شبيه‌سازي و مدل‌سازي دو بعدي فرآيند حرارت‌دهي اهميك در يك سيستم غذايي دو فازي

Two-dimensional modeling and simulation of Ohmic heating processing in a two-phase food system

در اين تحقيق به منظور بررسي اثر فاكتورهاي بحراني موثر بر فرآيند اهميك، انتقال همزمان حرارت و الكتريسيته در يك سيستم غذايي دو فازي جامد-مايع مدل­سازي شد. در اين مدلسازي با در نظر گرفتن مدل سيال ساكن دي آلويس و فراير، يك شبيه سازي دو بعدي به منظور بررسي اثر اندازه ذرات بر نرخ حرارت­ دهي فازها با استفاده از نرم افزار تجاري COMSOL انجام گرفت. از يك ذره جامد با هدايت الكتريكي كمتر نسبت به مايع اطراف خود استفاده شد تا بتوان ويژگي هاي حرارت دهي اهميك مخلوط جامد- مايع را در دو سطح مقطع متفاوت ذره بررسي نمود. فاز پراكنده شامل يك ذره سيب­ زميني استوانه اي شكل با دو اندازه مختلف و سيال مورد نظر شامل محلول 5 درصد كربوكسي متيل سلولز (CMC) در 0/5 درصد كلريد سديم بود. نتايج نشان داد سازگاري تقريبي خوبي بين نتايج حاصل از مدل شبيه سازي شده و نتايج آزمايشگاهي وجود داشته است. با افزايش اندازه ذرات نرخ حرارت دهي كاهش مي يابد كه با پديده Worst-Case كه به عنوان يك حالت غيرايده آل در شبيه­ سازي دو بعدي در تحقيق حاضر بكار برده شد؛ هم خواني داشت. سردترين نقطه ذره در مركز ذره قرار داشت و با گذشت زمان همچنان سردترين نقطه باقي ماند و با فاصله گرفتن از مركز ذره دما افزايش يافت. در مجموع ميتوان نتيجه گرفت كه در فرآيند حرارت دهي اهميك نفوذ حرارت و الكتريسيته در سرتاسر محصول سريعتر از روش هاي مرسوم حرارت دهي بوده و در هر دو فاز مايع و جامد بطور يكسان و تقريبا با سرعت برابر صورت مي گيرد.

In this study, we modeled the simultaneous heat and electricity transfer in a solid-liquid two-phase system in order to determine the critical factors affecting the ohmic heating process. In this modeling, by considering the static fluid model of De Elwis and Fryer, a two-dimensional simulation was done by the commercial COMSOL software in order to investigate the effect of the particle size on the rate of phase heating. So, a solid particle with a lower electrical conductivity comparing with its surrounding liquid, was used to determine the ohmic heating properties of the solid-liquid mixture in two different cross-sections .The dispersed phase consisted of a cylindrical piece of potato with two different sizes and the fluid consisted of a 5% solution of carboxymethyl cellulose (CMC) at 5.0% sodium chloride. The results showed a good approximate agreement between the results of the simulation model and the experimental results. The heating rate decreased with increasing the particle size and conformed to the Worst-Case phenomenon which was used as a non-ideal circumstance in the two-dimensional simulation in the current research. The coldest point was in the center of the particle and as the time proceeded, it remained the coldest and as the distance from this point increased, the temperature increased. It can be concluded that the influence of heat and electricity throughout the heating process is faster than conventional methods of heating and occurs in both liquid and solid phase uniformly and almost with the same speed.