پژوهش‌های مکانیک ماشینهای کشاورزی

پژوهش‌های مکانیک ماشینهای کشاورزی

شبیه‏ سازی سه بعدی پدیده‏ های انتقال گرما و رطوبت در طی خشک‏ کردن همرفتی هویج

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مهندسی بیو سیستم -دانشکده کشاورزی -دانشگاه تبریز-تبریز- ایران
2 گروه مهندسی بیوسیستم - دانشکده کشاورزی دانشگاه تبریز، تبریز، ایران
3 گروه علوم صنایع غذایی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز- تبریز- ایران
4 گروه مهندسی بیو سیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز- تبریز- ایران
چکیده
هدف از تحقیق حاضر شبیه‏سازی سه بعدی فرآیند انتقال هم‌زمان گرما و رطوبت در عملیات خشک‌کردن همرفتی مواد غذایی از جمله هویج بود که این فرآیندها روی پدیده‌های تبعی مانند ترک تاثیرگذار است. مدل هندسی ورقه‌های هویج در محیط نرم‌افزار Comsol Multiphysics 3.5 ترسیم شد و سپس به تعداد 10017 المان و با درجه آزادی 30550 گسسته‌سازی شد. توسعه مدل با حل عددی معادلات دیفرانسیل حاکم به روش اجزاء محدود در محیط نرم‌افزار مذکور تحت دماهای مختلف هوای گرم انجام شد. در حل معادلات حاکم، خصوصیات مهندسی هویج به صورت متغیر در نظر گرفته شده و پروفایل‌های دما و رطوبت در شرایط مختلف خشک‌کردن پیش‏بینی شد. هم‌چنین آزمایش‏هایی برای به-دست آوردن مقادیر خصوصیات مهندسی از قبیل دانسیته واقعی و ظاهری و ضریب نفوذ مؤثر رطوبت و سینتیک خشک‌شدن، با استفاده از خشک‏کن قفسه‏ای متصل به ابزارهای مختلف اندازه‌گیری، در دماهای مختلف هوای گرم و ضخامت‏های مختلف نمونه‏ها انجام شد. نتایج به-دست آمده از شبیه‌ساز با داده‏های آزمایشی حاصل از خشک‏کردن هویج مقایسه گردید. نتایج نشان داد که مدل توسعه یافته توانسته است با دقت بالایی روند کاهش رطوبت و افزایش دما را در داخل نمونه‏ها پیش‏بینی نماید. دقت پیش‏بینی‏ها در محدوده 87/99 تا 98/99 درصد قرار داشت. بنابراین شبیه‏ساز توسعه‌یافته می‏تواند برای پیش‌بینی پروفیل‌های دما و رطوبت در فرآیند خشک‌کردن محصولات کشاورزی مختلف با خواص مهندسی مشابه و با دقت بالا به منظور بررسی تاثیر عملیات خشک‌کردن روی خواص کیفی نهایی و رسیدن به بالاترین کیفیت محصول مورد استفاده قرار گیرد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

AOAC. (1990). Official method of analysis. Association of Official Analytical Chemists (No. 934.06), Arlington, VA.
 
Aversa, M., Curcio, S., Calabro, V., & lorio, G. (2007). An analysis of the transport phenomena occurring during food drying process. Journal of Food Engineering, 78: 922–932.
 
Azzouz, S., Guizani, A., Jomaa, W., & Belghith, A. (2002). Moisture diffusivity and drying kinetic equation of convective drying of grapes. Journal of Food Engineering, 55: 323–330.
 
Barati, E., & Esfahani, J. (2011). Mathematical modeling of convective drying, Lumped temperature and spatially distributed moisture in slab. Energy, 36: 2294-2301.
 
Barati, E., & Esfahani, J. (2012). Mathematical simulation of convective drying, Spatially distributed temperature and moisture in carrot slab. International Journal of Thermal Sciences, 56, 86-94.
 
Bialobrzewski, I. (2006). Simultaneous heat and mass transfer in shrinkable apple slab during drying. Drying Technology, 24: 551-559.
 
Białobrzewski, I., Zielinska, M., Mujumdar, A., & Markowski, M. (2008). Heat and mass transfer during drying of a bed of shrinking particles – Simulation for carrot cubes dried in a spout-fluidized-bed drier. International Journal of Heat and Mass Transfer, 51: 4704–4716.
 
Chakraverty, A., & Poul, S.R. (2001). Post Harvest Technology: Cereals, Pulses and Vegetables. Science Publishers, Inc. India. pp. 183-188.
 
Chandra Mohan, V., & Talukdar, P. (2010). Three-dimensional numerical modeling of simultaneous heat and moisture transfer in a moist object subjected to convective drying. International Journal of Heat and Mass Transfer, 53: 4638–4650.
 
Curcio, S., Aversa, M., Calabro, V., & Iorio, G. (2008). Simulation of food drying, FEM analysis and experimental validation. Journal of Food Engineering, 87: 541–553.
 
Hamdami, N., Monteau, J.Y., & Le Bail, A. (2004). Simulation of coupled heat and mass transfer during freezing of a porous humid matrix. Journal of Food Engineering, 27: 595–603.
 
Hadrich, B., & Kechaou, N. (2009). Mathematical modeling and simulation of shrunk cylindrical material’s drying kinetics—Approximation and application to banana. Food and Bioproducts Processing, 87: 96–101.
 
Maghsoudlou Kamali, D., Esmaeili, Gh., Shahidi, S. A. & Maghsoudlou Kamali, D. (2021). Heat and moisture transfer and shrinkage simulation of beetroot (Beta vulgaris) drying. Iranian Journal of Food Science and Technology, 18(114): 263-275.
 
Mohsenin, N.N. (1986). Physical Properties of Plant and Animal Materials. Gordon and Breach Sci. Publ, New York.
 
Mihoubi, D., Timoumi, S., & Zagrouba, F. (2009). Modelling of convective drying of carrot slices with IR heat source. Journal of Food Engineering, 49: 808–815.
 
Nilnont, W., Thepa, S., Janjai, S., Kasayapanand, N., Thamrongmas, C., & Bala, B.K. (2012). Finite element simulation for coffee (Coffea arabica) drying. Food and Bioproducts Processing, 90, 341-350.
 
 Rao, M., Rizvi, S., & Datta, A. (2005). Engineering properties of foods. Taylor & Francis Group.
 
Rizvi, S.S.H. (1986). Thermodynamic properties of foods in ddehydration, engineering properties of foods. New York, Marcel Dekker.
 
Rostami Baroji, R., Seiiedlou Heris, S., & Dehghanny, J. (2017). Mathematical simulation of heat and mass transfer in convectional drying of carrot, pretreated by ultrasound and microwave. Journal of Agricultural Machinery, 7(1): 97-113.
 
Ruiz-Lopez, I., & Garcıa-Alvarado, M. (2007). Analytical solution for food-drying kinetics considering shrinkage and variable diffusivity. Journal of Food Engineering, 79: 208–216.
 
Ruiz-Lopez, I., Cordova, A., Rodrııguez-Jimenes, G., & Garcıa-Alvarado, M. (2004). Moisture and temperature evolution during food drying, effect of variable properties. Journal of Food Engineering, 63: 117–124.
 
Seiiedlou, S. (2009). Experimental Study and Mathematical Simulation of Drying Process in Convectional Air- Dried Apples. Ph.D thesis. Faculty of Agriculture, University of Tabriz (In Persian)
 
Srikiatden, J., & Roberts, J. (2008). Predicting moisture profiles in potato and carrot during convective hot air drying using isothermally measured effective diffusivity. Journal of Food Engineering, 84: 516–525.
 
Thorpe, G. (2003). Encyclopedia of agricultural, food and biological engineering. New York, Marcel Dekker.
 
Wei, Sh., Wang, Zh., Wang, F., Xie, W., Chen, P. & Yang, Y. (2019). Simulation and experimental studies of heat and mass transfer in corn kernel during hot air drying. Food and Bioproducts Processing, 117: 360–372.
 
Yan, Z., Sousa-Gallagher, M. J., & Oliveira, F. A. R. (2008). Shrinkage and porosity of banana, pineapple and mango slices during air-drying. Journal of Food Engineering, 84: 430-440.
 
Zare, D., Akbarzadeh, A., Loghavi, M. & Nematollahi, M. A. (2019) Two-dimensional Finite Element Modelling of Green Peas Drying in a Hot Air-Infrared Dryer. Iranian Journal of Biosystem engineering, 4(50): 761-770.
 
Zhang, X. W., Liu, X., Gu, D., Zhou, W., Wang, R. L., & Liu, P. (1996). Desorption isotherms of some vegetables. Journal of Food Engineering, 70: 303-306.