12756

12756

تحليل نظري و تجربي عملكرد ميكسر پيوسته آشوبناك خمير نان

دكتري

مكانيك گرايش تبديل انرژي

آبان ماه 1392

آبان ماه 1392

دكتر سيد مصطفي حسينعلي پور

چكيده تحقيقات انجام شده در حوزه صنايع غذايي در مورد كيفيت انواع خميرهاي گوناگون از غناي بسيار زيادي برخوردار است ولي متاسفانه مطالعات علمي پيشين در زمينه شبيه سازي و تحليل دستگاه¬هاي فرآوري خمير نان، بسيار اندك بوده كه اين خود اهميت نياز به انجام مطالعات بيشتر در اين زمينه را بيش از پيش آشكار مي¬سازد. تاكنون تمامي مطالعات علمي محدود پيشين، نهايتا منجر به بررسي رفتار خمير نان در ميكسرهاي متداولي بوده كه همواره براي اختلاط آن مورد استفاده بوده¬اند و متاسفانه غير از موارد بسيار اندك تاكنون طراحي نويني همراه با مطالعه علمي برروي ويژگيهاي جريان در ميكسر خمير نان ارائه نشده است. ميكسرهاي خمير نان معمولا داراي دور پاييني مي¬باشند لذا اجزاي خمير به صورت همگن مخلوط نمي¬شوند و درنتيجه تخمير خوبي هم صورت نخواهد گرفت. لذا در اين تحقيق تلاش شده است كه براي اولين بار با بهره¬گيري از تئوري آشوب ، با ارائه طرحي جديد از يك ميكسر خمير نان زمينه ساخت اين ميكسر پيوسته دور پايين آزمايشگاهي فراهم آمده و راهكاري علمي و در عين حال كاربردي براي توسعه صنعت تهيه و اختلاط خمير نان ارائه شود. ميكسر آشوبناك پيشنهادي شامل يك روتور مارپيچ و استاتور غير هم محور مي¬باشد كه روتور حول محور استاتور مي¬چرخد. خروج از مركزيت روتور نسبت به محور استاتور عامل كليدي براي آشوبناك كردن جريان مي¬باشد. با توجه به اينكه آشوبناك بودن يك ميكسر قابل پيش¬بيني نمي¬باشد ابتدا به كمك شبيه سازي عددي عملكرد ميكسر پيشنهادي بررسي گرديد. چگونگي قرارگيري روتور درون استاتور به دليل مارپيچ بودن و چرخيدن آن، در هر لحظه تغيير مي‌كند. در‌ نتيجه ميدان سرعت نيز در هر لحظه تغيير مي‌يابد. از آنجايي كه ويسكوزيته خمير بسيار بالا مي¬باشد عدد رينولدز در اين مدل بسيار كوچك بوده و معادله استوكس حاكم مي‌باشد. در نتيجه مي¬توان به جاي حل گذرا، مسئله را به صورت پايا در لحظه¬هاي متفاوت حل كرد. براي بررسي آشوبناك بودن يك جريان نياز به ردگيري ذرات سيال به صورت لاگرانژي مي¬باشد. با توجه به ماهيت استوكس جريان خمير درون ميكسر و همچنين هندسه پريوديك ميكسر، الگوريتم جديدي براي رديابي ذرات ارايه گرديد. شبيه سازي عددي نشان داد كه ميكسر پيشنهادي، ميكسري آشوبناك با عملكرد اختلاطي متفاوتي در نواحي مختلف بوده كه محاسبه و مقايسه مقاطع پوآنكاره، نگاشت نعل اسبي، مقدار كشيدگي، عدد نمايي لياپانف و بطور كلي رديابي لاگرانژي ذرات در نواحي مختلف، همگي مويد پراكندگي بيشتر ذرات سيال در درون ميكسر و در نتيجه اختلاط موثرتر با حضور جابجايي آشوبناك ميباشد. مطالعات نظري در زمينه¬ آشوب نشان داده است كه در جريان استوكس، تغيير در هندسه و شرايط مرزي مي¬تواند باعث افزايش يا كاهش شدت آشوبناك بودن جريان گردد. به همين منظور تاثير پارامترهاي هندسي و جرياني بر عملكرد ميكسر آشوبناك پيوسته بررسي گرديده است. براي مقايسه¬ كمي و كيفي ميزان اختلاط و جريان آشوبناك در اين ميكسرها از پارامترهاي رديابي ذرات، مقاطع پوانكاره، نگاشت نعل اسبي و متوسط عدد لياپانف بهره گرفته شده است. نتايج نشان مي¬دهد كه عملكرد ميكسر و شدت آشوبناك بودن جريان با پارامترهاي سرعت دوراني روتور و خروج از مركزيت روتور نسبي به محور استاتور، نسبت مستقيم و با پارامترهاي دبي ورودي و طول گام ميكسر نسبت عكس دارد. در حوزه مطالعات آزمايشگاهي، با طراحي و ساخت دستگاه تست ميكسر پيوسته آشوبناك، عملكرد ميكسر به صورت تجربي بررسي گرديد. تست¬ها در دو بخش عملكرد اختلاط و حرارتي انجام گرفت. تست اختلاط براي دو حالت سرعت دوراني ثابت و پله¬اي روتور انجام گرفت. نتايج نشان داد كه حركت پله¬اي روتور باعث افزايش اختلاط درون ميكسر مي¬شود. همچنين عملكرد آشوبناك ميكسر باعث توزيع يكنواخت¬تر حرارت درون خمير مي¬شود. واژه‌هاي كليدي: خمير نان، ميكسر پيوسته، جابجايي آشوبناك، اختلاط