Naslov
Unaprijeđena metoda za određivanje toplinske difuzivnosti prehrambenih proizvoda
(An Improved Method for Obtaining Thermal Diffusivity of Foodstuffs)

Autori
Ukrainczyk, Neven

Izvornik
Hrvatski časopis za prehrambenu tehnologiju, biotehnologiju i nutricionizam (1847-3423) 6 (2011), 1-2; 69-77

Vrsta, podvrsta i kategorija rada
Radovi u časopisima, članak, znanstveni

Ključne riječi
Prijenos topline; prehrambeni proizvodi; toplinska difuzivnost; mjerenje; matematičko modeliranje; procjena parametra.
(Heat transfer; Foods; Thermal diffusivity; Measurement; Mathematical modeling; Inverse problem.)

Sažetak
Iako su toplinska svojstva prehrambenih proizvoda od velike važnosti za prehrambenu tehnologiju, toplinska difuzivnost složenih materijala uglavnom nije poznata i potrebno ju je odrediti eksperimentalno. Za određivanje toplinske difuzivnosti prehrambenih proizvoda predložena je jednostavna eksperimentalna metoda temeljena na praćenju temperaturnog odziva valjkastog uzorka pri nagloj promjeni temperature stijenke materijala. U radu su opisana i uspoređena tri pristupa procjene parametra toplinske difuzivnosti na temelju eksperimentalnih podataka. Oni se zasnivaju na uporabi: 1) linearne ili 2) nelinearne regresije analitičkog modela te 3) numeričkog inverznog rješavanja modela procesa prijenosa topline. Numerički model zamjenjuje pretpostavku idealne skokovite promjene temperature stijenke, s izmjerenom naglom promjenom temperature stijenke materijala. Ustanovljeno je da pretpostavka skokovite (idealne) promjene temperature stijenke materijala može rezultirati značajnom sustavnom pogrješkom s nižom procjenom toplinske difuzivnosti. Za jednostavnu numeričku obradu rezultata predstavljen je računalni potprogram napisan u MATLAB-u s razvijenim grafi čkim sučeljem koji je pridružen javnoj domeni. Although the thermal properties of foods and agricultural materials are of great importance in the food technology, the thermal diffusivity of such complex materials is mostly unknown and must be determined experimentally. The paper proposes a simple experimental apparatus to obtain the estimate of thermal diffusivity of foodstuffs that is based on measuring the transient thermal response at the axis of a cylindrical sample when its boundary temperature is suddenly changed. Three mathematical approaches for parameter estimation were employed and comparatively analyzed: 1) linear regression, 2) nonlinear regression, and 3) numerical solution of the inverse problem. The numerical inverse method alleviates an assumption of an ideal step temperature excitement by introducing a measured temperature of a material boundary. The numerical approach for thermal diffusivity estimation yields better accuracy and precision on materials which require a sample holder. In order to enable easy use of the proposed inverse thermal diffusivity estimation method, a freely available computer program with a graphical user interface was built in MATLAB.

Izvorni jezik
Hrvatski

Znanstvena područja
Kemijsko inženjerstvo, Temeljne tehničke znanosti, Prehrambena tehnologija

POVEZANOST RADA