طراحی، ساخت، مطالعه‏ی آزمایشگاهی و مدل‏سازی ریاضی یک دستگاه خشک‏کن خورشیدی

در این تحقیق یک خشک‏کن خورشیدی طراحی و ساخته شده است. مهمترین ویژگی این خشک‏کن در نظر گرفتن پیش‏بینی‏های لازم جهت تغییر آسان شرایط عملیاتی در آن از حالت مستقیم به غیر مستقیم و یا از حالت جابجایی طبیعی به جابجایی اجباری می‏باشد. از این خشک‏کن به منظور خشک نمودن چندین محصول کشاورزی استفاده ‏شد. در مطالعات آزمایشگاهی پارامترهایی نظیر شکل و اندازه‏ی محصول، سرعت و دمای هوای خشک‏کن، طرز چیدمان محصول بر روی سینی و تأثیر پوست محصول بررسی گردید. مقایسه‏ی عملکرد خشک‏کن در حالت اجباری و طبیعی نشان داد که سرعت خشک شدن اغلب محصولات در حالت طبیعی بیشتر از حالت اجباری است. بر اساس شرایط فیزیکی حاکم بر سیستم، مدل‏های سینتیکی در بیان رفتار خشک شدن چند محصول از جمله سیب زمینی پیشنهاد شد. آزمایش‏های مشابهی نیز در زیر نور مستقیم خورشید برای محصولات مختلف انجام ‏پذیرفت. یک ضریب تأثیر به صورت نسبت سرعت خشک شدن در خشک‏کن خورشیدی به سرعت خشک شدن در زیر نور مستقیم خورشید تعریف شده و از آن جهت بررسی اثر گلخانه‏ای درون خشک‏کن استفاده ‏شد. ارزیابی ضریب تأثیر، حاکی از افزایش قابل توجه سرعت خشک شدن محصول درون خشک‏کن نسبت به روش نور مستقیم بود. به منظور بررسی عوامل اثر گذار بر سینتیک خشک شدن محصول و عملکرد سیستم، یک مدل ریاضی دینامیکی برای خشک‏کن استخراج گردید‏. دقت و صحت این مدل با مقایسه‏ی نتایج مدل با نتایج آزمایشگاهی، با در نظر گرفتن پارامترهایی از قبیل دمای هوای خشک‏کن، مقدار رطوبت محصول و سرعت خشک شدن، با حداقل خطا به مقدار %5/6 و حداکثر خطا به مقدار %24 تأیید ‏شد. از مدل ریاضی جهت بررسی عواملی نظیر شدت دبی جرمی هوای خشک‏کن، سطح گردآورنده خورشیدی، شدت تابش خورشیدی و مقدار اولیه‏ی محصول استفاده ‏گردید. بازده خشک‏کن به عنوان معیار عملکرد خشک‏کن به صورت نسبت گرمای مصرفی جهت تبخیر رطوبت از محصول به گرمای تابشی دریافت شده توسط گردآورنده خورشیدی تعریف ‎شد. کاهش شدت دبی هوای خشک‏کن، افزایش سطح گردآورنده و افزایش مقدار اولیه‏ی محصول موجب افزایش بازده خشک‏کن ‏گردید. مقادیر بهینه برای شدت دبی هوا در فصل تابستان و سطح گردآورنده در فصل زمستان به ترتیب 0155/0 کیلوگرم بر ثانیه و 5/5 متر مربع معین شد. نتایج مدل سازی سیستم نشان ‏داد که دمای هوای خشک‏کن مهمترین عامل بر سرعت خشک شدن محصول می‏‏باشد، بطوریکه هر عاملی که دمای هوای خشک‏کن را افزایش دهد، موجب افزایش سرعت خشک شدن محصول می‏گردد. در این خشک‏کن سینتیک خشک شدن محصول از رفتار شدت تابش خورشیدی تبعیت می‏نماید.