شبیه سازی پدیده های انتقال موجود در فرآورش مواد غذائی با دو روش حل عددی مستقیم و محیط متخلخل

اندازه گیری سرعت سیال و نحوه پخش آن که نقشی اساسی در سایر پدیده های دیگر نظیر انتقال حرارت و جرم داردیکی از مشکلات اساسی در بهبود فرآیندهای موجود در صنعت غذا و طراحی سیستم های جدید می باشد. در سالهایاخیر دسترسی به کامپیوترهای و نرم افزاهای قدرتمند با قابلیت استفاده راحت تاثیر مهمی روی آموزش مهندسین درزمینه های مختلف داشته است. در گذشته مهندسین رشته های مختلف مجبور به یادگیری حل های تحلیلی جهت حلمسائل مختلف دیفرانسیل بودند و بنابراین مجبور به یادگیری سخت مسائل ریاضی بودند. از طرف دیگر، امروزهمهندسین دسترسی آسان و سریعی به کامپیوترهای قدرتمندی دارند و فقط کافی است به ماهیت فیزیکی مسئله وتفسیر نتایج آشنا باشند. علاوه بر این، حل معادلات دیفرانسیل جریان سیال به روش تحلیلی محدود به مسائل مربوطهبه جریان های آرام و با شکل هندسی بسیار ساده میباشد و نمیتوان خصوصیات سیال را وابسته به دما و غیره درنظر گرفت. در روش عددی مستقیم معادله ناویر استوکس و معادله پیوستگی وابسته به زمان و مکان به صورت کاملحل میگردد که ارزش یک چنین شبیه سازی کاملا روشن و آشکار است. از این روش میتوان به عنوان یک روشتحقیقاتی متفاوت از داده های آزمایشگاهی نگریست که با استفاده از تکنیک های اندازهگیری متفاوت به دست آمده اند.این روش به ویژه در به دست آوردن اطلاعات در مورد خصوصیات غیر قابل اندازهگیری سیال نظیر نوسانات فشار وسرعت بسیار مطلوب و کاربردی میباشد. در روش حل عددی مستقیم، پیچیدگی های هندسی نظیر محیط متخلخلساده سازی نمیشوند. علاوه بر این، معادلات حاکم برای جریان آرام و اغتشاشی سیال تحت تاثیر نرخ سرعت و نوعسیال قرار نمی گیرد هرچند که هزینه محاسبات در این روش به مراتب بالاتر از روش متخلخل خواهد شود. محیطمتخلخل اشاره به محیطی دارد که دارای منافذی میباشد که توسط سیال پر شده است. عموما بسیاری از این منافذبه نحویی به هم وصل هستند که انتقال حرارت و جرم در آنها امکان پذیر است و سرعت پدیده های انتقال در اینمحیط سریعتر از محیط های جامد میباشد. بر خلاف حل عددی مستقیم، در محیط متخلخل انتقال کلی مومنتومبوسیله تنش برشی در سیال اغلب نادیده گرفته میشود. از طرف دیگر، در بیشتر موارد توصیف دقیقی که منجر بهتفکیک دقیق هر نقطه گردد امکان پذیر نیست و بنابراین یکسان در نظر گرفتن محیط سیال و متخلخل به صورتیک محیط واحد یک رویکرد معمولی میباشد. همانطوری که ذکر گردید در محیط متخلخل میتوان از انتقال مومنتومبوسیله تنش برشی صرف نظر کرد اما معادله برینکمن جریان سیال را در محیط های متخلخلی که انتقال مومنتوم درآنها به دلیل تنش برشی مهم است توصیف می کند. سرعت واقعی در محیط متخلخل از تقسیم سرعت ظاهری برمیزان تخلخل به دست خواهد آمد. استفاده از سرعت ظاهری میدان سرعت را در سرتاسر ناحیه متخلخل بین نواحیمتخلخل و نواحی جریان آزاد به صورت پیوسته در میآورد. معادلات حاکم در محیط متخلخل که دارای منافذ بزرگهستند ترکیبی از معادله پیوستگی و مومنتوم میباشند که با هم معادله برینکمن را تشکیل میدهند. متغیرات وابستهدر معادله برینکمن سرعت دارسی و فشار می باشد.

کلیدواژه ها:

پدیده های انتقال ، شبیه سازی ، روش عددی مستقیم ، رویکرد محیط متخلخل