توسعه يك مدل رياضي براي پيش بيني تغييرات رطوبت گلابي در حين خشك شدن همرفتي

Development of a mathematical model for predicting moisture changes in pear during convective drying

كارايي چندين مدل نظري براي پيش بيني ميزان رطوبت برش هاي گلابي در هنگام خشك شدن ارزيابي و مقايسه شد. ورقه‌هاي گلابي در 5 درجه حرارت مختلف (30-40-50-60-70) خشك و ضرايب نفوذ رطوبت و انتقال جرم همرفتي تخمين زده شد. در مرحله بعدي‌، مدل انتقال جرم با استفاده از حل رياضي قانون دوم انتشار فيك با مدل‌هاي مختلف عددي و تحليلي توسعه يافت. نتايج مدل‌هاي مورد مطالعه نشان داد كه هر دو مدل عددي در توصيف منحني‌هاي خشك كردن آزمايشي كاملا دقيق‌تر از مدل تحليلي بودند. با اين حال‌، بهترين نتيجه با مدل تركيبي ارايه شده در اين مطالعه به دست آمد. اين مدل بالاترين مقدار ضريب تبيين (R2=0.999) و كمترين مقدار ريشه ميانگين مربعات خطا (RMSE=0.06) را نشان داد. دقت بالاتر اين مدل را مي‌توان به اين واقعيت نسبت داد كه اين مدل جمله‌اي را براي شبيه سازي انتقال رطوبت همرفتي در نظر گرفته و شرايط مرزي مناسب را انتخاب مي‌كند. با استفاده از اين مدل‌، مي‌توان تغييرات رطوبت در برشهاي گلابي را با دقت بالا به عنوان تابعي از متغيرهاي داخلي (ضخامت‌ و تركيب شيميايي) و عوامل خارجي (دما‌، رطوبت نسبي و سرعت هوا) پيش بيني كرد.

The efficiency of several theoretical models to predict the moisture content of pear slices during drying were evaluated and compared. Pear slices were dried at 5 different temperatures (30-40-50-60-70oC) and the moisture diffusivity and convective mass transfer coefficient were estimated. In the next step, mass transfer model was developed by using mathematical solution of Fickchr(chr('39')39chr('39'))s second law of diffusion with different numerical and analytical models. The results of the studied models indicated that the both numerical models were substantially more accurate than analytical model in describing the experimental drying curves. However, the best result was obtained with the combined model developed in this study. This model presents the highest coefficient of determination (R2) value (0.999), and the lowest root mean square error (RMSE) value (0.06). The higher accuracy of this model can be attributed to the fact that this model takes into account the term that simulate the convective moisture transport and chooses the appropriate boundary conditions. By applying this model, it is possible to predict moisture variations in pear slices with high accuracy as a function of internal variables (thickness, chemical composition) and external factors (temperature, relative humidity and air velocity).