Einflussfaktoren bei der Abkühlung von Backwaren - Ringelspacher, Yvonne; Litfin, Oliver; Delgado, Antonio (Proceedings der 27. GALA-Fachtagung "Experimentelle Strömungsmechanik", 2019)
Industrielle Kühlung von Backwaren ist ein zeit- und energieintensiver Prozess. Mithilfe numerischer Simulationen können dafür Temperaturverteilungen und Abkühlzeiten ermittelt und so Prozessparameter und Luftführung optimiert werden. Das angestrebte Ziel ist es, Abkühlzeit und somit Energiekosten einzusparen. Bei der Betrachtung der Kühlung von Backwaren müssen außer den Wärmeübergängen (Konvektion, Wärmeleitung und Strahlung) zusätzlich Stofftransporte berücksichtigt werden, da Wasser aus dem Produkt verdampft. Die Verdampfung führt einerseits zu einem Kühleffekt durch die latente Wärme und andererseits zu einem Massenverlust mit gleichzeitiger Verringerung der spezifischen Wärmekapazität der Backware. Bisher ist nur wenig Literatur über die genaue physikalische Beschreibung dieser Effekte zu finden. Pastukhov und Danin beschreiben dazu ein Modell, bei dem Modellparameter wie der Wärmeübergangskoeffizient an experimentelle Abkühlkurven angepasst werden (Pastukhov und Danin, 2011; Pastukhov, 2015, 2016). In der vorliegenden Arbeit werden numerisch und experimentell bestimmte Abkühlkurven miteinander verglichen. Die Abkühlung von Brötchen wurde in einer 1 m³ Testkammer untersucht, wobei die Kerntemperatur (an vier Messstellen) und das Gewicht des Bleches mit den Bröt- chen aufgezeichnet wurden. Luftströmung und Wärmeübergänge wurden mit ANSYS CFX simuliert, wobei die Turbulenz über das Shear Stress Transportmodell und der Wärmeübergang durch Konvektion, Wärmeleitung und -strahlung durch in CFX integrierte Modelle berücksichtigt wurden. Die Menge an verdampftem Wasser wurde dabei über zuvor aufgenommene Gewichtskurven ermittelt. Bei im Vergleich zur Literatur (Rask, 1989; Zanoni et al., 1995; Sablani et al., 2002) höher angenommenen Temperaturleitfähigkeiten für Brötchen verlief die Abkühlung in Simulationen langsamer als im Experiment. Mögliche Gründe hierfür werden diskutier
Keywords: Backtechnologie; Abkühlung; Wärmeübergänge; Stofftransport