پیش بینی زمان انجماد و مدل سازی عددی انتقال حرارت در حین فرآیند انجماد

در این مطالعه، از سه مدل ریاضی (پلانک، فام و مدل عددی (اجزاء محدود)) برای پیش بینی زمان انجماد نمونه های سیب زمینی استفاده شد. به منظور توسعه مدل عددی، خصوصیات ترموفیزیکی (چگالی، هدایت حرارتی و گرمای ویژه) به عنوان تابعی از ترکیب نمونه و دما پیش بینی شد. ضریب انتقال حرارت همرفتی نیز با استفاده از روش مسئله معکوس و اعداد بدون بعد برآورد شد. نتایج نشان داد که زمان محاسبه شده توسط مدل عددی از بین سه مدل دیگر، دقیق ترین بوده و در مرحله بعدی بهترین مدل، مدل پیشنهادی فام است. علاوه بر این، تطابق خوبی بین دمای مشاهده شده و دمای پیش بینی شده توسط روش عددی در روش های مختلف انجماد مشاهده شد. به عنوان نتیجه گیری کلی، مدل عددی توسعه یافته، دمای نمونه های سیب زمینی را به درستی در حین انجماد پیش بینی می کند و می تواند برای شبیه سازی انجماد مواد غذایی معلق در هوا مورد استفاده قرار گیرد. علاوه بر این، روش مساله معکوس توسعه داده شده برای پیش بینی ضریب انتقال حرارت همرفتی می تواند در سیستم های مختلف انجماد به منظور انتخاب بهترین سیستم یا بهینه سازی روند انجماد مواد غذایی بکارگرفته شود.

Prediction of Freezing Time and Numerical Model of Heat Transfer during Freezing Process

In this study, three mathematical models (Plank, Pham and numerical model (finite element)) were used to predict the freezing time of potato samples. In order to develop the numerical model, thermophysical properties (density, thermal conductivity and specific heat) were predicted as a function of sample composition and temperature. Convective heat transfer coefficient was also estimated using the inverse problem method and dimensionless numbers. The results showed that the time calculated by the numerical model was the most accurate among three models and in the next step the best model was Pham model. In addition, an excellent agreement was obtained between observed temperature and temperature predicted by the numerical method in different freezing methods. In conclusion, the developed numerical model predicts the freezing temperature of potato samples correctly and can be used to simulate the freezing of suspended food in the air. In addition, the inverse problem method developed to predict convective heat transfer coefficient can be used in different freezing systems in order to choose the best system or optimize the process of food freezing.