مدل سازی و حل تحلیلی انتقال حرارت و جرم در فرایند خشک کردن مواد غذایی به روش همرفت

پدیده تغییر فاز در محدوده وسیعی از فرایندهای صنعتی روی مواد غذایی اتفاق می افتد. در چنین فرایندهایی, یک مرز جدا کننده بین فازهای مختلف تشکیل می شود. خصوصیات انتقال به طور قابل ملاحظه ای بین دو فاز تغییر می کنند و لذا باعث تفاوت در میزان انتقال انرژی و جرم به فاز دیگر می شود. خشک کردن یکی از فرایندهای مهم پس از برداشت مواد غذایی و گیاهی می باشد که پدیده های انتقال حرارت, جرم و تبخیر به طور هم زمان در طی این فرایند اتفاق می افتند. هدف از خشک کردن مواد امکان افزایش دوره نگهداری آن ها، کاهش حجم مواد و فضای لازم برای بسته بندی آن ها و کاهش هزینه های حمل و نقل می باشد. طی فرایند خشک کردن می بایست حفظ بافت، رنگ و طعم و ارزش غذایی فراورده را نیز مد نظر داشت. از این رو, در حین فرایند باید کنترل های دقیقی به منظور جلوگیری از ضایعات حرارتی اعمال گردد. در گرمایش (خشک کردن) مواد غذایی, هم زمانی انتقال حرارت و جرم, شبیه سازی اینگونه مسائل را مشکل می کند. با توجه به این که خشک کردن, حذف حداکثر آب از فراورده با هدف افزایش مدت ماندگاری, از قدیمی ترین روش های نگهداری مواد غذایی و فراورده های کشاورزی می باشد. مدل سازی عددی این پدیده به صورت وسیعی انجام شده است. ولی به روش تحلیلی این مدل سازی با فرضیات محدودکننده ای همراه بوده که مهمترین فرض, ثابت بودن دمای جسم (ماده غذایی) در زمان انجام فرایند است. در این تحقیق با مطالعه دقیق پدیده, روشی جدید جهت حل هم زمان معادله های یک بعدی انتقال حرارت و جرم، در مختصات کارتزین و استوانه ای، به روش تحلیلی ارائه گردیده است. برای مدل سازی, خواص مواد غذایی هویج و انبه در نظر گرفته شده است. در ابتدا, جهت ارزیابی روش حل پیشنهادی, نتایج تحقیق حاضر و نتایج آزمایشگاهی با یکدیگر مقایسه گردیده و تطابق خوبی مشاهد شده است. سپس برای حالت هاییجکه کنترل کننده فرایند خشک کردن درونی و بیرونی/درونی؛ دمای درون ماده یکنواخت و غیریکنواخت؛ و ماده غذایی برش خورده و استوانه ای باشد، نتایج ارائه شده است. نتایج این پژوهش نشان می دهد با به کارگیری روش حل پیشنهادی می توان به راحتی پدیده های انتقال حرارت, جرم و تبخیر را مدل نمود و به سرعت تغییرات دما و رطوبت ماده غذایی را طی فرایند خشک کردن به دست آورد. نتایج تحقیق حاضر و هم چنین روش حل پیشنهاد شده می تواند برای کاربردهای مهندسی که به دنبال مدلی کارامد و سریع میجباشند مورد استفاده قرار گیرد.