شبیه سازی خشک کردن ورقه سیب تحت خلاء به روش اجزاء محدود
چکیده
خشک کردن به علت انتقال همزمان جرم و حرارت از پیچیده ترین پدیده های مهندسی است. کیفیت محصول خشک شده از مهمترین مفاهیم در فرایند خشک کردن است. دانش توزیع رطوبت و دمای داخل محصول در طی فرایند خشک کردن برای طراحی فرایند، عملیات حمل و نقل، کنترل کیفیت و صرفه جویی در انرژی لازم است. مزیت مهم خشک کردن در خلاء حفظ کیفیت محصول خشک شده است. ابزارهای پرهزینه و آزمون های طولانی مدت برای ایجاد تصویری دقیق از فرآیند خشک کردن و برای انجام آزمایش ها جهت تعریف مقادیر بهینه پارامترهای خشک کردن لازم است. بنابراین استفاده از شبیه سازی رایانه ی برای بررسی چنین فرایندهای پیچیده ای مناسب تر است. در تحقیق حاضر فرایند همزمان انتقال جرم و حرارت در طی خشک کردن در خلاء با استفاده از معادلات luikov به روش اجزاء محدود با نرم افزار femlab شبیه سازی شد. با توجه به ارزش غذایی بسیار بالای سیب خشک شده و نیز ارزش افزوده بالای آن، سیب به عنوان ماده مدل انتخاب شد. برای اعتبار سنجی مدل، برگه های سیب در خشک کن خلاء برای دو ضخامت 5 و mm 7 در سه سطح فشار ( kpa20،30،40) و سه سطح دما (°c 50،60،70) خشک شدند. نتایج روش عددی و تجربی با یکدیگر مقایسه شد. انحراف داده های مدل از داده های آزمایشگاهی برای رطوبت برگه سیب بین 00/4% تا 36/12% و برای دمای مرکز برگه سیب بین 95/8% تا 59/12% است که نشان دهنده سازش خوب بین مدل عددی حاضر با داده های تجربی است. همچنین برای ارزیابی مدل و نرم افزار، مدل با داده های تجربی خشک کردن برگه مربع شکل سیب و مدل تحلیلی نمونه چوب صنوبر نیز اعتبارسنجی شد. میزان خطای مدل حاضر از نتایج تجربی چیانگ و پترسن برای توزیع رطوبت در حدود 00/1% و برای توزیع دما در حدود 82/0% بود. نتایج نشان داد که مدل می تواند برای هر شکل و در شرایط اتمسفر نیز قابل استفاده باشد. به دلیل هزینه بر بودن و زمان بر بودن آزمایش ها، مطالعه پارامتریکی نیز انجام شد. در این مطالعه توزیع دما و رطوبت در نقاط مختلف برگه سیب و همچنین اثر ضریب انتقال جرم و گرما بر توزیع رطوبت و دما بررسی گردید. نتایج نشان داد که گرچه ضریب انتقال جرم عدد بسیار کوچکی است، اما فرآیند خشک شدن را کنترل می کند. برای تعیین بهینه شرایط خشک کردن در محدوده شرایط انجام شده در این تحقیق، کیفیت برگه های سیب خشک شده بررسی شد. نتایج نشان داد که کمترین زمان خشک شدن و بهترین کیفیت برگه سیب در فشار kpa20 و دمای c°70 برای برگه های با ضخامت mm 5 به دست آمد.