Математичне моделювання процесу сушіння фруктів у геліосушарці

Abstract

UA: В статті запропоновано математичну модель процесу сушіння фруктів у геліосушарці та методику для розрахунку інтенсивності сушіння. В поданій методиці використовуються спрощені моделі для розрахунку характеристики протікання процесу сушіння та обміну теплом і масою між теплоносієм і висушуваним матеріалом, де враховується, що волога в матеріалі знаходиться у рідкому стані, тепло- та масообмін між теплоносієм і матеріалом відбувається шляхом конвекції, температурний градієнт матеріалу є невеликим, а переміщення вологи всередині матеріалу зумовлене дифузією. Розроблено і науково обґрунтовано рекомендації щодо прогнозування тепломасообмінних процесів, вдосконалення технології і обладнання для сушіння фруктів у геліосушарці. EN: The article delves into the regularities of the process of drying fruits in a solar dryer under non-stationary modes. The work provides a detailed analysis of the methods used for studying the threshold moisture content and ways to measure the intensity of fruit drying. It is proven that the intensification of the drying process should be based on the study of the thermophysical, physical-chemical, and other properties of fruits as drying objects, and their direct relation with the coefficients of heat and moisture exchange, energy, and the form of the moisture relation with the material. Despite the vast theoretical and experimental works in the domain, creating a single consolidated theoretical base of convective drying of fruits required a complex combination of thermophysical, physical-chemical properties of fruits, and their kinematic heat and mass exchange characteristics. The work describes a mathematical model of the process of heat and mass transfer for fruit drying, which takes into account the threshold of deepening the evaporation zone. The research provides analytical results for the study of temperature and moisture fields in the dried material at any moment, depending on the coordinates of the phase transition as well as the parameters of the coolant change. Based on the analysis of the intensity of the drying processes, the authors uncover peculiarities of their development in combination with the moisture content of the material U, speed of the coolant move vтн, temperatures of the material Тф and the coolant Ттн bound to the given coordinate X, duration of the drying, form of the drying diffusion curves. The value of the indicators of heat and mass exchange in fruit during the convective heat transfer is significantly influenced by the depth of the heat flow penetration, thickness of the object of drying, temperature, and speed of the coolant circulation. It is reasonable to use a low speed of the coolant circulation at the start of drying when the fruit surface temperature is not high, and the intensity of the heat exchange is at its maximum. The study of the threshold moisture content in the drying process will provide for obtaining mathematical models for calculating the drying period and the following production of dryers. The research describes methods for computing the coefficients of heat, moisture, mass exchange, diffusion, and water activity in the process of convective fruit drying in different periods of the solar dryer work.