دانلود پایان نامه ارشد : طراحی، ساخت و ارزیابی عملکرد خشک‏کن کابینتی جدید لیموترش

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی مکانیک 

گرایش : ماشین‏های کشاورزی

عنوان :  طراحی، ساخت و ارزیابی عملکرد خشک‏کن کابینتی جدید لیموترش

دانشگاه شیراز

دانشکده کشاورزی

پایان نامه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی مکانیک ماشین‏های کشاورزی

طراحی، ساخت و ارزیابی عملکرد خشک‏کن کابینتی جدید لیموترش با دو ترکیب هندسی با استفاده از روش دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)

 اساتید راهنما:

دکتر علی زمردیان

دکتر محمد هادی اکبری

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده

بکارگیری روش‏های مکانیزه برداشت مستلزم استفاده از خشک‏کن‏های مناسب برای فرآوری محصول است زیرا در برداشت مکانیزه، رطوبت میوه برداشت شده بیشتر از رطوبت برداشت به طریق سنتی است. از میان انواع خشک‏کن‏ها خشک‏کن‏های کابینتی کارکرد ساده تری دارند. عیب خشک‏کن‏های کابینتی در یکنواخت خشک نکردن محصول و نیاز به نیروی کارگری برای جابجایی سینی‏های محصول می‏باشد. در این طرح برای رفع کامل مشکل غیر یکنواختی خشک‏شدن در خشک‏کن‏های کابینتی، اقدام به طراحی یک خشک‏کن کابینتی جدید با محفظه جانبی مجزا برای هر قفسه خشک‏کن شده است. براي طراحي دقيق اين خشک‏کن کابينتی جديد، پاره‏اي از خواص فيزيکي لیمو از جمله ابعاد، ميانگين هندسي اقطار، جرم حجمي دانه‏اي، جرم حجمي توده‏اي، کرويت، تخلخل بستر و افت فشار استاتيکي عبور هوا از بستر محصول اندازه‏گيري گرديدند. اندازه‏گیری خواص مورد نظر در پنج سطح رطوبتی 84، 64، 44، 24 و 10 درصد بر پایه تر انجام گرفت. نتایج نشان داد با کاهش رطوبت ابعاد، میانگین هندسی اقطار، جرم حجمی دانه‏ای و جرم حجمی توده‏ای کاهش پیدا کردند. در حالیکه کرویت و تخلخل افزایش پیدا کردند. به منظور اندازه‏گیری مقاومت بستر لیمو در برابر عبور جریان هوا سامانه آزمایشگاهی ساخته شد. آزمایشات افت فشار به دو صورت لایه ضخیم و لایه نازک صورت گرفت. آزمایش های اول در چهار عمق بستر (25، 50، 75 و 100 سانتیمتر)، چهار دمای هوا (25، 35، 45 و 50) و 11 شار هوای عبوری به صورت چیدمان تصادفی انجام شدند. نتایج نشان داد که با افزایش عمق بستر و افزایش سرعت جریان هوا افت فشار افزایش پیدا می‏کند. دما تاثیر معنی‏داری در نتایج نداشت. آزمایش لایه نازک در پنج سطح رطوبتی، سه چیدمان و 11 شار هوای عبوری انجام شد. نتایج نشان داد که با کاهش رطوبت به دلیل افزایش تخلخل افت فشار کاهش پیدا می‏کرد. همچنین چیدمان اثر معنی‏داری بر افت فشار داشت. براي پيش بيني افت فشار در بين مدل‏هاي رياضي ارزيابي شده، مدل ارگان به عنوان بهترين مدل (بيشترين) براي تبيين رابطه نرخ عبور جريان هوا و افت فشار در بستر لیمو انتخاب گردید. از خواص فیزیکی ذکر شده برای طراحی خشک‏کن جدید استفاده شد. برای بررسی نظری یکنواختی توزیع خطوط همتراز سرعت و فشار هوا از ابزار CFD به کمک نرم افزار فلوئنت بهره گرفته شد. بر اساس نتایج مدل سازی عددی طرح جدید بهینه سازی گردید و هندسه نهایی مشخص شد. طرح بهینه انتخاب شده ساخته و در بازه‏های مختلف سرعت هوای ورودی (1، 2 و 3 متر بر ثانیه) و دمای هوای ورودی (50 درجه سلیسیوس) مورد آزمایش قرار گرفت. با بررسی نتايج آزمايشگاهي بر يکنواختی توزيع دمای هوای خشک‏کننده و سرعت آن در خشک‏کن ساخته شده مشخص گرديد که توزيع پارامترهای ياد شده در محفظه خشک‏کن يکنواخت بوده است. نتايج حاصل از مقايسه داده‏هاي نظری (استخراج شده از CFD) و داده‏های آزمايشگاهي نشان داد که ضريب همبستگي 994/0 بين داده‏های مربوط به سرعت هوا وجود دارد. در مرحله بعد این خشک‏کن از لحاظ یکنواختی خطوط همتراز سرعت، نرخ از دست دادن رطوبت در سینی‏های خشک‏کن و مصرف انرژی با خشک‏کن موجود مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج نشان دادند خشک‏کن جدید از هر سه نقطه نظر از خشک‏کن قبلی عملکرد بهتری را داشته است.

فهرست مطالب

عنوان صفحه
فصل اول: مقدمه
1- 1-  لزوم استفاده از خشک‏کن 1
1- 2-  انواع خشک‏کن ها 2
1- 3-  اهمیت محصول 5
1- 4-  نحوه برداشت و خشک‏کردن لیمو 7
1- 5-  اهمیت اندازه‏گیری خواص فیزیکی 7
1- 6-  لزوم اندازه‏گیری افت فشار در بستر لیمو 8
1- 7-  اهداف پژوهش 8
فصل دوم: پيشينه پژوهش و معادلات مورد استفاده
2- 1-  اندازه گيري افت فشار و مطالعات انجام شده 11
2- 1- 1-  مدل‏های متداول در تبيين رابطه سرعت هوا و افت فشار 14
2- 1- 2-  خواص فيزيکي مرتبط با افت فشار 17
2- 2-  معرفي CFD 18
2- 2- 1-  کاربرد CFD در صنايع کشاورزي 20
2- 2- 2-  مدل‏های رياضي در CFD 25
2- 2- 2- 1-  معادلات نویراستوکس 25
2- 2- 2- 2-  معادلات تلاطم 27
2- 2- 3-  روش‏هاي عددي به کار رفته در نرم افزار فلوئنت 32
2- 2- 3- 1-  روش احجام محدود 32
2- 2- 3- 2-  روش حل مجزا 33
2- 2- 3- 3-  گسسته سازي 34
2- 2- 3- 4-  تعريف باقي مانده‏ها و قضاوت همگرايي 35
2- 2- 4-  توليد شبکه 36
2- 2- 4- 1-  همواري 36
2- 2- 4- 2-  مناسب بودن شکل سلول 36
2- 2- 5-  شرايط مرزي 37
2- 2- 5- 1-  سرعت ورودي 38
2- 2- 5- 2-  جريان خروجي 38
2- 2- 5- 3-  ديوار 38
2- 2- 5- 4-  محيط متخلخل 39
2- 3-  توضيح مسئله 42
 
فصل سوم: مواد و روشها
3- 1-  اندازه گيري خواص فيزيکي لیمو ترش جهرم 45
3- 2-  بهینه سازی دستگاه اندازه گيري افت فشار 47
3- 2- 1-  ساخت محفظه نگهداري لیموها 48
3- 2- 2-  ساخت شاسي 50
3- 2- 3-  ابزار و روش اندازه گيري کميت ها 51
3- 2- 3- 1-  سرعت هوا 51
3- 2- 3- 2-  دماي هوا 53
3- 2- 3- 3-  افت فشار 53
3- 2- 3- 4-  رطوبت نسبي هواي محيط 54
3- 2- 3- 5-  اندازه گيري مقداررطوبت نمونه ها 55
3- 2- 4-  روش انجام آزمايش‏های اندازه گيري افت فشار 56
3- 3-  مدل سازي خشک‏کن 58
3- 3- 1-  ايجاد شبکه 58
3- 3- 2-  استقلال حل مسئله از شبکه 58
3- 3- 3-  نحوه اجراي محاسبات 58
3- 3- 4-  روش‏های توليد شبکه 59
3- 3- 5-  مرتبه گسسته سازي 60
3- 3- 6-  تعيين رژيم جريان داخلي خشک‏کن 61
3- 3- 7-  فرضيات مدل CFD 61
3- 3- 8-  چگونگي تحليل طرح‏های ابتدایی براي خشک‏کن با ابزار CFD 63
3- 4-  ساخت محفظه خشک‏کن 66
3- 5-  اندازه گيري دما و سرعت هوا در داخل محفظه خشک‏کن 66
3- 6-  روش مقایسه خشک‏کن ساخته شده با خشک‏کن امانلو وزمردیان 71
 
فصل چهارم: نتايج و بحث
4- 1-  خواص فيزيکي لیموترش 73
4- 2-  اندازه‏گیری افت فشار 75
4- 2- 1-  افت فشار لیمو در حالت لايه ضخیم 75
4- 2- 2-  برازش معادله‏های افت فشار به داده‏های مربوط به لايه ضخیم 78
4- 2- 3-  افت فشار لیمو در حالت لايه نازک 79
4- 2- 4-  برازش معادله‏های افت فشار به داده‏های مربوط به لایه نازک لیمو 81
4- 3-  انتخاب طرح بهینه 82
4- 4-  مقايسه نتايج بدست آمده از CFD جهت طراحی خشک‏کن 84
4- 4- 1-  بررسی یکنواختی سرعت در محفظه خشک‏کن با نرم افزار 85
4- 4- 1- 1-  اثر صفحه مشبک بر یکنواختی هوا 85
4- 4- 2-  نتایج مربوط به خطوط همتراز فشار    87
4- 4- 2- 1-  اثر صفحه مشبک بر توزیع فشار 87
4- 4- 3-  مقايسه نتايج تجربی و نظری سرعت 88
 4- 4- 4-  مقایسه نتایج دبی جرمی از هر خروجی 91
4- 4- 5-  مقایسه خشک‏کن جدید با خشک‏کن ساخته شده توسط امانلو و زمردیان 93
4- 4- 5- 1-  روش CFD 93
4- 4- 5- 2-  روش تجربی 95
4- 4- 6-  میزان مصرف انرژی برق 96
 
فصل پنجم: نتيجه گيري و پيشنهادات
5- 1-  نتايج 97
5- 1- 1-  خواص فيزيکي 97
5- 1- 2-  استفاده از CFD در تحليل خشک‏کن ها 98
5- 1- 3-  تغيير در هندسه خشک‏کن‏های کابينتي 98
5- 1- 4-  مقایسه خشک‏کن ساخته شده با خشک‏کن امانلو و زمردیان 98
5- 2-  پيشنهادها 99
5- 2- 1-  ارتقاء دستگاه اندازه گيري افت فشار 99
5- 2- 2-  پيشنهاد‏های براي خشک‏کن طراحي شده و ادامه مدل CFD 99
 
پيوست 100
 
منابع 108

فصل اول: مقدمه

 1- 1–  لزوم استفاده از خشک‏کن

 برای کوتاه کردن دوره برداشت و افزایش کیفیت محصولات از دستگاههای مکانیزه برداشت میوه‏ها استفاده می‏شود. بکارگیری روش‏های مکانیزه برداشت مستلزم استفاده از خشک‏کن‏های مناسب برای خشک کردن محصول است زیرا در برداشت مکانیزه، رطوبت میوه برداشت شده بیشتر از رطوبت برداشت به طریق سنتی است. پروسه خشک‏کردن صنعتی عموماّ به وسیله حرارت مصنوعی  می‏باشد که در اینصورت محصول را روی طبق‏های مخصوص قرار داده و سپس داخل دستگاه خشک‏کن قرار می‏دهند. منبع حرارتی داخل دستگاه هوای گرم می‏باشد که می‏تواند از طریق مصرف سوخت‏های فسیلی یا انرژی خورشیدی تامین گردد. از خشک‏کن‏ها به ویژه در نقاطی که رطوبت نسبی هوای محیط زیاد است برای جلوگیری از فاسد شدن محصول در اثر حمله حشرات یا قارچ‏ها و بالا بردن کیفیت محصول خشک شده استفاده می‏شود.

 به طور کلی می‏توان گفت به دلایل زیر فرآیند خشک‏کردن محصولات کشاورزی حائز اهمیت است:

–  برداشت زودتر را امکانپذیر می‏سازد و همچنین آماده سازی محصول برای ورود به بازار را زودتر میسر می‏سازد.

–  برنامه ریزی برای زمان برداشت جهت استفاده بهینه از نیروی کار را ممکن می‏سازد.

–  دوره انبارمانی طولانی مدت و بدون فساد و خرابی را میسر می‏سازد. دوره‏های انبارمانی با مقادیر زیاد محصول از اهمیت ویژه‏ای برخوردار است، زیرا این امکان به باغدار داده می‏شود تا پس از گذشت چند ماه از فروش محصول سود بیشتری ببرد.

–  باغدار می‏تواند محصول با کیفیت بهتر را به بازار عرضه کند که هم برای او سودآور است و هم نقش بسزایی در رضایت مشتری دارد.

–  فرآیند خشک‏کردن در دمای مناسب تواند در کنترل حشرات،گرد و خاک و آلودگی‏های محیط، بارندگی موسمی، آفتاب شدید و قهوه‏ای شدن و… را به حداقل می‏رساند.

–  خشک‏کردن مصنوعی امکان کنترل فرآیند خشک‏کردن را فراهم کرده و بدین وسیله سبب افزایش بازار پسندی و قرین شدن با استانداردهای جهانی را ممکن می‏سازد (زمردیان و علامه 1381).

 1- 2-  انواع خشک‏کن‏ها

 خشک‏کن‏ها بر اساس منبع انرژی مورد استفاده، محل استفاده، ظرفیت خشک‏کردن، جریان دانه‏ها و حرکت نسبی آن‏ها در مقابل جریان هوا به گروههای متعددی تقسیم می‏شوند. از میان آن‏ها می‏توان به گروه‏های زیر اشاره کرد:

–  خشک‏کن‏های ناپیوسته[1] (غیر مداوم –  توده‏ای – وعده‏ای): در این نوع خشک‏کن‏ها محصول به صورت توده‏ای و انباشته خشک می‏شود. به طور معمول هوای داغ به صورت عمودی و به سمت بالا به درون توده محصول روانه می‏شود. در این مورد اختلاف قابل توجهی بین رطوبت لایه‏های بالایی و پایینی وجود دارد. برای کاهش این اختلاف رطوبت و سرعت بخشیدن به فرآیند خشک‏کردن می‏توان از بستر کم عمق محصول استفاده نمود. این ایده موجب ساخته شدن خشک‏کن‏های کابینتی شده است که در آن‏ها محصول مورد نظر در سینی‏های مشبک به صورت لایه نازک ریخته می‏شود و به شکل طبقاتی داخل خشک‏کن قرار داده می‏شود. با جابجا کردن دائم سینی‏های حامل محصول یکنواختی در خشک‏شدن افزایش می‏یابد که این عمل به مراقبت دائمی و نیروی کارگر فراوانی نیاز داشته و همراه با اتلاف انرژی خواهد بود (امانلو، 1388).

–  خشک‏کن‏های چرخشی[2]: برای محصولاتی که دانه‏ای هستند به کار برده می‏شود. از نظر ساختار شبیه به خشک‏کن‏های توده‏ای (ناپیوسته) می‏باشند با این تفاوت که دارای یک هم زن مرکزی می‏باشند که دانه‏ها را از کف به سمت بالا به چرخش و جریان وا می‏دارد.

–  خشک‏کن‏های پیوسته[3]: در این نوع خشک‏کن‏ها یک جریان دائمی از محصول وجود دارد. این نوع را می‏توان بر اساس حرکت نسبی محصول و جریان هوا به دسته‏های همسو، متقاطع، حرکت با جریان مخالف و جریان ترکیبی تقسیم بندی کرد (امانلو، 1388).

هم چنین با توجه به ابعاد و ظرفیت خشک‏کردن می‏توان تقسیم بندی زیر را ارائه نمود:

–  خشک‏کن‏های داخل مزرعه ای[4]: این خشک‏کن‏ها اغلب در ظرفیت‏های کم و با دمای پایین قادر به خشک‏کردن محصول با کیفیت خوب هستند. هزینه اولیه این نوع دستگاه‏ها به طور نسبی کم است. خشک‏کن‏های خورشیدی در این دسته قرار می‏گیرند. بیشتر از سوخت‏های فسیلی یا انرژی خورشیدی جهت گرم کردن هوای خشک‏کن استفاده می‏شود. خشک‏کردن محصولات اغلب به صورت توده‏ای انباشته در انباره‏های مخصوص انجام می‏شود. دمای هوای خشک‏کن کمتر از 60 درجه سانتی‏گراد می‏باشد. این نوع خشک‏کن‏ها در دو مدل ثابت و سیار عرضه می‏شود. انواع سیار آن را می‏توان به پشت تراکتور متصل نمود و از مزرعه‏ای به مزرعه دیگر حمل و نقل کرد (زمردیان و مرادی، 1388).

–  خشک‏کن‏های خارج مزرعه ای[5]: این خشک‏کن‏ها با ظرفیت زیاد و دمای بالا در کارگاه‏ها و کارخانه‏ها به کار گرفته می‏شود. این نوع دستگاه‏ها از فناوری پیچیده‏ای برخوردار هستند و نیاز به سرمایه گذاری اولیه بالایی دارند (زمردیان و داداش زاده، 2006).

از میان انواع خشک‏کن ها، خشک‏کن‏های کابینتی برای محصولات باغی بیشتر مورد توجه هستند. در این نوع خشک‏کن‏ها میوه بر روی سینی‏های مشبک قرار داده می‏شود و تعدادی از این سینی‏ها داخل محفظه خشک‏کن قرار می‏گیرد. هوا که توسط گرم کن[6] یا جمع کننده خورشیدی[7] تامین می‏شود به صورت طبیعی (غیرفعال[8]) یا با استفاده از دمنده (فعال[9]) پس از عبور از محفظه آرامش[10] به زیر سینی‏ها دمیده می‏شود.

هوای دمیده شده از سینی اول عبور کرده و وارد سینی بالایی می‏شود. هوا وقتی به سینی دومی می‏رسد مقداری از پتانسیل خشک‏کردن خود را در اثر جذب رطوبت سینی اول از دست می‏دهد. به همین ترتیب وقتی هوا به سینی آخر می‏رسد پتانسیل آن برای خشک‏کردن به شدت کاهش می‏یابد، و حتی در برخی موارد مشاهده شده است که به دلیل جذب رطوبت از سینی‏های پایینی هوا بیش از حد مرطوب شده تا جایی که امکان دارد نه تنها محصول سینی آخر خشک نشود بلکه رطوبت آن افزایش یابد، که  می‏تواند منجر به کپک زدگی محصول نیز شود.

جابجایی سینی‏ها پس از گذشت مدتی از شروع فرآیند خشک‏کردن عملی متداول است که علاوه بر نیاز به مراقبت و نیروی کارگری، خشک‏شدن یکنواخت محصول را نیز تضمین نمی‏کند و اغلب اتفاق می‏افتد که پس از خاتمه عمل خشک‏کردن تمام محصول به صورت یکنواخت خشک نشده است. در این حالت قسمتی از محصول رطوبت خود را به مقدار زیاد از دست داده و خشک و استخوانی شده و قسمتی دیگر خیلی نرم هست یعنی به اندازه کافی رطوبت خود را از دست نداده است. باغداران مجبورند برای یکنواخت کردن میزان رطوبت در میوه، همه محصول را به طور مخلوط با یکدیگر در جعبه به مدت چند روز قرار دهند تا میوه هایی که زیاد خشک شده اند مقداری رطوبت جذب کرده تا اندازه‏ای نرم شوند و به این ترتیب تمام محصول به طور یکنواخت نرم گردد. این مشکل موجب شده است که باغداران کمتر به استفاده از خشک‏کن‏ها علاقه مند باشند (Amanlou and Zomorodian, 2010).

تعداد صفحه :137

قیمت : 14700 تومان

———–

——-

پشتیبانی سایت :               serderehi@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

--  --