مدل سازی ترمودینامیکی خشک شدن یک ماده منفرد در شرایط محیطی ثابت

روش معمول در مدل سازی فرایند خشک شدن مواد، استفاده از معادلات انتقال جرم و حرارت و پیش بینی تغییرات رطوبت ماده در حین خشک شدن است. در این مقاله فرایند خشک شدن یک ماده منفرد در هوا از منظر ترمودینامیکی مورد بررسی قرار گرفته است. مدل ترمودینامیکی پیشنهادی توسط داده‌های تجربی حاصل از خشک شدن نمونه‌های کوچک سیب زمینی کروی و برگ سبز چای مورد بررسی و اعتبار سنجی قرار گرفت. نمونه‌های کروی سیب زمینی به قطر 2 سانتی متر در سه دمای 40، 50 و ?60 و همچنین برگ‌های سبز چای در سه دمای 35، 45 و ?55 در داخل یک خشک کن آزمایشگاهی خشک شدند. مدل پیشنهادی با برقراری موازنه‌های جرم، انرژی و آنتروپی، تغییرات دما و رطوبت نمونه‌ها و همچنین مقادیر آنتروپی تولیدی و اکسرژی را در حین خشک شدن پیش بینی می‌کند. نتایج نشان می‌دهند که تغییرات سرعت هوا تاثیر کمی بر نرخ خشک شدن مواد دارد. دمای سطح نمونه‌ها در ابتدا سریعاً افزایش یافته سپس به تدریج تا انتهای فرایند خشک شدن به دمای گاز می‌رسد. آنتروپی تولیدی نیز ابتدا به سرعت افزایش یافته و سپس با خشک شدن ماده سیر نزولی پیدا می‌کند. همچنین اکسرژی مانند انرژی در حین خشک شدن افزایش یافت. مقایسه نتایج مدل با داده‌های تجربی نشان دهنده اعتبار مدل پیشنهادی است. مقدار خطای نسبی داده‌های پیش بینی شده نسبت به داده‌های تجربی (mre ) برای رطوبت و دما به ترتیب برای برگ سبز چای 9/3 و 1/3 درصد و برای نمونه‌های سیب زمینی 3 و 9/3 درصد محاسبه شدند.