شبیه‌سازی عددی شرایط عبور هوا در دو الگوی ورود هوای رایج و هشتی شکل در خشک‌کن شلتوک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• حمیدرضا گازر ¹
• امیدرضا روستاپور ²
• روح اله جهانیان ³

¹ مؤسسه تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران

² بخش تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی فارس، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، شیراز، ایران

³ دانشکده مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد بافق، بافق، ایران

https://doi.org/10.22067/jam.v9i1.63603

چکیده

در این مقاله بهینه‌سازی شرایط عبور هوا در خشک‌کن‌های مرسوم شلتوک با استفاده از روش دینامیک سیال جریان در دو الگوی رایج و الگوی هشتی شکل بررسی شد. آزمایشات با استفاده از یک خشک‌کن بستر خوابیده آزمایشگاهی با قابلیت تغییر الگوی جریان هوا در دمای 50 درجه سلسیوس برای خشک کردن شلتوک رقم هاشمی انجام شد. با استفاده از روش دینامیک سیال محاسباتی و به‌کارگیری نرم‌افزار فلوئنت، مدل‌سازی عددی تغییرات دما، سرعت جریان هوا و افت فشار در مقاطع مختلف خشک‌کن و توده متخلخل شلتوک بررسی و با داده‌های آزمایش مقایسه شد. همچنین اثر پارامترهایی از جمله زمان خشک شدن در حالت پایا و زمان‌های 20، 100، 1000، 1800، 3600 و 7200 ثانیه بر تغییرات دما هوا در توده شلتوک نیز در الگوهای رایج و هشتی نیز مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد با در نظر گرفتن دبی و دمای ثابت در ورودی محفظه خشک‌کن، سرعت جریان هوا در الگوی هشتی در تمامی قسمت‌ها بیشتر از الگوی رایج بود. در الگوی رایج سرعت هوا در مجاری هوا به‌صورت تقریباً یکنواخت از ورودی تا صفر در انتها کاهش می‌یافت در صورتی‌که در الگوی هشتی در ابتدا با شیب کمتری بوده و در انتها بیشتر می‌شد. همچنین در مقایسه دو حالت عبور هوا در الگوی رایج و هشتی شکل میزان افت فشار در حالت الگوی رایج حدود 10 درصد بیشتر از حالت کاربرد مجاری هشتی شکل بوده و تنها در انتهای سیستم به دلیل برخورد هوا به مانع دیواره انتهایی افت فشار در حالت هشتی اندکی بیشتر از حالت رایج بود. حالت هشتی شکل در کف مخزن خشک‌کن به دلیل عبور مقدار بیشتری جریان هوای داغ از درون خود عملکرد بهتری را در مقایسه با حالت رایج داشت. بهبود جریان هوا در شلتوک‌ها بیشتر مربوط به لایه‌ها و قسمت‌های میانی به پایین بود و در لایه‌ها بالایی تفاوت چندانی میان دو الگوی به‌کار رفته ملاحظه نشد. اعتبارسنجی داده‌های دما نشان داد که درصد اختلاف بین دمای اندازه‌گیری شده و دمای مدل در هر دو الگو، بین 4 تا 6 درصد بود که این اختلاف در الگوی هشتی شکل کمتر از الگوی رایج بود.

کلیدواژه‌ها

• توده متخلخل
• خشک‌کن شلتوک
• دینامیک سیال جریان
• مدل‌سازی

20.1001.1.22286829.1398.9.1.4.3

مراجع

1. Achenbach, E. 1995. Heat and flow characteristics in packed beds. Experimental Thermal and Fluid Science 10:17-21.

2. Amanlou, Y., and A. Zomorodian. 2010. Applying CFD for designing a new fruit cabinet dryer. Journal of Food Engineering 101: 8-15.

3. Azimi, O. 2016. Computational Fluid Dynamics Analysis in a Corn Air Flow Paddy Dryer with Two Types of Passing Air Flow of Lateral and Central. Faculty of graduate. Islamic Azad University, Bafgh Branch. (In Farsi).

4. Cakmak, G., and C. Yildiz. 2009. Design of a new solar dryer system with swirling flow for drying seeded grape. International Communications in Heat and Mass Transfer 36: 984-990.

5. Esmaeilzadeh, A. 1994. Numerical heat transfer and fluid flow. Tabriz University Publisher. Tabriz (In Farsi).

6. Fadaie, D., and Y. Amanlou. 2010. Analysis of air temperature and speed profiles in Hybrid cabinet dryer using Computational Fluid Dynamics (CFD). National congress on Agricultural Machinery and Mechanization, Karaj, Iran. (In Farsi).

7. Kazemi, F. 2016. Numerical Modeling of Airflow in a Cabinet Dryer and Determination the Effect of Using Air Deflector Plates on Airflow Pattern and Drying Rate in the Dryer Chamber. Faculty of graduate. Faculty of graduate. Islamic Azad University, Bafgh Branch. (In Farsi).

8. Mirade, P. S. 2006. Prediction of the air velocity field in modern meat dryers using unsteady computational fluid dynamics (CFD) models. Journal of Food Engineering 60: 41-48.

9. Mohsenin, N. 1980. Thermal properties of foods and agricultural materials. Gordon and Breach Science Publishers Ins. New York.

10. Motamedzadegan, A., Sh. Hosseinee and M. Poormoghdam. 2013. Effect of parboiling on physical properties of Tarom Hashemi cultivates. National congress on Agricultural Machinery and Mechanization, Mashhad, Iran. (In Farsi).

11. Mousavi, S. F., M. H. Abbaspour-Fard, and M. Khojastehpour. 2015. The effect of fan speed control system on the inlet air temperature uniformity in a solar dryer. Journal of Agricultural Machinery 5 (2): 491-501.

12. Mozaffari, K. 2013. Numerical modeling of air flow in the chamber of an active solar dryer in order to flow optimization by using some elements in the dryer chamber. Faculty of graduate. Islamic Azad University, Shiraz Branch. (In Farsi).

13. Rafati-Saleh, A., and M. Zivdar. 2010. Study on turbulence models in simulation of dry pressure drop for structured packings using CFD analysis. Students Conference of Chemistry Engineering. Kermanshah, Iran. (In Farsi).

14. Rezk, K., and J. Forsberg. 2011. Geometry development of the internal duct system of a heat pump tumble dryer based on fluid mechanic parameters from CFD software. Applied Energy 88: 1596-1605.

15. Rigit, A., and P. Low. 2010. Heat and mass transfer in a solar dryer with biomass backup burner. World Academy of Science Engineering and Technology 38: 105-108.

16. Roustapour, O. R., K. Mozaffari, and A. R. Tahhavor. 2014. Optimization of energy consumption in a solar dryer by numerical modeling of flow in the chamber with air deflectors. Journal of Agricultural Machinery Science 10: 43-47.