Математическое обеспечение процесса вакуумной СВЧ – сушки как предначальная стадия создания САПР сушилок нового поколения

Цель. Целью исследования является математическое обеспечение процесса вакуумной СВЧ, проектирование установки в САПР, изготовление опытного образца, моделирование полей температур и влагосодержания.

Метод. Математическая модель реализована численно методом конечных элементов в среде Comsol Multiphysics на сетке из 3678 элементов с использованием её деформирования для изменения высоты.

Результат. На лабораторной вакуумной СВЧ – установке получены экспериментальные данные, позволившие выявить закономерности при сушке вспененных материалов. Проведен анализ параметров сушки, а также свойств исходного и высушенного материала. Выполнено проектирование с применением САПР вакуумной установки пилотного типа и изготовлен действующий прототип. Осуществлено моделирование поля температуры и зон влагосодержания в динамике процесса.

Вывод. Математическое моделирование процесса сушки дает возможность с высокой точностью определять температурные поля и влагосодержание материала при сравнительно небольшом количестве необходимых экспериментальных данных.

1. Нестеренко, Е. С. Основы систем автоматизированного проектирования [Электронный ресурс]: электрон. Конспект лекций / Е. С. Нестеренко; Минобрнауки России, Самар. гос.аэрокосм. ун – т им. С. П. Королева (нац. исслед. ун – т) – Электрон. текстовые и граф. дан. (0,31 Мбайт). – Самара, 2013.

2. Ли К. Основы САПР (CAD, CAM, CAE). – Спб.: Питер, 2004. – 560 с.: ил.

3. Рогов И.А. Сверхвысокочастотный нагрев пищевых продуктов. / И.А. Рогов, С.В. Некрутман. – М.: Агропромиздат, 1986. – 351 с.

4. Рогов И.А. Электрофизические методы обработки пищевых продуктов. – М.: Агропромиздат, 1988. – 272 с.

5. Гинзбург А.С. Расчет и проектирование сушильных установок пищевой промышленности. – М.: Агропромиздат, 1985. – 336 с.

6. Тепляшин В.Н. Технологии и оборудование для сушки растительного сырья[Электронный ресурс]: учеб. пособие / В.Н. Тепляшин, Л.И. Ченцова, В.Н. Невзоров; Краснояр. гос. аграр. ун–т. – Красноярск, 2019 – 173 с.

7. Абрамов Я.К. Интенсификация тепло – массообменных процессов при непрерывном вакуумировании / Тезисы докл. на 3 юбилейной научно – практической конф. Бийск: БТИ, 1995. С. 76.

8. Пат. на пол. модель № 72536 РФ, МПК F26B 5/06 (2006.01). Вакуумная СВЧ – установка для лабораторных исследований процесса обезвоживания пищевых сред [Текст] /Г.О. Магомедов, С.В. Шахов, М.Г. Магомедов, В.В. Ткач, В.В. Новиков. – заявитель и патентообладатель: Г.О. Магомедов, С.В. Шахов, М.Г. Магомедов, В.В. Ткач, В.В. Новиков. – № 2007145105/22; заявл. 04.12.2007; опубл. 20.04.2008. Бюл. № 11.

9. Пат. № 2755850 РФ, МПК F26B 9/06. Установка для вакуумной сушки [Текст] /C.В. Макеев, Е.С. Бунин, А.А. Шевцов, В.В. Ткач. – заявитель и патентообладатель Воронеж. гос. универ. инженерных технол. – № 2020141027; заявл. 14.12.2020; опубл. 22.09.2021. Бюл. № 27.

10. Лыков А.В. Теория сушки. – М.: Энергия 1968. – 471 c.

11. Nastaj, J. F. A parabolic cylindrical stefan problem in vacuum freeze drying of random SOLIDS. International Communications in Heat and Mass Transfer, 30(1), 2003. с. 93 – 104.

12. L.N. Gupta. An approximate solution to the generalized Stefan's problem in a porous medium, Int. J. Heat Transfer 17 (1974), с. 313 – 321.

13. Tong, T.H., Lund, D.B. Microwave Heating of Baked Dough Products with Simultaneous Heat and Moisture Transfer. Journal of Food Engineering 19 (1993), 319 – 339 – 286.

14. Bonacina, C., Comini, G., Fasano, F., Primicerio, V., Numerical solution of phase–change problems. International Journal Heat Mass Transfer vol. 16 (1973), pp. 1825 – 1832.

15. Davies, Brian (2002). "Heaviside step function". Integral Transforms and their Applications (3rd ed.). Springer. p. 28.