مطالعه جريان در تبخيركننده صفحه‌اي تغذيه پيشرو با استفاده از مدل‌سازي ديناميك سيال

Flow in a Forward-Feed Plate Evaporator Using Computational Fluid Dynamics

تغليظ موجب كاهش درصد آب موجود در مواد غذايي مايع و افزايش عمر مفيد آن‌ها مي‌شود. تغليظ به روش‌هاي مختلف به كمك تبخيركننده‌ها انجام مي‌شود. براي كنترل فرايند تبخير، مطالعه و شبيه‌سازي رفتار ديناميكي تبخيركننده ها، قبل از طراحي و ساخت آن ها، ضروري است. در اين تحقيق فرايند تغليظ آب انار از 18 به 50 درصد، به‌صورت يك مدل دو فاز مخلوط در يك تبخيركننده صفحه‌اي جريان اجباري تغذيه پيشرو، با استفاده از نرم افزار فلوينت، شبيه‌سازي شده است. بر اساس نتايج به دست آمده، مكش در ستون تبخير توسعه مي‌يابد و تنها در ابتداي مسير، از ورودي تا فاصله حدود 20 سانتي‌متري از ورودي، مقداري افت فشار وجود دارد. روند تغيير دما نشانگر افزايش دما در ستون تغليظ است، كه در ابتدا با شدت زياد و با ادامه يافتن فرايند، با شدت كمتري رخ مي‌دهد. با ادامه جريان بخار به سمت خروجي، مقدار متوسط سرعت افزايش مي‌يابد. بررسي تغييرات شعاعي اندازه سرعت نشان دهنده حداكثر سرعت در وسط محيط جريان و كاهش تدريجي آن تا مرزهاي جداره واحد تغليظ است. در ستون تغليظ، جز حجمي آب انار به تدريج كاهش اما جز حجمي بخار افزايش مي‌يابد. نتايج حاصل از اين مدل‌سازي قابل تعميم براي محصولات مايع ديگر نيز هست، اما ضرورت دارد ويژگي هاي حرارتي- فيزيكي مايع مورد نظر را در سطوح مختلف غلظت براي نرم‌افزار تعريف كرد.

Concentration decreases the amount of water in liquid food and increases shelf life. Several types of evaporators are used for concentration, thus, it is necessary to simulate the process before design to control efficiency. The flow of pomegranate juice was simulated in a forward-feed flat plate evaporator at concentrations of 18 to 50 Brix in a two-phase mixture model using computational fluid dynamics. The results show that a vacuum developed in the evaporator column causing a slight drop in pressure at the inlet. Temperature increased at high intensities at the flow entrance zone. The magnitude of the velocity of the vapor increased as the flow increased from the inlet toward the outlet of the evaporator. Radial velocity was at a maximum in the middle of the flow medium and decreased gradually toward the boundary layer. The volume fraction of the pomegranate juice decreased and the volume fraction of the steam increased gradually from the inlet toward the outlet of the evaporator. This model can be applied for other liquids, but it is first necessary to define the thermo-physical properties of the liquid at different concentrations.