بخشی از مقاله
چکیده
خشک کردن بر خواص فیزیکی و شیمیایی محصول تاثیر میگذارد بنابراین با استفاده از شبیهسازی انتقال جرم و حرارت، میتوان سینتیک تغییرات رطوبت و دما را طی خشک کردن پیش بینی و برای رسیدن به کیفیت مطلوب کنترل نمود. هدف این تحقیق توسعه مدلسازی هم زمان انتقال گرما و رطوبت طی خشک شدن همرفتی هویج با خواص فیزیکی متغییر در دو دمای 60 و 70 درجه سانتی گراد بود. معادلات انتقال گرما و جرم هم زمان به صورت سه بعدی با استفاده از روش اجزای محدود توسط نرم افزار Comsol multiphysics حل شدند و پروفیلهای دمایی و رطوبت برای تمام زمانها به دست آمد و سرعت خشک شدن در دمای 70 درجه سانتی گراد بیشتر بود.
مقدمه
خشک کردن یکی از روشهای معمول و با کاربرد وسیع در پروسه پس از برداشت محصولات کشاورزی میباشد. محصول خشک شده دارای فعالیت آبی کم است که از رشد میکروبها و واکنش آنزیم های ناخواسته جلوگیری میکند بعلاوه امکان حمل و نقل را بدون احتیاج به سیستمهای خنک کننده گران فراهم میکند . - Mayor and Sereno, 2004 - طی خشک شدن محصولات مرطوب پدیده انتقال هم زمان جرم و گرما اتفاق میافتد. روشهای مختلفی برای خشک کردن محصولات مرطوب وجود دارد.
خشک کردن با استفاده از خشککنهای ماکروویو، همرفت و انجمادی یا بوسیله جریان طبیعی هوا. روش همرفتی بیشتر در خشک کردن محصولات کشاورزی و صنایع غذایی کاربرد دارد. بطور کلی در خشککنهای همرفتی سرعت، دمای هوا و ضرایب انتقال تاثیر قابل توجهی در فرایند خشک شدن دارند بنابراین ضروری است که تاثیر عوامل فوق در ویژگیهای محصول خشک شده بررسی شود . - Chandra and Prabal, 2010 - در این تحقیق تاثیر دمای هوا بررسی شده است.
مدل اصلاح شدهای برای انتقال گرما و حل تحلیلی مدل کوپل تک بعدی برای خشک کردن هویج در رطوبت پایین و با فرض ثابت بودن تمامی پارامترها ارائه شد و نتایج قابل ملاحظهای برای پیشبینی تغییرات دما و رطوبت در داخل محصول بهدست آمد. همچنین پروفیلهای دما و رطوبت در طول خشک شدن ورقههای هویج با استفاده از حل هم زمان معادلات انتقال گرما و رطوبت در حالت ناپایا و نیز استفاده از خواص مهندسی ثابت و متغییر مطالعه شدند و مشاهده شد که حل تحلیلی معادله انتقال جرم با خواص ثابت به طور قابل قبولی تغییرات رطوبت را در داخل محصول بیان میکند.
تاثیر دمای هوای گرم بر روی لایه نازک هویج در حین خشک شدن در خشک کن بستر سیالی بررسی شد و نتایج تجربی بر روی چهار مدل ریاضی مختلف مقایسه شدند و بررسیها نشان داد که مدل دو بخشی میتواند منحنیهای خشک کردن هویج را به خوبی توصیف کند - . - Zielinska and Markowski, 2010 خشک کردن پیاز در یک خشک کن غیر مداوم کابینتی مدل سازی شد و به این نتیجه دست یافتند که خشک شدن پیاز فقط در ناحیه شدت نزولی اتفاق میافتد. مدل تجربی میدیلی کوک برای آزمایشات انجام شده در دمای 60، 70، 80 و 90 درجه سانتی گراد به عنوان بهترین مدل انتخاب شد و در تمام آزمایشات بهترین مدل چند جملهای اندکی بهتر از بهترین مدل تجربی بود - عباسی و همکاران, . - 1389
بیشتر تحقیقهای انجام شده مدل سازی انتقال گرما و جرم را در یک بعد و یا دو بعد با ضرایب ثابت انجام دادند. دقت در بیان خصوصیات مهندسی به صورت تابعی از عوامل درونی و بیرونی ماده غذایی و همچنین مدلسازی سه بعدی، شبیهسازی دقیقتری را به ارمغان خواهد آورد. هدف این پروژه توسعه مدل سه بعدی بود که بتواند محتوای رطوبت و دما هویج را در حین خشک شدن پیشبینی کند و مدل شامل حل همزمان معادلات انتقال حرارت و جرم بود. معادلات، شرایط اولیه و شرایط مرزی با روش عددی استفاده از روش المان محدود با نرم افزار comsol multiphysics - ورژن - 4, 2 حل شدند. خشک کردن در دو دمای 60 و 70 درجه سانتیگراد در سرعت 1,2 متر بر ثانیه انجام گرفت.
مواد و روشها
در این تحقیق شبیهسازی در دو سطح دمایی 60 و 70 درجه سانتیگراد و در سرعت هوای گرم ورودی 1,2 متر بر ثانیه و در ضخامت 4 میلیمتر انجام شد و ضریب نفوذ موثر رطوبت تابعی از دما و رطوبت و ضریب هدایت حرارتی تابعی از دما در نظر گرفته شد. رطوبت و دمای اولیه محصول به ترتیب 8 - کیلوگرم آب بر کیلوگرم ماده خشک - و 25 درجه سانتی گراد بود.
معادلات انتقال جرم و حرارت
فرض شد که به محض قرار گرفتن ورقههای هویج در معرض هوای خشک کن، انتقال حرارت در سطوح به روش همرفت صورت میگیرد. شدت انتقال حرارت در سطوح ورقهها، توسط گرادیان دمایی بین دمای سطح و دمای هوای گرم و نیز ضریب انتقال حرارت در سطح کنترل می،شود. به دنبال تغییر دمای سطح ماده، انتقال حرارت در داخل هویج با مکانیسم هدایت انجام میگیرد. همزمان با شروع فرایند خشک کردن، تبخیر در سطح بالایی نمونه رخ میدهد که مقدار و شدت آن توسط ضریب تبادل جرم و گرادیان فشار بخار جزئی ما بین سطح نمونه و هوای گرم خشککن کنترل میگردد.
مدل انتقال رطوبت
مدل نفوذ فیک به صورت سه بعدی در انتقال رطوبت برای شبیهسازی توزیع محتوای رطوبت محلی ورقههای هویج در طی فرایند خشک شدن استفاده شد که این توزیع به صورت تابع زمان میباشد - . - James etal., 2002
