油脂导热系数的测定及其传热性能的研究

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油脂是人们获得热量与营养的重要物质,通常存在于植物油料和动物脂肪中,是人们日常生活中的一种必需品,在工业上也有广泛的应用。导热系数是油脂的重要的热物性参数之一,在油脂加工过程中所有涉及热量传递的设备设计中是一个必需的、重要的基础数据。随着新的油脂产品的开发和油脂加工工艺的不断发展,由于新的油料产品的导热系数数据更加缺乏,而现有的一些油脂的导热系数数据大多是120℃以下的数据,而且在较宽的温度范围内才有一个数据,高温下的油脂导热系数数据更是严重缺乏,这将严重制约在油脂加工过程中涉及的传热设备和与热量传递相关的设备的设计的准确度。因此,用一种精确可靠的方法测定油脂导热系数,研究其导热系数的变化规律和影响因素,对油脂加工过程的工艺和设备设计以及指导实际生产具有重要意义。油脂的导热系数表征的是油脂分子的热运动对热量传递的贡献,在测定液态油脂的导热系数时,如何避免液体自然对流传热的影响或避免液体被加热时产生的对流传热,对精确测定油脂的导热系数非常重要。Hot disk热物性分析仪是基于瞬态平面热源法制成的测物质导热系数的仪器,核心部件是探头,因为此探头是自加热传感器,故能有效降低热对流对实验结果的影响,使用过程中要同时注意接触热阻对测定结果的影响。但该仪器常用于固体物质导热系数的测定,在液体导热系数测定领域应用的很少,需要通过实验研究,探讨适宜于液体导热系数测定的探头、加热功率和测试时间,为准确测定油脂的导热系数奠定基础。本研究将Hot Disk热物性分析仪应用于油脂导热系数的测定,研究探讨了该仪器在测定油脂导热系数时,需要设置适宜的探头类型、加热功率和测试时间,研究表明:在30-240℃,花生油和大豆油导热系数随测试时间或加热功率增加而稍微增大;特别是在高温(>120℃)段,如果测试时间或加热功率设置偏大,会导致油脂发生对流传热,使实验结果误差很大;测试时间越长,对流传热的影响越大,适宜的测试条件为:180℃以下采用半径为3.189mm的5465型探头、加热功率为30MW、测试时间为5s;180℃以上采用半径为3.189mm的5465型探头、加热功率为30mW、测试时间为2s。在上述条件下分别测定了花生油和大豆油在30-240℃的导热系数,实验表明:这两种油脂的导热系数随温度升高而逐渐增大,花生油导热系数变化范围是0.1626-0.2566(单位:w/m.k),大豆油导热系数变化范围是0.1791-0.2568(单位:w/m.k)。本研究完善了这两种油脂在低温下的导热系数数据,填补了油脂在高温下导热系数的数据空白,为油脂加工过程中涉及传热的设备的工艺设计和选用奠定了基础。
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