профессор кафедра машин и аппаратов пищевых производств тел. (473) 255-38-96
Professor Department of machines and apparatuses of the food industry Tel.: (473) 255-38-96
доцент кафедра машин и аппаратов пищевых производств тел. (473) 255-38-96
associate Professor Department of machines and apparatuses of the food industry Tel.: (473) 255-38-96
доцент кафедра машин и аппаратов пищевых производств тел. (473) 255-38-96
associate Professor Department of machines and apparatuses of the food industry Tel.: (473) 255-38-96
аспирант кафедра машин и аппаратов пищевых производств тел. (473) 255-38-96
post-graduate Department of machines and apparatuses of the food industry Tel.: (473) 255-38-96
Реферат. Разработана математическая модель процесса сушки плодов черной смородины в вакууме с СВЧ-энергоподводом, отличающаяся высокой пространственной и временной детализацией, учитывается структура отдельных плодов и слоя плодов, теплофизические параметры зависят от координаты и времени, а также с учетом изменения формы плодов и структуры слоя плодов по мере обезвоживания. Для моделирования механического поведения плодов используется метод динамики частиц, который в последние десятилетия все чаще используется в различных отраслях науки и техники. Для того чтобы модель обладала высоким пространственным разрешением, моделируемый слой плодов состоит из 20–50 отдельных плодов, при этом каждый плод, в зависимости от диаметра, разбивается приблизительно на 100 отдельных элементов. Элементы плодов по своим физическим свойствам делятся на 3 типа (кожура, мякоть, семена). Поэтому в целом, с точки пространственной детализации, слой плодов состоит из 2000–5000 элементов. Моделирование производится в двухмерном декартовом пространстве X–Z. Состояние каждого элемента-круга задается четырьмя переменными: декартовыми координатами его центра и двумя составляющими скорости. Механическое взаимодействие элементов между собой принято вязкоупругим, что позволяет учитывать основные механические свойства плодов – модуль упругости, коэффициент внутреннего трения. В рамках разработанной модели учитывается, что между соседними элементами могут возникать силы отталкивания (при внедрении элементов друг в друга), или притяжения (при отдалении сцепленных элементов друг от друга). Описание процессов тепло- и влагообмена между элементами, а также между элементами и окружающей средой базируется на основе общепринятых уравнений сушки. В модели считается, что подводимая мощность СВЧ-излучения перераспределяется в нагреваемом объеме пропорционально влажности элементов.
Summary. The mathematical model of black currant berries drying process in vacuum device with the microwave power supply, differing in high space and temporary specification is developed, the structure of separate berries and a layer of berries is considered, heat- and physical parameters depend on coordinate and time as well as in the accounting of berries form change and a berries layer structure in the dehydration process. We used the particles dynamics method for modeling of mechanical behavior of berries which is increasingly being used now in different branches of science and technology. To give the model the high space specification the modeled berries layer consists of 20–50 separate berries, each berry depending on diameter being broken into approximately 100 separate elements. Berries elements are divided into 3 types depending on the physical properties (peel, pulp, seeds). Therefore, in general, from the point of space detail, a layer of berries consists of 2000- 5000 elements. Modeling is carried out in two-dimensional Cartesian space X–Z. The condition of each element of circle is set by four variables: Cartesian coordinates of its center and two components of speed. Mechanical interaction of elements among themselves is accepted to be viscous and elastic that allows to consider the main mechanical properties of berries – the elasticity module, internal friction index. Within the developed model it is considered that between the neighbor elements there can be pushing away forces (at the introduction of elements into each other), or attractions (at a distance of the linked elements from each other). The description of the processes of warm and moisture exchange between the elements as well as between the elements and environment is based upon the standard equations of drying. In model it is considered that the microwave power brought is redistributed in the heated volume in proportion to elements moisture.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.