بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق، خشککن بستر سیال آزمایشگاهی هویج با استفاده از روش دینامیک سیالات محاسباتی - - CFD شبیه سازي و با استفاده از روش Taguchi بهینه سازي شد. شبیه سازي بر پایه آرایههاي متعامد L9 Taguchi برنامه ریزي شده و آزمایشها در دماي هواي ورودي 50، 60 و 70 درجه سلسیوس، عمق بستر 30، 60 و 90 میلیمتر و هویجهاي مکعب شده به ابعاد 4، 7 و 10 میلیمتر انجام شد. نتایج نشان داد که اندازه مکعبها و عمق بستر به ترتیب بیشترین و کمترین تاثیر را در نسبت مصرف انرژي داشتهاند. دماي هواي 70ºC، اندازه مکعبهاي 4 میلیمتر و عمق بستر 90 میلیمتر به عنوان شرایط بهینه آزمایش به دست آمد. نهایتا، یک آزمایش براي بررسی اعتبار روش آماري مورد استفاده، انجام شد و درستی روش تایید گردید.
مقدمه
در اکثر فرایندهاي صنعتی دست کم یک مرحله خشک کردن وجود دارد. روشهاي خشک کردن زیادي براي مواد وجود دارد که هر کدام ویژگیهاي مخصوص به خود را دارد - Hatamipour & Mowla، . - 2002 با در نظر گرفتن راندمانهاي حرارتی فرایندهاي خشک شدن، خشککنهاي بستر سیال به دلیل نرخ بالاي انتقال حرارت و جرم و نیز سرعت خشک کردن زیاد به طور وسیعی در خشک کردن مواد غذایی خاصی مورد استفاده قرار میگیرند.
خشککنهاي بستر سیال در شیمی، متالوژي و صنایع دارویی کاربردهاي فراوانی دارند Bialobrzewski - و همکاران، . - 2008 محدود بودن منابع انرژي خصوصاً گاز طبیعی و نفت در سالهاي اخیر آشکار شده است - Smith، . - 2007 در کاربردهاي عملی، خشککردن فرآیندي است که به خاطر گرماي نهان تبخیر آب و بازده انرژي نسبتاً پایین خشک- کنهاي صنعتی، به انرژي ورودي بالایی نیاز دارد Taguchi & Yokoyama - ، . - 1993 مصرف انرژي در خشککن ها از مقدار پایینِ زیر %5 براي فرآیندهاي صنعتیِ شیمی، تا %35 براي عملیات کاغذسازي متغیر است.
هزینه اصلی براي خشککنها در عملکرد آنهاست تا در هزینه اولیه سرمایه گذاري. بنابراین ایدههاي جدید در روشهاي خشک کردن و طراحی خشککن نیازمند بهینه سازي مصرف انرژي و شرایط عملکرد است - Oztop و همکاران، . - 2007 روش Taguchi همراه با آنالیز واریانس - ANOVA - ، از روشهاي آماري هستند که نخستین بار توسط Genichi Taguchi براي بهبود کیفیت اجناس کارخانهاي، توسعه یافت. تعیین مطلوبترین طراحی شرایط خشکشدن براي محصولات، بهترین ترکیب پارامترها براي فرآیند و بهینه سازي فرآیند طبیعتاً مفید خواهد بود.
علاوه بر این با استفاده از آرایههاي متعامد، آزمایش میتواند با کمترین تکرار انجام شود - Topic، . - 1995 نحوه توزیع مقادیر دما درون خشککن بستر سیال بسیار با اهمیت بوده و براي محاسبه راندمانهاي انرژي و اکسرژي مورد نیاز میباشد. پیچیدگی مسائل دینامیک سیالات، حل دقیق معادلات مورد نظر در سیال را مشکل یا غیر ممکن میسازد - Mujumdar، CFD . - 2006 یک روش پیشرفته است که براي به دست آوردن چرخههاي کوتاهتر فرآیند محصول، بهینه سازي انرژي مورد نیاز و بهینه سازي فرآیندهاي موجود مفید میباشد - Jafari و همکاران، . - 2008
مدلهاي CFD به طور چشمگیري افزایش پیدا کرده و سرعت محاسبات نیز به طور زیادي بالا رفته است - Mujumdar، . - 2006 به تازگی مطالعاتی روي بهینه سازي فرآیندهاي غذایی صورت گرفته است - Alamprese، Corzo ;2007، Erbay ;2008، Hodali ;2008، Simpson ;2001، Srinivasa ;2008، Syahrul ;2007، Uysal ;2002، . - 2008 اما کارهاي اندکی روي شبیه سازي به روش CFD و بهینه سازي پارامترهاي خشککن بستر سیال به روش Taguchi صورت گرفته است. به علاوه تاثیر اندازه مواد و عمق بستر روي مصرف انرژي خشککن بستر سیال براي اکثر مواد مرطوب مانند میوهها و سبزيها مطالعه نشده است. بنابراین، در این تحقیق خشککن بستر سیال با کمک روش CFD شبیه سازي شد و بهینه سازي پارامترهاي موثر با استفاده از روش Taguchi انجام گرفت.
مواد و روشها
آزمایشهاي خشکشدن، در آزمایشگاه بخش مهندسی مکانیک ماشینهاي کشاورزي پردیس ابوریحان، دانشگاه تهران انجام شد. شکل 1 طرح کلی دستگاه آزمایشی را نشان میدهد. محفظه استوانهاي خشککن مهمترین قسمت مورد مطالعه بود که در این تحقیق شبیه سازي شد. به منظور صرفه جویی در زمان و هزینه محاسبات، برش نیمه طولی محفظه متقارن و استوانهاي شکل خشک کن به عنوان هندسه محفظه خشککن طراحی شد. براي تولید هندسه و شبکه از نرم افزار Gambit 2.3.16 استفاده شد. نتایج، مستقل از تعداد مشها بود. براي بررسی مستقل بودن پاسخ از تعداد مش، با اندازه گیري سرعت هواي خروجی در دماي ورودي 50ºC، اندازه مکعب 10 میلیمتر و عمق بستر 60 میلیمتر مقایسه بین تعداد مختلف مش- بندي انجام شد. نتایج در جدول 1 نشان داده شده است.
