پایش پارامترهای موثر بر خشک شدن محصول به منظور ارزیابی و بررسی دقیق عملکرد سیستم در شرایط واقعی ضروری است. برای بررسی عملکرد خشک کن خورشیدی همرفت اجباری طراحی شده جهت خشک کردن سبزی های برگی و گیاهان دارویی، یک سیستم پایش ساخته شد. که در آن چند حسگر دما دیجیتالی در نقاط ورودی هوا به جمع کننده، خروجی هوا از جمع کننده، و خروجی هوا از محفظه خشک کن قرار داده شده است. برای ثبت اطلاعات حسگرها و انجام محاسبات، برنامه ای با استفاده از زبان برنامه نویسی ویژوال بیسیک 6 نوشته شد. آزمایش ها در سه تکرار و هر تکرار به مدت 8 ساعت از 10 صبح تا 6 بعد از ظهر در فصل تابستان اجرا شد. در تمامی آزمایش ها، محصول (نعنا) به ارتفاع 5 سانتی متر روی سینی های محفظه خشک کن قرار داده شد. نتایج آزمایش ها نشان می دهد که انرژی تابشی در صفحه جمع کننده، انرژی حرارتی جذب شده در جمع کننده، و انرژی لازم برای تبخیر محصول رابطه ای خطی و مستقیم با دما دارند و نیز در فرایند خشک شدن، انرژی تابشی ابتدا روند افزایشی و سپس کاهشی دارد. نتایج حاصل از آزمایش ها همچنین نشان می دهد که میانگین دماها در ورودی جمع کننده، خروجی جمع کننده، و خروجی هوا از محفظه خشک کن به ترتیب 38.1، 54.7 و 45.5 درجه سانتی گراد است. میانگین حداکثر و حداقل بازده انرژی در آزمایش ها به ترتیب 49 و 14.7 درصد و دامنه نوسانات آن در محدوده 14 تا 53 درصد است. میانگین انرژی تابشی و انرژی لازم برای تبخیر رطوبت محصول به ترتیب 4572.4 و 2772.2 کیلوژول به دست آمد. منحنی خشک شدن محصول نیز به صورت رابطه ای نمایی با رابطه Mwb=1.827e-0.4857t و 0.945 =R2 به دست آمد.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

در این مطالعه با استفاده از اندازه گیری های آزمایشگاهی نرخ تبخیر از سطح ساده آب برای تاثیر عوامل گوناگون نظیر: اختلاف فشار بخار، سرعت جریان هوا، پارامترهای بدون بعد، در بازه گسترده ای از رژیم های همرفت اجباری، ترکیب طبیعی و اجباری و همرفت طبیعی، در دامنه بررسی شده است. این دامنه از با استفاده از سرعت های میانگین 0/1، 0/3، 0/9، 2، 4، 5 و 6 متر بر ثانیه و دمای آب از 20 تا 55 تولید شده است. تحقیقات نشان می دهد نرخ تبخیر به شدت به رژیم جریان وابسته است. در رژیم همرفت اجباری و رژیم همرفت ترکیبی با افزایش اختلاف فشار بخار و سرعت جریان هوا، نرخ تبخیر افزایش یافته اما آهنگ افزایش آن در رژیم همرفت اجباری کاهش یافته طوریکه در این رژیم نرخ تبخیر به صورت تابع توانی با اختلاف فشار بخار تغییر می نماید. در رژیم همرفت ترکیبی با افزایش سرعت جریان هوا، توان اختلاف فشار بخار کاهش می یابد. نتایج نشان می دهد در رژیم همرفت طبیعی هر دو پارامتر اختلاف فشار بخار و اختلاف چگالی بخار، بر نرخ تبخیر اثر می گذارد و علاوه بر اختلاف فشار بخار، اختلاف چگالی نیز بر نرخ تبخیر موثر است.

سبزی های برگی با داشتن رطوبت بالا و بافت لطیف نسبت به فرآیند خشک کردن فوق العاده حساس اند. خشک کردن آنها در خشک کن های صنعتی و همچنین با روش های سنتی باعث افت کیفیت، آلودگی، و اتلاف محصول می شود. این مشکلات و نیز ضرورت صرفه جویی در مصرف انرژی های فسیلی، استفاده از خشک کن خورشیدی را برای سبزی ها بسیار توجیه پذیر می سازد. خشک کن خورشیدی طراحی شده از نوع پخشی (غیرمستقیم) همرفت اجباری با ظرفیت خشک کردن 10 کیلوگرم سبزی برگی تازه در یک روز تابستانی در کرج است. در محاسبات خشک کن از مقادیر انرژی تابشی و ارقام هواشناسی کرج و نمودار رطوبت سنجی استفاده شد. برای جا به جایی هوا در داخل خشک کن از مکنده ای کوچک استفاده شد که انرژی خود را از برق شبکه شهر (ولتاژ 220 ولت، فرکانس 50 هرتز) می گرفت. برای گرم کردن هوا، از جمع کننده صفحه تخت پره دار با مساحت مفید 1.83 متر مربع استفاده شد. محفظه خشک کن دارای دو سینی هر یک به ابعاد 10.×0.5 متر (به مساحت نیم متر مربع) است. ارزیابی جمع کننده انرژی خورشیدی در اوایل آذرماه 1383 انجام شد. در این آزمایش ها تلفات حرارتی جمع کننده، بازده جمع کننده، و تاثیر پره ها در افزایش انرژی مفید جمع کننده مورد مطالعه قرار گرفت. در حدود 82 درصد از کل تلفات حرارت جمع کننده از طریق صفحه پوشش، 14 درصد از پشت جمع کننده و 4 درصد از طریق سطوح جانبی جمع کننده بود. سهم هر پره در افزایش انرژی مفید جمع کننده در حدود 7 درصد به دست آمد. با توجه به بالا بودن درصد اتلاف حرارت از صفحه پوشش، جهت کاهش این اتلاف و افزایش بازده جمع کننده، استفاده از طرح هایی مانند دو جداره کردن این صفحه یا صفحه پوشش پله ای ضروری است.

ساختار همرفت مرطوب ژرف می تواند تحت تأثیر چینش باد، انرژی پتانسیل در دسترس همرفتی، رطوبت نسبی و توزیع قائم هر یک از این متغیرها در کنار سایر عوامل مؤثر دیگر قرار گیرد که در این بین چینش باد نقش مهم تری در ایجاد همرفت ایفا می کند. این امر به سبب فرآیندهای بزرگ و همدید مقیاس، همراه با تعدیل انرژی پتانسیل در دسترس همرفت و بازدارنده همرفت، شرایطی مناسب برای ایجاد همرفت به وجود می آورند. نقش میانگین بزرگ مقیاس، سبب کاهش بازدارنده همرفت می شود، ولی سرعت قائم حتی چند سانتی متر بر ثانیه می تواند تأثیر آشکاری بر گمانه¬زنی محیط داشته باشد. همچنین وجود ناپایداری پتانسیلی معمولاً عاملی مهم در آغازگری همرفت مرطوب ژرف به شمار می¬رود. دیده می شود هنگامی که دما به نقطه بحرانی می رسد و بازدارنده همرفت حذف می گردد، همرفت ژرف مرطوب آغاز می شود. در حالتی که بسته هوایی که از فراز لایه پایدار کم ارتفاع زیرین بالا می رود، ممکن است دارای انرژی بازدارنده همرفتی نسبی کم و انرژی پتانسیل همرفتی آزاد نسبی زیاد باشد. این امر سبب پشتیبانی همرفت مرطوب ژرف ارتفاع یافته می شود. توده هوای گرم، آغازگری جریانات بالاسو را تداوم می بخشد و تکوین بعدی همرفت به فراسنج هایی مانند چینش باد قائم و کلاهک وارونگی محیط در کنار سایر فراسنج ها، بستگی دارد. سامانه های بزرگ مقیاس همرفتی می توانند با واداشت های کمتری سبب بالاروی گسترده توده هوا بر روی سطح جبهه تا تراز همرفت آزاد شوند

در این پژوهش اثر جایگزینی جدار الاستیک در کانال دوبعدی برای جریان همرفت اجباری حول استوانه دایروی محصور با جریان تراکم ناپذیر مطالعه عددی شده است. با عبور جریان از اطراف استوانه گرم و نوسان جدار الاستیک، آهنگ انتقال گرما در هر لحظه تغییر می کند که این تغییرات تابع شرایط ارتعاش نوسانگر الاستیک می باشد. دامنه، فرکانس و مود ارتعاشی از اصلی ترین پارامترهای تأثیرگذار بر جریان عبوری از کانال می باشند. ازاین جهت در این پژوهش تأثیر ارتعاش نوسانگر در مود های اول، دوم و سوم بررسی شده و در هر مود، سه دامنه متفاوت و در هر دامنه سه فرکانس مختلف برسی شده است و محاسبات برای دو عدد رینولدز 100 و 200 حل شده و با یکدیگر و نتایج کانال صلب مقایسه شده است. نتایج بیانگر این است که با در مود اول برخلاف مودهای دوم و سوم نوسان جدار الاستیک تأثیر بسیار زیادی بر عدد نوسلت متوسط، دمای متوسط خروجی و ضریب پسای استوانه دارد. از طرفی در تمامی مود ها با افزایش دامنه و فرکانس، عدد نوسلت متوسط، دمای متوسط خروجی و ضریب پسای استوانه افزایش می یابند.

در این پژوهش تأثیر برهم کنش شاره-جامد برای جریان همرفت اجباری در کانالی با جریان تراکم ناپذیر دوبعدی بررسی می شود. یک سطح این کانال تبادل گرما داشته و سطح دیگر جامد الاستیک و عایق است. با عبور جریان از سطح گرم و نوسان سطح الاستیک آهنگ گرمای منتقل شده به سیال تغییر می کند. در این حالت آهنگ تبادل گرما به عنوان تابعی از شرایط سطح الاستیک نوسان گر رفتار می نماید، که یکی از این عوامل مؤثر بر تبادل گرما، دامنه ارتعاش سطح الاستیک می باشد. از این جهت هدف شبیه سازی صورت گرفته، بررسی کاربرد جایگزینی مرز الاستیک با مرز صلب در بخشی از کانال و تأثیر اندازه بیشینه دامنه نوسان سطح الاستیک مرتعش بر آهنگ انتقال گرما است. در کانال مورد بررسی سطح پایین تحت شرط مرزی دما ثابت قرار داشته و سطح بالایی در دو حالت صلب و الاستیک، عایق بوده و با سیال عامل هوا در شرایط مختلف بررسی شده است. معلوم شد که عدد نوسلت میانگین و دمای میانگین هوای خروجی از کانال، با جایگزینی سطح الاستیک با بخشی از مرز کانال صلب افزایش می یابد. همچنین با افزایش بیشینه دامنه نوسان جدار مرتعش، عدد نوسلت میانگین، دمای میانگین سیال خروجی و آهنگ انتقال گرما از سطح دما ثابت به سیال عامل افزایش می یابد.

به منظور افزایش کیفیت محصولات خشک شده وکاهش ضایعات مرحله خشکاندن می باید پارامترهای اساسی سیستم به صورت مداوم در طول فرآیند خشک شدن کنترل گردند. کنترل دقیق چنین پارامترهایی با استفاده از سیستم های کنترل خودکار میسر است. از همین رو، به منظور بهینه سازی بازده انرژی در خشک کن های خورشیدی همرفت اجباری یک سیستم کنترل خودکار طراحی و ساخته شد. با استفاده از روابط ریاضی و پایش دمای هوای ورودی به جمع کننده، دمای هوای خروجی از جمع کننده و دمای هوای خروجی از محفظه خشک کن، بازده انرژی به دست آمد. با استفاده از برنامه نوشته شده، بازده های فعلی و بهینه خشک کن محاسبه شده و با هم مقایسه می شدند. در صورت برابر نبودن این دو بازده، دور فن به گونه ای تغییر می یافت تا بازده خشک کن در حد بهینه باقی بماند. به منظور ارزیابی سیستم کنترل خودکار، آزمایش هایی در 3 تکرار انجام شد و نتایج نشان داد که سیستم کنترل خودکار قادر است به خوبی دور فن را به دور کنترلی مورد نظر برای تامین بازده بهینه برساند. هم چنین با استفاده از این سیستم، بازده فعلی برابر با بازده بهینه خشک کن شده به طوری که در طول یک روز کاری خشک کن همواره با بازده بهینه،کار می کند. همچنین آزمون نمونه های جفتی برای دو بازده فعلی و بازده بهینه با توزیع t-student انجام شد و نتایج تجزیه و تحلیل های آماری نشان داد که در سطح 1 درصد بازده بهینه به طور معنی داری بیشتر از بازده فعلی خشک کن است.