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

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 موثر 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 99.87 تا 99.98 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.

simulation of three-dimensional heat and mass transfer phenomena during convectional drying of carrot

the aim of this study was a three-dimensional simulation of the heat and moisture transfer process in food drying operations. a three-dimensional geometric model of carrot slices was used for simulation. the domain was discretized into 1017 tetrahedral elements, with a freedom degree of 30550. governing differential equations of heat transfer and moisture transfer during the carrot drying process were solved under different drying air temperatures based on the finite element method using the comsol multiphysics 3.5 software. the equation was solved by considering the variable engineering properties of carrots. the temperature and moisture profiles were predicted at different drying conditions. in addition, some experiments were performed to obtain the engineering properties of carrot slices, such as bulk and true density and the effective moisture diffusion coefficient during hot air drying at different thicknesses of slices and air temperatures. the predicted data were compared with the experimental data. results showed that the model can accurately predict the moisture and temperature variation of the sample during the drying process. prediction accuracy was 99.87 to 99.98 %, and the error was 3.5 to 19 %. therefore, the developed simulator can be highly accurate for other agricultural products with similar engineering properties