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. برای طراحی دقیق این خشک‏کن کابینتی جدید، پاره‏ای از خواص فیزیکی لیمو از جمله ابعاد، میانگین هندسی اقطار، جرم حجمی دانه‏ای، جرم حجمی توده‏ای، کرویت، تخلخل بستر و افت فشار استاتیکی عبور هوا از بستر محصول اندازه‏گیری گردیدند. 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. برای پیش بینی افت فشار در بین مدل‏های ریاضی ارزیابی شده، مدل ارگان به عنوان بهترین مدل (بیشترین) برای تبیین رابطه نرخ عبور جریان 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 نتایج آزمایشگاهی بر یکنواختی توزیع دمای هوای خشک‏کننده و سرعت آن در خشک‏کن ساخته شده مشخص گردید که توزیع پارامترهای یاد شده در محفظه خشک‏کن یکنواخت بوده است. نتایج حاصل از مقایسه داده‏های نظری (استخراج شده از CFD) و داده‏های آزمایشگاهی نشان داد که ضریب همبستگی 994/0 بین 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

عنوانصفحه
فصل اول: مقدمه
1- 1-  لزوم استفاده از خشک‏کن1
1- 2-  انواع خشک‏کن ها2
1- 3-  اهمیت محصول5
1- 4-  نحوه برداشت و خشک‏کردن لیمو7
1- 5-  اهمیت اندازه‏گیری خواص فیزیکی7
1- 6-  لزوم اندازه‏گیری افت فشار در بستر لیمو8
1- 7-  اهداف پژوهش8
فصل دوم: پیشینه پژوهش و معادلات مورد استفاده
2- 1-  اندازه گیری افت فشار و مطالعات انجام شده11
2- 1- 1-  مدل‏های متداول در تبیین رابطه سرعت هوا و افت فشار14
2- 1- 2-  خواص فیزیکی مرتبط با افت فشار17
2- 2-  معرفی CFD18
2- 2- 1-  کاربرد CFD در صنایع کشاورزی20
2- 2- 2-  مدل‏های ریاضی در CFD25
2- 2- 2- 1-  معادلات نویراستوکس25
2- 2- 2- 2-  معادلات تلاطم27
2- 2- 3-  روش‏های عددی به کار رفته در نرم افزار فلوئنت32
2- 2- 3- 1-  روش احجام محدود32
2- 2- 3- 2-  روش حل مجزا33
2- 2- 3- 3-  گسسته سازی34
2- 2- 3- 4-  تعریف باقی مانده‏ها و قضاوت همگرایی35
2- 2- 4-  تولید شبکه36
2- 2- 4- 1-  همواری36
2- 2- 4- 2-  مناسب بودن شکل سلول36
2- 2- 5-  شرایط مرزی37
2- 2- 5- 1-  سرعت ورودی38
2- 2- 5- 2-  جریان خروجی38
2- 2- 5- 3-  دیوار38
2- 2- 5- 4-  محیط متخلخل39
2- 3-  توضیح مسئله42
 
فصل سوم: مواد و روشها
3- 1-  اندازه گیری خواص فیزیکی لیمو ترش جهرم45
3- 2-  بهینه سازی دستگاه اندازه گیری افت فشار47
3- 2- 1-  ساخت محفظه نگهداری لیموها48
3- 2- 2-  ساخت شاسی50
3- 2- 3-  ابزار و روش اندازه گیری کمیت ها51
3- 2- 3- 1-  سرعت هوا51
3- 2- 3- 2-  دمای هوا53
3- 2- 3- 3-  افت فشار53
3- 2- 3- 4-  رطوبت نسبی هوای محیط54
3- 2- 3- 5-  اندازه گیری مقداررطوبت نمونه ها55
3- 2- 4-  روش انجام آزمایش‏های اندازه گیری افت فشار56
3- 3-  مدل سازی خشک‏کن58
3- 3- 1-  ایجاد شبکه58
3- 3- 2-  استقلال حل مسئله از شبکه58
3- 3- 3-  نحوه اجرای محاسبات58
3- 3- 4-  روش‏های تولید شبکه59
3- 3- 5-  مرتبه گسسته سازی60
3- 3- 6-  تعیین رژیم جریان داخلی خشک‏کن61
3- 3- 7-  فرضیات مدل CFD61
3- 3- 8-  چگونگی تحلیل طرح‏های ابتدایی برای خشک‏کن با ابزار CFD63
3- 4-  ساخت محفظه خشک‏کن66
3- 5-  اندازه گیری دما و سرعت هوا در داخل محفظه خشک‏کن66
3- 6-  روش مقایسه خشک‏کن ساخته شده با خشک‏کن امانلو وزمردیان71
 
فصل چهارم: نتایج و بحث
4- 1-  خواص فیزیکی لیموترش73
4- 2-  اندازه‏گیری افت فشار75
4- 2- 1-  افت فشار لیمو در حالت لایه ضخیم75
4- 2- 2-  برازش معادله‏های افت فشار به داده‏های مربوط به لایه ضخیم78
4- 2- 3-  افت فشار لیمو در حالت لایه نازک79
4- 2- 4-  برازش معادله‏های افت فشار به داده‏های مربوط به لایه نازک لیمو81
4- 3-  انتخاب طرح بهینه82
4- 4-  مقایسه نتایج بدست آمده از CFD جهت طراحی خشک‏کن84
4- 4- 1-  بررسی یکنواختی سرعت در محفظه خشک‏کن با نرم افزار85
4- 4- 1- 1-  اثر صفحه مشبک بر یکنواختی هوا85
4- 4- 2-  نتایج مربوط به خطوط همتراز فشار   87
4- 4- 2- 1-  اثر صفحه مشبک بر توزیع فشار87
4- 4- 3-  مقایسه نتایج تجربی و نظری سرعت88
 4- 4- 4-  مقایسه نتایج دبی جرمی از هر خروجی91
4- 4- 5-  مقایسه خشک‏کن جدید با خشک‏کن ساخته شده توسط امانلو و زمردیان93
4- 4- 5- 1-  روش CFD93
4- 4- 5- 2-  روش تجربی95
4- 4- 6-  میزان مصرف انرژی برق96
 
فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات
5- 1-  نتایج97
5- 1- 1-  خواص فیزیکی97
5- 1- 2-  استفاده از CFD در تحلیل خشک‏کن ها98
5- 1- 3-  تغییر در هندسه خشک‏کن‏های کابینتی98
5- 1- 4-  مقایسه خشک‏کن ساخته شده با خشک‏کن امانلو و زمردیان98
5- 2-  پیشنهادها99
5- 2- 1-  ارتقاء دستگاه اندازه گیری افت فشار99
5- 2- 2-  پیشنهاد‏های برای خشک‏کن طراحی شده و ادامه مدل CFD99
 
پیوست 100
 
منابع108

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 : 14000تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        09361998026        info@arshadha.ir

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.

شماره کارت :  6037997263131360 بانک ملی به نام محمد علی رودسرابی

11

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید