مدل های حمل و نقل جفت و مکانیک جامد برای برنج پف کرده بهتر
در کار من در COMSOL، همیشه جالب است که ببینم حوزه انتقال حرارت چقدر می تواند گسترده باشد. محققان به دور از محدود شدن به شمش های فولادی و فن های CPU، اغلب از COMSOL Multiphysics برای مطالعه انتقال حرارت در تولید مواد غذایی استفاده می کنند. یکی از نمونه های خوب این موضوع، مطالعه اثرات حرارتی و مکانیکی در تولید برنج پفکی است که در کنفرانس COMSOL 2013 در بوستون ارائه شد.
فیزیک در فرآوری مواد غذایی
محقق توشار گولاتی و سرپرست گروه پروفسور آشیم داتا در دانشگاه کرنل در کاربرد روشهای فیزیکی، مانند شبیهسازی با COMSOL Multiphysics، برای مشکلات علوم غذایی تخصص دارند. درست کردن غذا – غذای با کیفیت بالا، هر بار – مستلزم کنترل و درک مقادیر مناسب گرما و محتوای آب است.
وقتی کیفیت آشپزی خود را در آشپزخانه بهینه میکنیم، معمولاً این کار را با آزمون و خطا انجام میدهیم – کمی بیشتر بجوشانیم، کمی حرارت کمتری روی شعله بگذاریم و ببینیم که طعم آن بهتر است یا بدتر از دفعه قبل. اما برای فرآوری مواد غذایی صنعتی ، این مسیر کارآمدی نیست. ممکن است تنظیم تعداد زیادی دسته از محصول به منظور ایجاد شرایط پخت مناسب برای ارائه نتایج با کیفیت بالا بسیار گران یا زمان بر باشد.
مغز برنج. تصویر توسط T. Gulati و A. Datta، به دست آمده از ارسال پوستر آنها .
بنابراین، طراحی فرآیند مواد غذایی صنعتی بر اصول مهندسی، از جمله مهندسی به کمک کامپیوتر مانند شبیهسازی استوار است. مدلسازی محاسباتی محصولات غذایی به درک بهتر فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی که پخت و پز را کنترل میکنند، اجازه میدهد و شرایط مختلف را ارزان و سریع آزمایش میکند. از نتایج یک مدل، یک مهندس می تواند شرایط بهینه را برای کنترل کیفیت در تولید برنج پفکی پیش بینی کند.
مشکل برنج پف کرده
گولاتی و داتا پدیده هایی را در تهیه برنج پف کرده در نظر گرفتند که در آن گرم شدن سریع دانه های برنج مرطوب و نیمه جوشانده باعث تبخیر آب می شود. بخار آب در ساختار متخلخل دانه برنج به دام میافتد و بنابراین دانه تحت فشار قرار میگیرد و قبل از خروج بخار منبسط میشود و اثر آشنای «پفکرده» را ایجاد میکند.
همانطور که تیم کورنل در پوستر خود توضیح میدهند ، میزان رشد هر دانه برنج (“افزایش حجم”) یک نشانگر کیفیت اصلی برای محصولات برنج پف کرده است. از این رو، آنها به دنبال پیش بینی این افزایش حجم از روی شرایط پخت و خواص خود دانه برنج بودند.
جفت کردن انتقال حرارت و جرم با مکانیک جامد برای تجزیه و تحلیل پف کردن برنج
برای ترکیب همه پدیدههای ضروری در یک مدل واحد، قابلیتهای چندفیزیکی COMSOL Multiphysics ایدهآل بود. یک رابط کاربری واحد را می توان برای جفت کردن طیف کاملی از اثرات فیزیکی دخیل در پف کردن برنج استفاده کرد، حتی اگر آنها از حوزه های سنتی جداگانه ای از فیزیک آمده باشند. مدل پیش بینی باید شامل بسیاری از اثرات مختلف باشد: انتقال گرما در دانه برنج از طریق هدایت و همرفت . تبخیر آب و انتقال آب و بخار آب در منافذ دانه برنج؛ و تغییر شکل دائمی (پلاستیکی) دانه برنج به دلیل فشار وارد بر ساختار جامد.
با گنجاندن تمام اثرات فوق، پف کردن برنج را می توان با وفاداری بالا، با تقریب های کمتری برای اجرای شبیه سازی، مدل سازی کرد. نتایج نشان داد که یک دانه سبک تر و متخلخل تر، امکان تبخیر سریعتر را فراهم می کند، که به نوبه خود فشار داخلی بر دانه برنج را افزایش می دهد و باعث انبساط حجمی بیشتر برای محصول برنج پف کرده با کیفیت بالاتر می شود.
شبیه سازی که نشان می دهد چه مقدار فشار گاز در نتیجه تبخیر، انبساط حجمی و تغییر شکل پلاستیک ایجاد می شود. تصویر توسط T. Gulati و A. Datta، برگرفته از ارسال پوستر آنها .
گولاتی و داتا از کجا می دانستند که مدل آنها کار می کند؟ همانطور که آنها در چکیده خود توضیح می دهند ، آنها از عکاسی با سرعت بالا استفاده کردند تا تأیید کنند که تغییر شکل و گسترش حجم دانه های برنج به درستی توسط مدل پیش بینی شده است. اندازهگیریهای محتوای آب برنج پفکرده نیز با مدل مطابقت داشت. این اعتبارسنجی توسط آزمایش در شرایط آزمایش نشان میدهد که مدل فیزیکی آنها پیشبینیکننده دقیق فیزیک مشکل برنج پف کرده است.
پوستر را دانلود کنید
- برای مشاهده پوستر آن ها و کسب اطلاعات بیشتر در مورد نحوه اجرا و نتایج، “ مدل سازی جریان و تغییر شکل در حین پف کردن هوای گرم تک هسته برنج ” را دانلود کنید.
- لینک دانلود به صورت پارت های 1 گیگابایتی در فایل های ZIP ارائه شده است.
- در صورتی که به هر دلیل موفق به دانلود فایل مورد نظر نشدید به ما اطلاع دهید.
برای مشاهده لینک دانلود لطفا وارد حساب کاربری خود شوید!
وارد شویدپسورد فایل : پسورد ندارد گزارش خرابی لینک
دیدگاهتان را بنویسید