شبیه‌سازی عددی فرآیند انتقال حرارت در سیب‌زمینی تحت دمای بالا به روش اجزا محدود

نویسندگان
زهرا خداکرمی فرد 1
محمد جواد حسین زاده 2
علیرضا شیرازی نژاد 3
1 دانشجوی دکتری تخصصی، گروه علوم و صنایع غذایی، واحد سروستان، دانشگاه آزاد اسلامی، سروستان، ایران
2 مدرس، گروه علوم و صنایع غذایی، واحد سروستان، دانشگاه آزاد اسلامی، سروستان، ایران
3 استادیار، گروه علوم و صنایع غذایی، واحد سروستان، دانشگاه آزاد اسلامی، سروستان، ایران
10.52547/fsct.18.116.337
چکیده
در این مقاله به بررسی موضوع انتقال حرارت در اجسام جامد سه‌بعدی، یه صورت خاص با هندسه استوانه‌ای، به کمک روش عددی اجزا محدود توسط نرم‌افزار تجاری آباکوس پرداخته شده است. حرارت دادن و سرد کردن در فراوری مواد غذایی فعالیتهای معمول هستند، حرارت دادن مواد غذایی با اهداف مختلفی نظیر کاهش تجمیع میکروبی، غیرفعال کردن آنزیم ها، کاهش مقدار آب ماده غذایی، اصلاح ویژگی عملکردی یک ترکیب خاص و پختن انجام می شود که انتقال حرارت نقش محوری در تمامی این عملیات ها دارد. در این مقاله به‌منظور بررسی تغییرات دمایی خلال سیب‌زمینی واقع در روغن با دمای بالا، نمونه با هندسه استوانه‌ای برای مدل‌سازی در نظر گرفته‌شده است که در دمای روغن برابر دویست درجه سانتی گراد قرار گرفته است. نتایج به‌دست‌آمده از مدل‌سازی عددی خلال سیب‌زمینی در روغن با دمای بالا نشان می هد که آهنگ تغییرات در قسمت‌های لبه‌ای مدل بیشتر از سایر قسمت‌های آن است که این خود عاملی برای سوختگی لبه های خلال سیب زمینی می باشد. همچنین تغییرات دمایی در مرکز مدل کمترین آهنگ تغییرات را دارد به عبارتی توزیع انتقال حرارت در شعاع استوانه به‌صورت لگاریتمی انجام می‌شود. بعلاوه با بیشتر شدن زمان در معرض قرار گرفتن نمونه خلال سیب‌زمینی در روغن با دمای بالا، تقریباً تمام مدل به شرایط دمایی یکسانی می‌رسد.
کلیدواژه‌ها
المان محدود
انتقال حرارت
سیب‌زمینی
مدل‌سازی عددی
مواد غذایی

موضوعات

عنوان مقاله English

Numerical Simulation of the Heat Transfer Process Potato Subjected to high temperature with Finite Element Method

نویسندگان English

zahra khodakaramifard 1
حسین زاده Hosseinzadeh 2
Alireza Shirazinejad 3
1 Ph.D. student, Department of Food Science and Technology, Sarvestan Branch, Islamic Azad University, Sarvestan, Iran
2 Lecture, Department of Food Science and Technology, Sarvestan Branch, Islamic Azad University, Sarvestan, Iran
3 Assistant Professor, Department of Food Science and Technology, Sarvestan Branch, Islamic Azad University, Sarvestan, Iran
چکیده English

In this paper, the issue of heat transfer in three-dimensional solid objects, a special form with cylindrical geometry, is investigated using the numerical finite element method by the commercial software Abaqus. Heating and cooling in food processing are common activities, heating food for a variety of purposes such as reducing microbial aggregation, inactivating enzymes, reducing the amount of nutrient water, modifying the functional properties of a particular compound, and cooking when heat transfer is performed. It plays a central role in all these operations. In this paper, a cylindrical geometry specimen with a temperature of 200 °C is used to investigate the temperature variations of potatoes in high-temperature oil. The results of numerical modeling of potato slices in high-temperature oil show that the rate of changes in the edges of the model is higher than in other parts of the model, which is a factor for the burns of potato edges. Also, the temperature variations in the center of the model have the lowest changes in the logarithmic distribution of heat transfer in the cylinder radius. In addition, with the increase in an exposure time of potato samples in high-temperature oil, almost all models reach the same temperature conditions.

کلیدواژه‌ها English

Finite element
Heat Transfer
potato
Numerical Modeling
Foodstuffs
[1] I. LAMBERG and B. HALLSTRÖM, “Thermal properties of potatoes and a computer simulation model of a blanching process,” Int. J. Food Sci. Technol., vol. 21, no. 5, pp. 577–585, 1986.
[2] A. N. CALIFANO and A. CALVELO, “Thermal Conductivity of Potato between 50 and 100°C,” J. Food Sci., vol. 56, no. 2, pp. 586–587, 1991.
[3] F. Chemkhi, S. & Zagrouba, “Characterisation of Potato Slices During Drying: Density, Shrinkage, and Thermodynamic of Sorption,” International Journal of Food Engineering, vol. 7. 2011.
[4] C. Cevoli and A. Fabbri, “Heat transfer finite element model of fresh fruit salad insulating packages in non-refrigerated conditions,” Biosyst. Eng., vol. 153, pp. 89–98, Jan. 2017.
[5] T. Fadiji, C. J. Coetzee, T. M. Berry, A. Ambaw, and U. L. Opara, “The efficacy of finite element analysis (FEA) as a design tool for food packaging: A review,” Biosyst. Eng., vol. 174, pp. 20–40, Oct. 2018.
[6] C. Cevoli, A. Fabbri, U. Tylewicz, and P. Rocculi, “Finite element model to study the thawing of packed frozen vegetables as influenced by working environment temperature,” Biosyst. Eng., vol. 170, pp. 1–11, Jun. 2018.
[7] Y. E. Lin, R. C. Anantheswaran, and V. M. Puri, “Finite element analysis of microwave heating of solid foods,” J. Food Eng., vol. 25, no. 1, pp. 85–112, Jan. 1995.
[8] S. Sahin and S. G. Sumnu, “Thermal Properties of Foods,” in Physical Properties of Foods, New York, NY: Springer New York, 2006, pp. 107–155.
[9] Manual ABAQUS, “Getting Started with ABAQUS.” 2016.
[10] E. C. M. Sanga, A. S. Mujumdar, and G. S. V. Raghavan, “Simulation of convection-microwave drying for a shrinking material,” Chem. Eng. Process. Process Intensif., vol. 41, no. 6, pp. 487–499, Jul. 2002.