شبیه سازی خشک کن خورشیدی

شبیه سازی خشک کن خورشیدی – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه  مکانیک

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

مدل شبیه سازی فرآیند خشک کن خورشیدی

چکیده

هدف این مقاله مطالعه رفتار حرارتی سیستم هواگرمکن خورشیدی به عنوان یک منبع انرژی برای خشک کردن محصولات کشاورزی می باشد. ابتدا دما و سرعت خروجی هوای خشک کن ارزیابی شده، و سپس یک فرمول ریاضی از فرآیند فیزیکی خشک کردن خورشیدی بر اساس معادلات انتقال جرم و حرارت ارائه شده و شبیه سازی می گردد.

واژگان کلیدی: انرژی خورشید، مدلسازی، انرژی جنبشی خشک کن

شبیه سازی خشک کن خورشیدی

۱- مقدمه

مصرف بالای انرژی در فرآیند خشک سازی و اهمیت حفاظت از محیط زیست موجب شده است تا به کاربرد انرژی خورشیدی در مبحث فرآیندهای کشاورزی و صنعتی توجه بیشتری شود. علاوه بر این، اخیراً کیفیت محصولات خشک شده برای فراوری محصولات کشاورزی اهمیت زیادی پیدا کرده است. این موارد موجب  شده اند تا انگیزه کافی برای حل مسئله بهینه سازی چند منظوره در زمینه خشک سازی محصولات با محدودیت های زمانی ایجاد شود. خشک کردن با استفاده از انرژی خورشیدی یکی از قدیمی ترین روشهای نگهداری است که در آن می توان از انرژی خورشیدی برای گرمایش هوا استفاده کرد. این امر و نیز مسائل زیست محیطی که اخیراً مطرح می شوند خود موکد لزوم اعمال بررسی هایی در مورد کاربرد انرژی خورشیدی برای خشک کردن می باشد. این کاربرد برای تمام انواع فرآیند های خشک کن که از دمای نسبتاً پایین استفاده می کنند مناسب است، از جمله خشک کردن محصولات کشاورزی یا سایر محصولات یا غلات. هدف از این کار را می توان در دو مولفه مشخص ساخت. اولین مورد نگهداری مواد یا محصولات برای استفاده آنها در آینده است، مانند کاری  که در مورد محصولات غذایی انجام میشود؛ دومین مورد به عنوان بخش لاینفکی از فرآیند تولید مد نظر می باشد، مثل خشک کردن الوار. کلکتورهای خورشیدی این مزیت را دارند که نسبت به خشک شدن در معرض آفتاب راندمان بالاتری دارند. راندمان کلکتور خورشیدی به نوع و مدل آن و نیز به نرخ اتلاف حرارتی حین عملیات بستگی دارد.

شبیه سازی خشک کن خورشیدی

۲- آب و هوای تونس

جهان عرب یک ناحیه جغرافیایی مهم است که در طول سال روزهای آفتابی طولانی دارد. بنابراین، استفاده از انرژی خورشیدی میتواند هزینه انرژی را به طور قابل توجهی کاهش دهد. تونس در حدود ۲۸۶۰ تا ۳۲۰۰ ساعت تابش خورشیدی در سال را تجربه می کند و به طور میانگین kWh.m^-2.d^-1 4.8 انرژی خورشیدی دریافت می کند. این انرژی خورشیدی ، مخصوصاً در تابستان، برای جوابگویی به نیازهای مرتبط با انرژی در مبحث خشک کردن محصولات کشاورزی کفایت دارد.

شبیه سازی خشک کن خورشیدی

۳- مدل هواگرمکن خورشیدی ( شکل ۱)

انتقال حرارت همرفتی بین هوا و سطح پوششی ( صفحه – سیال و پوشش- سیال) عبارت است از:

ضریب انتقال حرارت همرفتی ناشی از باد از جداره های کانال به هوای محیط توسط واتموف و همکارانش[۱] ارائه شده است:

[۱] Watmuff et al.

شبیه سازی خشک کن خورشیدی

۴- مدل خشک سازی ( شکل ۲)

از آنجا که سیب معمولاً به صورت ورقه ای خشک میشود، انتقال حرارت و انتقال جرم هم جهت در نظر گرفته میشوند. در طول فرآیند خشک سازی، ورقه های سیب همزمان تحت انتقال جرم و انتقال حرارت قرار می گیرند. حرارت منتقل شده از هوا به محصولات موجب تبخیر آب و منجر به افزایش رطوبت نسبی در هوا می شود. فرض می شود تمام حرارتی که توسط هوا اتلاف می شود به صورت گرمای نهان بخار آب برای تبخیر رطوبت مورد استفاده قرار می گیرد.

۴-۱- تعادل جرم

با اعمال معادله پیوستگی در دو فاز داریم:

بعد از ترکیب این دو معادله و وارد کردن وزن آب خشک، ، می توان عبارت مرکزی زیر را بدست آورد:

۴-۲- تعادل انرژی

 با این فرض که تبخیر فقط در سطح اتفاق می افتد ، انتقال حرارت خود از قانون فوریه تبعیت می کند و تابع ضریب حجم آب رسانندگی نیز بصورت متغیر می باشد، بنابر این خواهیم داشت:

۴-۳- شرایط اولیه و حدی

• در زمان صفر، مقدار آب و دما هر دو یکنواخت هستند:

• (x=e): بر روی سطح محصول انتقال حرارت از طریق تابش و همرفت اتفاق می افتد. بنابراین میتوان پیوستگی شار انرژی را بدین صورت نوشت:

شبیه سازی خشک کن خورشیدی

۵- حل عددی

یافتن حل تحلیی معادله دیفرانسیل جزیی بسیار پیچیده است، بنابراین این معادلات از طریق روش اجزای محدود به صورت عددی حل شدند. از دما، سرعت و رطوبت هوای خروجی کلکتور خورشیدی در شبیه سازی فرآیند خشک سازی استفاده شده است.

شبیه سازی خشک کن خورشیدی

۶- شبیه سازی فرآیند خشک سازی خورشیدی

جریان  هوای گرم که موجب  تبخیر آب می شود  منجر  به کاهش میزان  رطوبت  محصول می شود تا اینکه به حالت تعادل برسد. تأثیر دمای هوا بر فرآیند خشک کردن ورقه های سیب در شکل ۳ نشان داده شده است. تأثیر سرعت هوا بر فرآیند خشک کردن ورقه های سیب در شکل ۴ نشان داده شده است. تأثیر رطوبت هوا بر فرآیند خشک کردن ورقه های سیب در شکل  ۵ نشان داده شده است.

۶-۱- تأثیر دمای هوا

همانطور که در سایر مطالعات بیان شده است فاکتور اصلی که بر سینتیک خشک سازی تأثیر می گذارد دما است. بنابراین، سینتیک خشک کن و در نتیجه اتلاف آب مستقیماً به دمای هوا بستگی دارد. در واقع، کل زمان خشک سازی با افزایش دمای هوا از ۳۰ تا ۵۰ درجه سانتیگراد اساساً کاهش یافت، و نرخ خشک شدن متناسب با دمای هوا بوده است ( شکل ۳).

۶-۲- تأثیر سرعت هوا

همانطور که انتظار می رفت، به خاطر افزایش سرعت هوا فرآیند خشک سازی تسریع می یابد. این تأثیر معمولاً کمتر از تأثیر دما در نظر گرفته می شود ( شکل ۴).

۶-۳- تأثیر رطوبت هوا

تأثیر رطوبت هوا در تسریع فرآیند خشک سازی کمتر از تأثیر دمای هوا است ( شکل ۵).  همانطور که انتظار می رفت با کاهش رطوبت هوا از ۲۰% به ۴۰% فرآیند خشک سازی تسریع می یابد. برای محصولات مشابه نتایج مشابهی در مقاله های انتشار یافته گزارش شده است.

شبیه سازی خشک کن خورشیدی

۷- نتیجه گیری

مدل شبیه سازی خشک سازی اطلاعاتی در مورد تأثیر پارامترهای مختلف بر پدیده خشک سازی ارائه می کند. با این وجود، دقت روند مطرح شده باید از طریق مقایسه با نتایج تجربی اعتبارسنجی شود. همانطور که می دانیم، سیستم های خشک کن راندمان ۱۰۰% ندارند؛ چراکه درون دیواره ها اتلاف حرارت وجود دارد.

دما مهم ترین فاکتور نرخ خشک سازی برای ورقه های سیب است، در حالیکه تأثیر سرعت هوا  و رطوبت هوا کمتر از تأثیر دمای هو می باشد.