بهمنظور حفظ کیفیت تغذیهای محصولات لبنی، روشهای پاستوریزاسیون غیرحرارتی مورد توجه قرار گرفتهاند. در این میان، کاویتاسیون هیدرودینامیکی در راکتورهای جریان نوسانی بهعنوان گزینهای مؤثر برای غیرفعالسازی میکروبی مطرح است. با این حال، مطالعات پیشین اغلب بدون تحلیل جامع رفتار آشفتگی، بهینهسازی همزمان پارامترهای هندسی و عملیاتی را در این راکتورها انجام ندادهاند. در این پژوهش، برای نخستینبار از ترکیب مدلسازی دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) با مدل k-ε و روش سطح پاسخ (RSM) در یک راکتور جریان نوسانی تکروزنه استفاده شد تا اثرات همزمان نسبت قطر بافل به قطر (d0/D، 8/0-4/0)، فرکانس(15-5 هرتز)، فاصله بین بافلها (20-10 میلیمتر)، و قطر بافلها (7-3 میلیمتر) بر انرژی جنبشی آشفتگی (TKE) بررسی و بهینهسازی طراحی بهصورت علمی و پیشبینیپذیر انجام شود. نتایج نشان داد که فرکانس نوسان بیشترین اثر را بر متغیرهای پاسخ دارد و افزایش قطر بافلها تأثیر نامطلوبی بر تولید TKE ایجاد میکند. در نهایت شرایط بهینه (نسبت قطر بافل به قطر راکتور (d0/D) 4/0، فرکانس 15 هرتز، فاصله بین بافلها 10 میلیمتر، و قطر بافلها 3 میلیمتر) بهدست آمد. تحت این شرایط، مقدار بیشینه TKE برابر با (m^2/s^2) 36683/0 و میانگین آن برابر با (m^2/s^2) 071449/0محاسبه شد. راکتور جریان نوسانی تکروزنه بهینهشده با افزایش انرژی جنبشی آشفتگی و ایجاد شرایط مطلوب کاویتاسیون هیدرودینامیکی، توانست مکانیسم مؤثری برای غیرفعالسازی میکروارگانیسمهایی مانند E. coli در پاستوریزاسیون غیرحرارتی شیر فراهم کند و ضمن حفظ خواص تغذیهای و کیفی، جایگزینی پایدار و کارآمد برای روشهای حرارتی سنتی ارائه دهد.
Ahmad, T., Aadil, R. M., Ahmed, H., ur Rahman, U., Soares, B. C., Souza, S. L., Pimentel, T. C., Scudino, H., Guimarães, J. T., & Esmerino, E. A. (2019). Treatment and utilization of dairy industrial waste: A review. Trends in Food Science & Technology, 88, 361-372.https://doi.org/10.1016/j.tifs.2019.04.003
Ahmed, S. M., Phan, A. N., & Harvey, A. P. (2017). Scale‐up of oscillatory helical baffled reactors based on residence time distribution. Chemical Engineering & Technology, 40(5), 907-914.https://doi.org/10.1002/ceat.201600480
Azizi-Lalabadi, M., Moghaddam, N. R., & Jafari, S. M. (2023). Pasteurization in the food industry. In Thermal processing of food products by steam and hot water (pp. 247-273). Elsevier.https://doi.org/10.1016/B978-0-12-818616-9.00009-2
Bhatti, M. M., Marin, M., Zeeshan, A., & Abdelsalam, S. I. (2020). Recent trends in computational fluid dynamics. Frontiers in Physics, 8, 593111.https://doi.org/10.3389/fphy.2020.593111
de Souza, A. B., Xavier, A. A. O., Stephani, R., & Tavares, G. M. (2023). Sedimentation in UHT high-protein dairy beverages: Influence of sequential preheating coupled with homogenisation or supplementation with carbohydrates. International Dairy Journal, 137, 105505.
Goger, B., Rotach, M. W., Gohm, A., Fuhrer, O., Stiperski, I., & Holtslag, A. A. (2018). The impact of three-dimensional effects on the simulation of turbulence kinetic energy in a major alpine valley. Boundary-Layer Meteorology, 168(1), 1-27.https://doi.org/10.1007/s10546-018-0341-y
Guetouache, M., Guessas, B., & Medjekal, S. (2014). Composition and nutritional value of raw milk. J Issues Biol Sci Pharm Res, 2350, 1588.
Gulsacan, B., Tokgoz, N., Karakas, E. S., Aureli, M., & Evrensel, C. A. (2024). Effect of orifice thickness-to-diameter ratio on turbulent orifice flow: An experimental and numerical investigation. International Communications in Heat and Mass Transfer, 151, 107213.https://doi.org/10.1080/10408398.2023.2201834
Harvey, A., Mackley, M., & Stonestreet, P. (2001). Operation and optimization of an oscillatory flow continuous reactor. Industrial & Engineering Chemistry Research, 40(23), 5371-5377.https://doi.org/10.1021/ie0011223
He, N., & Zhao, Z.-x. (2010). Theoretical and numerical study of hydraulic characteristics of orifice energy dissipator. Water Science and Engineering, 3(2), 190-199.https://doi.org/10.3882/j.issn.1674-2370.2010.02.007
Heryana, Y. H., Wulandani, D., & Supriyanto, S. (2022). Orifice Analysis in Biodiesel Reactor with Hydrodynamic Cavitation System using Computational Fluid Dynamics. Jurnal Keteknikan Pertanian, 10(1), 85-94. https://journal.ipb.ac.id/index.php/jtep/article/view/38998
Khadivi, F., Hosseinzadeh Samani, B., Rostami, S., Asghari, M., & Ghatrehsamani, S. (2026). Design, construction, and evaluation of an oscillatory–liquid‐phase plasma reactor for biodiesel production from sunflower oil. Biofuels, Bioproducts and Biorefining, 20(1), 165-176.https://doi.org/10.1002/bbb.70066
Khadivi, F., Samani, B. H., Rostami, S., Taki, K., Asghari, M., & Ghatrehsamani, S. (2025). Optimization and CFD-RSM analysis of single orifice reactor for enhanced biodiesel production. PloS one, 20(7), e0326747.https://doi.org/10.1371/journal.pone.0326747
Kouhifaiegh, M., Hosseinzadeh Samani, B., Ebrahimi, R., & Taki, K. (2024). Design and construction of a single orifice oscillatory flow reactor for the continuous production of biodiesel from sunflower oil. Biofuels, 15(8), 1041-1050.https://doi.org/10.1080/17597269.2024.2330187
Kumar, J., & Bansal, A. (2013). Photocatalytic degradation in annular reactor: modelization and optimization using computational fluid dynamics (CFD) and response surface methodology (RSM). Journal of Environmental Chemical Engineering, 1(3), 398-405.https://doi.org/10.1016/j.jece.2013.06.002
Li, N., Liu, Y., Li, L., Chang, S., Han, S., Zhao, H., & Meng, H. (2020). Numerical simulation of wind turbine wake based on extended k‐epsilon turbulence model coupling with actuator disc considering nacelle and tower. IET Renewable Power Generation, 14(18), 3834-3842.https://doi.org/10.1049/iet-rpg.2020.0416
Mazubert, A. (2014). Selection, development and design of a continuous and intensified reactor technology to transform waste cooking oil in biodiesel and biosourced formulations Institut National Polytechnique de Toulouse-INPT].https://dx.doi.org/10.70675/13ae8615zb042z4f51za3ddz7e2d3e17f8fe
Mazubert, A., Fletcher, D., Poux, M., & Aubin, J. (2016). Hydrodynamics and mixing in continuous oscillatory flow reactors—Part I: Effect of baffle geometry. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, 108, 78-92.https://doi.org/10.1016/j.cep.2016.07.015
McDonough, J., Murta, S., Law, R., & Harvey, A. (2019). Oscillatory fluid motion unlocks plug flow operation in helical tube reactors at lower Reynolds numbers (Re≤ 10). Chemical engineering journal, 358, 643-657.https://doi.org/10.1016/j.cej.2018.10.054
Mortazavi, H., & Pakzad, L. (2023). Power consumption in a moving baffle oscillatory baffled reactor: A CFD study. The Canadian Journal of Chemical Engineering, 101(5), 2878-2895.https://doi.org/10.1002/cjce.24672
Motahayerzadeh, M., Arab Hosseini, A., Samimi Akhijahani, H., & Khoshachi, M. (2018). (2018). Application of Computational Fluid Dynamics (CFD) in the optimal design of solar dryer absorber plate. Iranian Journal of Biosystems Engineering, 49(2), 285-294. , 49(2), 285-294. https://doi.org/https://doi.org/10.22059/ijbse.2017.240246.664981
Murotani, R., Horie, T., Fujioka, S., Komoda, Y., Ohmura, N., Masuda, H., Okita, E., & Yasuda, M. (2024). CFD analysis of laminar mixing mechanism and performance in an oscillatory baffled reactor. Chemical Engineering & Technology, 47(8), 1114-1123.https://doi.org/10.1002/ceat.202300582
Rabbani, A., Ayyash, M., D’Costa, C. D., Chen, G., Xu, Y., & Kamal-Eldin, A. (2025). Effect of Heat Pasteurization and Sterilization on Milk Safety, Composition, Sensory Properties, and Nutritional Quality. Foods, 14(8), 1342.https://doi.org/10.3390/foods14081342
Taki, K., Hosseinzadeh Samani, B., & Anasari Ardali, A. (2024). Unleashing the Power of Plasma and Flow: A Novel Cold Plasma‐Oscillatory System for Enhanced Continuous Biodiesel Production from Sunflower Oil. Energy Technology, 12(3), 2301164.https://doi.org/10.1002/ente.202301164
Taki, K., Samani, B. H., Izadi, Z., Rostmai, S., & Nazai, F. (2025). Non-thermal inactivation of Escherichia coli in milk using a Venturi tube reactor and liquid-phase plasma: A parametric optimization study. International Dairy Journal, 167, 106269.https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2025.106269
Talha Ahmad, T. A., Aadil, R., Haassan Ahmed, H. A., Rahman, U., Soares, B., Souza, S., Pimentel, T., Scudino, H., Guimarães, J., & Esmerino, E. (2019). Treatment and utilization of dairy industrial waste: a review. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2019.04.003
Tang, J., Zhu, X., Jambrak, A. R., Sun, D.-W., & Tiwari, B. K. (2024). Mechanistic and synergistic aspects of ultrasonics and hydrodynamic cavitation for food processing. Critical reviews in food science and nutrition, 64(24), 8587-8608.https://doi.org/10.1080/10408398.2023.2201834
Zheng, M., & Mackley, M. (2008). The axial dispersion performance of an oscillatory flow meso-reactor with relevance to continuous flow operation. Chemical Engineering Science, 63(7), 1788-1799.https://doi.org/10.1016/j.ces.2007.12.020
خدیوی,فاطمه , تاکی,کیمیا و حسین زاده سامانی,بهرام . (1405). بهینهسازی و تحلیل CFD-RSM یک رآکتور جریان نوسانی تک روزنه برای فرآیند پاستوریزاسیون غیرحرارتی شیر. پژوهشهای مکانیک ماشینهای کشاورزی, 15(1), 77-94. doi: 10.22034/jrmam.2026.14860.754
MLA
خدیوی,فاطمه , , تاکی,کیمیا , و حسین زاده سامانی,بهرام . "بهینهسازی و تحلیل CFD-RSM یک رآکتور جریان نوسانی تک روزنه برای فرآیند پاستوریزاسیون غیرحرارتی شیر", پژوهشهای مکانیک ماشینهای کشاورزی, 15, 1, 1405, 77-94. doi: 10.22034/jrmam.2026.14860.754
HARVARD
خدیوی فاطمه, تاکی کیمیا, حسین زاده سامانی بهرام. (1405). 'بهینهسازی و تحلیل CFD-RSM یک رآکتور جریان نوسانی تک روزنه برای فرآیند پاستوریزاسیون غیرحرارتی شیر', پژوهشهای مکانیک ماشینهای کشاورزی, 15(1), pp. 77-94. doi: 10.22034/jrmam.2026.14860.754
CHICAGO
فاطمه خدیوی, کیمیا تاکی و بهرام حسین زاده سامانی, "بهینهسازی و تحلیل CFD-RSM یک رآکتور جریان نوسانی تک روزنه برای فرآیند پاستوریزاسیون غیرحرارتی شیر," پژوهشهای مکانیک ماشینهای کشاورزی, 15 1 (1405): 77-94, doi: 10.22034/jrmam.2026.14860.754
VANCOUVER
خدیوی فاطمه, تاکی کیمیا, حسین زاده سامانی بهرام. بهینهسازی و تحلیل CFD-RSM یک رآکتور جریان نوسانی تک روزنه برای فرآیند پاستوریزاسیون غیرحرارتی شیر. پژوهشهای مکانیک ماشینهای کشاورزی, 1405; 15(1): 77-94. doi: 10.22034/jrmam.2026.14860.754
