خشک کردن دانه، شبیه سازی با انسیس فلوئنت

شرح پوژه (خشک کردن دانه)

هدف از این مسأله، شبیه سازی عددی فرایند خشک کردن دانه (seed drying) با استفاده از نرم افزار انسیس فلوئنت (ANSYS Fluent) است.

از بین بردن رطوبت از بذرها، فرایند خشک کردن دانه نامیده می‌شود. فرآیند خشک کردن دانه باید میزان رطوبت دانه‌ها را به سطح رطوبت ایمن کاهش بدهد تا ماندگاری و پایداری آنها در طول زمان ذخیره سازی حفظ شود. در غیر این صورت، دانه‌ها ممکن است به دلیل رشد کپک، گرم شدن و افزایش فعالیت میکروبی به سرعت فاسد شوند.

در این پروژه، یک محفظه نیمه استوانه‌ای ساده برای فرآیند خشک کردن دانه طراحی شده است. در داخل محفظه، مجموعه‌ای از دانه‌ها به صورت کروی در نظر رگفته شده‌اند، که نشان دهنده دانه‌های مرطوب هستند. جریان هوای گرم از پایین محفظه با دمای 303.15 کلوین و سرعت 0.15 m/s به سمت بالا حرکت کرده و از قسمت بالایی خارج می‌شود. حرکت این جریان هوای گرم می‌تواند رطوبت داخل دانه‌ها را از بین ببرد.

هندسه مدل حاضر را به صورت سه بعدی با استفاده از دیزاین مدلر (Design Modeler) طراحی کردیم. ناحیه محاسباتی مدل شامل فضای داخلی یک محفظه نیمه استوانه‌ای است که در وسط آن، مجموعه‌ای از اشکال کروی به عنوان دانه طراحی شده است.

سپس مدل حاضر را با استفاده از نرم افزار انسیس مشینگ (ANSYS Meshing) مش بندی کردیم. مش بندی از نوع بدون سازمان بوده و تعداد 6286496 سلول ایجاد شده است.

روش‌های استفاده شده

در این شبیه سازی، ترکیبی از هوا و h₂O در ناحیه محاسباتی مدل تعریف شده است، و به همین دلیل از مدل انتقال گونه‌ها (species transport) استفاده می‌شود. همچنین فرض براین است که این دانه‌های کروی به صورت محیط‌های متخلخل (porous medium) هستند که رطوبت در حفره‌های داخل این محیط‌ها نفوذ کرده است.

ماده این محیط متخلخل به عنوان گندم (wheat) تعریف می‌شود؛ به طوری که این ماده دارای چگالی (density) معادل 1422.9 kg/m³ و ظرفیت گرمایی ویژه (specific heat capacity) معادل 1459.35 J/kg.K و هدایت حرارتی (thermal conductivity) معادل 0.1335 W/mK است.

همچنین ضریب تخلخل (porosity) این محیط‌ها برابر 0.418، مقاومت ویسکوزیته (viscous resistance)  که معادل معکوس نفوذپذیری (permeability) است معادل 1e+151/ m² و مقاومت اینرسی (inertial resistance) آن معادل 6e+11 1/m می‌باشد.

نتایج

پس از پایان فرایند حل، کانتورهای (contour) دو بعدی و سه بعدی مربوط به دما، فشار و سرعت به دست می‌آیند. کانتورها نشان می‌دهد که رطوبت یا h₂O در دانه‌های داخل محفظه با حرکت جریان هوای گرم به سمت بالا کاهش می‌یابد.