thời gian Công thức tính Giá trị, [s] Tỷ số i /, %<br /> 2cl t t<br /> 1 1  ln i m1 , s 1972<br /> k1  k 2 t 0  t m1 21,38<br /> b 1<br /> 2 2  1  b12  4a1c1 6027<br /> 2a1 2a1 65,34<br /> 2cs t 0  t m2<br /> 3 3  ln , s 1225<br /> k1  k2 t c  t m2 13,28<br />    1  2  3 9224 100<br /> E Công thức (28) 1,16<br /> ptc Công thức (27) 7952<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 1496 Hoàng Minh Tuấn<br /> TẠP CHÍ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ NÔNG NGHIỆP ISSN 2588-1256 Tập 3(3) – 2019:1490-1499<br /> <br /> <br /> Bảng 4 cho thấy, thời gian chuyển cấp đông cho mực. Để so sánh, giả sử thời<br /> pha cho mực chiếm tỷ lệ hơn 65% thời gian gian cấp đông chính xác của cả 5 phương<br /> cấp đông. Các công thức tính  cho từng giai 1<br /> 5<br /> <br /> đoạn rất đơn giản, lập trình trên máy tính pháp là trị trung bình thời gian  <br /> 5 ,s<br /> 1<br /> một cách dễ dàng.<br /> Khi đó sai số của từng phương pháp so với<br /> Chúng tôi đã so sánh kết quả của việc<br /> trị trung bình thời gian  , sẽ được ghi trong<br /> sử dụng phương pháp này và các phương<br /> Bảng 5.<br /> pháp giải tích khác để tính toán thời gian<br /> Bảng 5. So sánh kết quả của phương pháp này với một số phương pháp giải tích khác trên thế giới<br /> Sai số<br /> Tác giả Giá trị  , [s] Sai số tương đối, % Sai số trung bình, %<br /> td  1 / i i  1i / <br /> Phương pháp của tác giả 7,952 0 3,10<br /> Plank (1941) 6,187 28,52 24,60<br /> Cleland và Earle (1977,<br /> 7,880 0,91 9,60<br /> 1979a, 1979b)<br /> Pham (1986) 10,285 22,68 25,32<br /> Castaigne và Lacroix<br /> 8,729 8,90 6,36<br /> (1987a, 1987a, 1988)<br /> Như vậy, kết quả thể hiện trên Bảng báo này có sai số trung bình thời gian là thấp<br /> 5 cho thấy phương pháp đề xuất trong bài so với bốn phương pháp còn lại.<br /> Bảng 6. So sánh kết quả của phương pháp này với phương pháp số (PTHH) và thực nghiệm<br /> (Đỗ Hữu Hoàng, 2014)<br /> Tác giả Giá trị  , [s] Sai số tương đối, %<br /> Phương pháp của tác giả 472 0<br /> Lý thuyết 524 + 9,92<br /> Thực nghiệm 509 + 7,27<br /> <br /> <br /> Phương pháp giải tích này có sai số Các kết quả thực nghiệm thời gian<br /> với phương pháp phần tử hữu hạn khi tính cấp đông thực tế được thể hiện trong bảng<br /> toán thời gian cấp đông cho mực ống là 7. Để đánh giá độ chính xác giữa mô hình<br /> 9,92 %, so với thực nghiệm là 7,27 %. toán và thực nghiệm, chúng tôi đã sử dụng<br /> 3.6.3. So sánh kết quả thực nghiệm cách tính sai số    theo công thức<br /> So sánh thời gian cấp đông thực    tn lt  / tn , % .<br /> nghiệm và thời gian lý thuyết<br /> Bảng 7. Kết quả thực nghiệm thời gian cấp đông<br /> Mẻ ti ,  o C  t f ,  o C  tc ,  o C   lt ,  p   tn ,  p   ,  % <br />    <br /> 1 25,1 -39 -18 132,52 141,67 6,46<br /> 2 18,2 -38 -18 128,76 140,83 8,57<br /> 3 23,6 -39 -18 131,26 142,10 8,73<br /> Sai số trung bình thực nghiệm 7,92<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> http://tapchi.huaf.edu.vn/ 1497<br /> HUAF JOURNAL OF AGRICULTURAL SCIENCE & TECHNOLOGY ISSN 2588-1256 Vol. 3(3) – 2019: 1490-1499<br /> <br /> <br /> Từ Bảng 7, sai số giữa lý thuyết và Cleland, A. C., & Earle, R. L. (1977a). A<br /> thực nghiệm dao động từ 6,46% đến 8,73%. comparison of analytical and numerical<br /> Do đó, đây chính là cơ sở khoa học đáng tin methods for predicting the freezing times of<br /> cậy để ứng dụng mô hình toán vào trong sản foods. Food Science, 42, 1390-1395.<br /> xuất. Cleland, A. C., & Earle, R. L. (1977b). The third<br /> kind of boundary condition in numerical<br /> 4. KẾT LUẬN<br /> freezing calculations. International Journal<br /> Đây là phương pháp đơn giản để dự of Heat Mass Transfer, 20, 1020-1029.<br /> đoán thời gian đóng băng cho vật ẩm có Cleland, A. C., & Earle, R. L. (1982). A simple<br /> hình dạng bất kỳ. Mô hình này cho phép method for prediction of heating and cooling<br /> tính toán dễ dàng và nhanh chóng dựa trên rates in solids of various shapes.<br /> phương trình cân bằng nhiệt. Sai số phương International Journal of Refrigeration, 5,<br /> pháp này so với phương pháp phần tử hữu 98-106.<br /> hạn và thực nghiệm không quá 10%, cho Cleland, D. J., Cleland, A. C., White, S. D.,<br /> thấy các công thức đưa ra trong phương Love, R. J., Merts, I., East, A., . . . &<br /> pháp này khá chính xác và có thể ứng dụng Paterson, A. H. J. (2010). Cost-Effective<br /> để dự đoán quá trình đóng băng thực phẩm Refrigeration. Paper presented at the<br /> workshop of University of New Zealand.<br /> trong thực tế. Các sai số gây ra chủ yếu<br /> trong phương pháp này là do các thông số Cleland, D. J., Love, R. J., Merts, L., &<br /> Bronlund, J. E. (2005). Minimising product<br /> vật lý ( ,c, ... ) chưa có số liệu chính xác,<br /> weight loss. Paper presented at the New<br /> ảnh hưởng của thiết bị và điều kiện môi Zealand technical conference of Institute of<br /> trường thực nghiệm. refrigeration, heating and air conditioning<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO engineering, Auckland, New Zealand.<br /> 1. Tài liệu tiếng Việt Cleland, D. J. (2012). Food chilling and chilling<br /> time prediction, Principles of moisture loss<br /> Đỗ Hữu Hoàng. (2014). Nghiên cứu mô phỏng<br /> from products. Paper presented at the<br /> và xác định chế độ cấp đông hợp lý cho cá<br /> workshop of Wisconsin, USA.<br /> tra Việt Nam. Luận văn Tiến sĩ kỹ thuật, Đại<br /> học Bách khoa Hà Nội. De Michelis, A. & Calvelo, A. (1983). Freezing<br /> time predictions for brick and cylindrical<br /> Nguyễn Bốn, Võ Chí Chính và Hoàng Minh<br /> shaped foods. Journal of Food Science, 48,<br /> Tuấn. (2015). Tính toán thời gian cấp đông<br /> 909-913.<br /> thực phẩm dạng trụ vô hạn và cầu. Tạp chí<br /> Khoa học và Công nghệ Đà Nẵng, 11, 11- Lovatt, S. J. (2009). Refrigeration and Energy.<br /> 15. Hamilton: Meat Industry Research Institute,<br /> New Zealand.<br /> 2. Tài liệu tiếng nước ngoài<br /> Mascheroni, R. H., & Calvelo, A. (1982). A<br /> Castaigne, F. (1985a). Calcul des temps de<br /> simplified model for freezing time<br /> congelation d'aliments ayant la forme d'une<br /> calculations in foods. Journal of Food<br /> tranche infinie ou d'un parallepipede<br /> Science, 47, 1201-1207.<br /> rectangle. Lebensmittel-Wissenschaft und -<br /> Technologie, 18, 212-216. Nagaoka, J., Takaji, S., & Hohani, S. (1955).<br /> Experiments on the freezing of fish in air<br /> Castaigne, F. (1985b). Calcul des temps de<br /> blast freezer. Proceeding IX International<br /> congelation d'aliments ayant la forme d'un<br /> Congo Refrigeration, 4, 105-110.<br /> cylindre infini, d'un cylindre fini ou d'une<br /> sphere. Lebensmittel-Wissenschaft und - Pham, Q. T. (2014). Food freezing and thawing<br /> Technologie, 18, 137-141. calculations. New York: Springer Briefs in<br /> <br /> 1498 Hoàng Minh Tuấn<br /> TẠP CHÍ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ NÔNG NGHIỆP ISSN 2588-1256 Tập 3(3) – 2019:1490-1499<br /> <br /> <br /> Food, Health, and Nutrition. Lebensmitteln. Beiheft zur Zeitschrift für die<br /> Plank, R. (1941). Beitrage zur Berechnung und gesamte Kalte-Industrie, Reihe 3 Heft, 10, 1-<br /> Bewertung der Gefriergesch Windikeit von 16.<br /> <br /> <br /> DETERMINATION OF THERMAL PROPERTIES AND FREEZING TIME<br /> OF SQUID (Loligo chinensis) BY USING A SIMPLE METHOD<br /> <br /> Hoang Minh Tuan<br /> <br /> <br /> Corresponding Author: ABSTRACT<br /> Hoang Minh Tuan This article presents a simple method to calculate thermal<br /> Email: hmtuan@hueic.edu.vn properties and freezing time of squid by two nonsymmetrical<br /> convection boundaries. This model was based on the energy<br /> Hue Industrial College<br /> balance equation of food products for transition phase with<br /> Received: March 3rd, 2019 unsteady state heat transfer solutions in pre-cooling, phase<br /> Accepted: April 7th, 2019 change and tempering time. This method provided more<br /> accurate results than the previous methods, including the finite<br /> difference and element methods. Based on these calculations,<br /> it was easy to program on computer and allowed to predict fast,<br /> Keywords: Multidimensional shape, simple and accurate freezing time of food. Compared with the<br /> Nonsymmetric, Freezing time, Food finite element method, this method indicated that freezing time<br /> product, Transient heat transfer should not exceed 10%.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> http://tapchi.huaf.edu.vn/ 1499<br />