آنالیز انرژی و اکسرژی یک خشک کن بستر ثابت بر مبنای نتایج آزمایشگاهی و مدل سازی ریاضی

در این پژوهش سینتیک خشک شدن انجیر و عملکرد یک خشک کن بستر ثابت در مقیاس آزمایشگاهی جهت خشک کردن انجیر از دو جنبه آزمایشگاهی و تئوری مورد بررسی و مطالعه قرار گرفته است. در بخش آزمایشگاهی این مطالعه تاثیر پارامترهای عملیاتی نظیر دما، سرعت و رطوبت هوای ورودی به خشک کن بر روی سینتیک خشک شدن انجیر و ضریب نفوذ موثر آن که براساس حل تحلیلی قانون دوم فیک در مختصات کروی تخمین زده می شود، مورد بررسی قرار گرفت. به علاوه یک مدل سینتیکی مفهومی براساس ماهیت فیزیکی پدیده، برای خشک شدن انجیر توسعه داده شد. این مدل پیشنهادی به صورت تابعی وابسته به شرایط عملیاتی می باشد و می توان از آن بطور مستقیم در مدل سازی ریاضی خشک کن های مستقیم نظیر خشک کن های بستر ثابت استفاده کرد. همچنین تاثیر شرایط عملیاتی ( دما، سرعت و رطوبت هوای ورودی) به صورت آزمایشگاهی بر عملکرد خشک کن بستر ثابت موجود، مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. همچنین مدل سازی ریاضی دینامیکی خشک شدن انجیر در یک بستر ثابت ارائه گردید. این مدل شامل معادلات انتقال جرم و حرارت در منطقه خشک کردن می باشد. بدین منظور براساس پدیده فیزیکی رخ داده شده در خشک کن بستر ثابت و با استفاده از قوانین بقای جرم و انرژی، معادلات حاکم با روش های عددی حل گردیدند. نتایج حاصل از مدل یک ابزار مناسب برای مطالعه تغییرات دما و رطوبت هوای خشک کن، دمای مواد خشک شونده و محتوای رطوبت آن برحسب زمان خشک شدن و طول خشک کن فراهم می کند. نتایج پیش-بینی شده با داده های آزمایشگاهی متناظر موردمقایسه قرار گرفت. همانطور که مشاهده شد، نتایج حاصل از مدل، عملکرد خشک کن را در شرایط ناپایا به خوبی پیش بینی می کند. به علاوه تاثیر پارامترهای عملیاتی بر بازده انرژی خشک کن مورد مطالعه قرار گرفت. نهایتا براساس نتایج بدست آمده از مدل سازی ریاضی که پیش تر ذکر گردید، تحلیل انرژی و اکسرژی به صورت میکروسکوپی بر روی سیستم صورت گرفت و اتلاف اکسرژی، بازده انرژی و اکسرژی برای شرایط عملیاتی مختلف ارائه گردید. نتایج این تحقیق نشان داد که که دمای هوای ورودی به خشک کن بیشترین تاثیر را بر زمان و سرعت خشک شدن انجیر در مقایسه با دیگر شرایط عملیاتی دارد. مقدار بیشینه بازده انرژی و اکسرژی به ترتیب 59% و 30% می باشد. با افزایش دمای هوای خشک کننده بازده انرژی و اکسرژی افزایش می یابد.