vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8358-2021-66-1-66-75vestift-650Research ArticleЭНЕРГЕТИКА, ТЕПЛО- И МАССООБМЕНPOWER ENGINEERING, HEAT AND MASS TRANSFERТепломассоперенос в продуваемом слое растительных материалов при циклическом микроволновом энергоподводеHeat and mass transfer in the blasted layer of vegetable materials with cyclic microwave power supplyАкуличП. В.AkulichP. V.

Акулич Петр Васильевич – доктор технических наук, главный научный сотрудник

ул. П. Бровки, 15, 220072, Минск, Республика Беларусь

Piotr V. Akulich – D. Sc. (Engineering), Chief Researcher

15, Brovka Str., 220072, Minsk, Republic of Belarus

akul@hmti.ac.byСлижукД. С.SlizhukD. S.

Слижук Дмитрий Станиславович – научный сотрудник

ул. П. Бровки, 15, 220072, Минск, Республика Беларусь

Dmitriy S. Slizhuk – Researcher

15, Brovka Str., 220072, Minsk, Republic of Belarus

slizhuk@itmo.byИнститут тепло- и массообмена имени А. В. Лыкова Национальной академии наук БеларусиA. V. Luikov Heat and Mass Transfer Institute of the National Academy of Sciences of Belarus2021310320216616675Copyright © Акулич П.В., Слижук Д.С., 20212021Акулич П.В., Слижук Д.С.Akulich P.V., Slizhuk D.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/650

Приведены результаты моделирования и экспериментального исследования тепломассопереноса в плотном продуваемом слое растительных материалов при циклическом микроволновом воздействии. Двумерная математическая модель состоит из уравнений сохранения массы газовой фазы, фильтрации, тепло- и массопереноса в фазах, которые учитывают внутреннее сопротивление переносу теплоты и влаги в частицах при определении коэффициентов тепло- и массоотдачи. При этом учитываются зависимости теплоты фазового перехода от влажности частиц, их усадки в процессе дегидратации, зависимости эффективных коэффициентов теплопроводности газа и диффузии пара от скорости фильтрации. В качестве примера приводится моделирование сушки нарезанного картофеля в плотном слое при циклическом СВЧ-конвективном энергоподводе. Показана возможность интенсификации процесса дегидратации влаги и сокращения его продолжительности по сравнению с конвективным способом. Выполнено сравнение расчетных данных с опытными данными, подтверждающее адекватность модели.

The results of modeling and experimental study of heat and mass transfer in a dense blown layer of plant materials under cyclic microwave exposure are presented. The two-dimensional mathematical model consists of the equations of conservation of the mass of the gas phase, filtration, heat and mass transfer in phases, which take into account the internal resistance to heat and moisture transfer in the particles when determining the heat and mass transfer coefficients. In this case, the dependences of the heat of the phase transition on the humidity of the particles, their shrinkage during dehydration, and the dependences of the effective coefficients of thermal conductivity of the gas and vapor diffusion on the filtration rate are taken into account. The simulation results of drying chopped potatoes in a dense layer with a cyclic microwave convective energy supply are presented. The possibility of intensifying the process of moisture dehydration and reducing its duration compared with the convective method is shown. Comparison of calculated data with experimental data confirms the adequacy of the model.

тепломассоперенос в неподвижном слоеСВЧ-конвективная сушкасушка растительных материаловheat and mass transfer in a fixed layermicrowave convective dryingdrying of plant materialsReferencesModeling of the heat and mass transfer in vegetable materials during combined microwave convective heating / A. V Akulich [et al.] // Food Science, Engineering and Technology–2016: Scientific Works of University of Food Technologies Proceedings of the 63rd Scientific Conference with Intern. Participation. – Vol. 63, iss. 1. – P. 274–282.Akulich A. V., Akulich P. V., Dinkov K. T., Akulich V. M. Modeling of the heat and mass transfer in vegetable materials during combined microwave convective heating. Food Science, Engineering and Technology–2016: Scientific Works of University of Food Technologies Proceedings of the 63rd Scientific Conference with Intern. Participation, vol. 63, issue 1, pp. 274–282.Wray, D. Novel concepts in microwave / D. Wray, H. S. Ramaswamy // Drying Technology. – 2015. – Vol. 33, iss. 7. – P. 769–783. https://doi.org/10.1080/07373937.2014.985793Wray D., Ramaswamy H. S. Novel concepts in microwave. Drying Technology, 2015, vol. 33, issue 7, pp. 769–783. https://doi.org/10.1080/07373937.2014.985793Kumar, C. Microwave-convective drying of food materials: A critical review / C. Kumar, M. A. Karim // Critical Review in Food Science and Nutrition. – 2019. – Vol. 59, iss. 3. – P. 379–394. https://doi.org/10.1080/10408398.2017.1373269Kumar C., Karim M. A. Microwave-convective drying of food materials: A critical review. Critical Review in Food Science and Nutrition, 2019, vol. 59, issue 3, pp. 379–394. https://doi.org/10.1080/10408398.2017.1373269Акулич, П. В. Конвективные сушильные установки: методы и примеры расчета / П. В. Акулич, А. В. Акулич. – Минск: Вышэйш. шк., 2019. –376 с.Akulich P. V., Akulich A. V. Convective Drying Plants: Calculation Methods and Examples. Minsk, Vysheyshaya shkola Publ., 2019. 376 p. (in Russian).Акулич, П. В. Моделирование и экспериментальное исследование тепло- и влагопереноса при СВЧ-конвективной сушке растительных материалов / П. В. Акулич, А. В. Темрук, А. В. Акулич // Инж.-физ. журн. – 2012. – Т. 85, № 5. – С. 951–958.Akulich P. V., Temruk A. V., Akulich A. V. Modeling and experimental study of heat and moisture transfer during microwave convective drying of plant materials. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2012, vol. 85, no. 5, pp. 1034–1042. https://doi.org/10.1007/s10891-012-0744-4Завалий, А. А. Разработка и тепловое моделирование устройств инфракрасной сушки термолабильных материалов / А. А. Завалий, Ю. Ф. Снежкин. – Симферополь: ИТ «АРИАЛ», 2016. – 264 с.Zavaliy A. A., Snezhkin Yu. F. Development and Thermal Modeling of Infrared Drying Devices for Heat-Sensitive Materials. Simferopol, IT “ARIAL”, 2016. 264 p. (in Russian).Календерьян, В. А. Тепломассоперенос в аппаратах с плотным слоем дисперсного материала / В. А. Календерьян, И. Л. Бошкова. – Киев: Изд. дом «Слово», 2011. – 184 с.Kalendyan V. A., Boshkova I. L. Heat and Mass Transfer in Devices with a Dense Layer of Dispersed Material. Kiev, Publ. House “Slovo”, 2011. 184 p. (in Russian).Рудобашта, С. П. СВЧ-интенсификация процесса сушки растительных материалов / С. П. Рудобашта, А. В. Харьков, Ж. О’Дима // Тепломассообмен-ММФ-96 : тр. 3-го Мин. междунар. форума по тепломассобмену (20–24 мая 1996 г.). – Минск, 1996. – Т. 8: Тепломассообмен в процессах сушки. – С. 62–68.Rudobashta S. P, Kharkov A. V, O’Dima Zh. Microwave ntensification of the drying process of plant materials. Teplomassoobmen-MMF-96 : trudy 3-go Minskogo mezhdunarodnogo foruma po teplomassobmenu (20–24 maya 1996 g.). Tom 8: Teplomassoobmen v protsessakh sushki [Heat and Mass Transfer-MMF-96: Proceedings of the 3rd Minsk International Forum on Heat and Mass Transfer (20–24 May 1996). Volume 8: Heat and Mass Transfer in Drying Processes]. Minsk, 1996, pp. 62–68 (in Russian).Microwave Convective Drying of Plant Foods at Constant and Variable Microwave Power / L. M. Ahrne [et al.] // Drying Technology. – 2007. – Vol. 25, № 7–8. – P. 1149–1153. https://doi.org/10.1080/07373930701438436Ahrne L. M., Pereira N. R., Staack N., Floberg P. Microwave Convective Drying of Plant Foods at Constant and Variable Microwave Power. Drying Technology. 2007, vol. 25, no. 7–8, pp. 1149–1153. https://doi.org/10.1080/07373930701438436Amiri, A. Analysis of dispersion effect and non-thermal equilibrium, non-Darcian, variable porosity incompressible flow through porous media / A. Amiri, K. Vafai // Int. J. Heat Mass Transfer. – 1994. – Vol. 37, № 6. – P. 939–954. https://doi.org/10.1016/0017-9310(94)90219-4Amiri A., Vafai K. Analysis of dispersion effect and non-thermal equilibrium, non-Darcian, variable porosity incompressible flow through porous media. International Journal of Heat and Mass Transfer, 1994, vol. 37, no. 6, pp. 939–954. https://doi.org/10.1016/0017-9310(94)90219-4Байков, В. И. Термодинамика и статистическая физика: учеб. пособие / В. И. Байков, Н. В. Павлюкевич. – Минск: Вышэйш. шк., 2018. – 447 с.Baykov V. I., Pavlyukevich N. V. Thermodynamics and Statistical Physics: a Training Manual. Minsk, Vysheyshaya shkola Publ., 2018. 447 p. (in Russian).Горобцова, Н. Е. Метод описания и расчета изотерм сорбции-десорбции, общий для различных материалов / Н. Е. Горобцова // Тепломассообмен-VI: материалы к VI Всесоюз. конф. по тепломассообмену. – Минск: ИТМО, 1980. – Т. 7. – С. 60−63.Gorobtsova N.E. A method for describing and calculating sorption-desorption isotherms, common to various materials. Teplomassoobmen-VI: materialy k VI Vsesoyuznoi konferentsii po teplomassoobmenu. Tom 7. [Heat and Mass Transfer-VI: Materials of the VI All-Union Conference on Heat and Mass Transfer. Volume 7]. Minsk, A. V. Luikov Heat and Mass Transfer Institute, 1980, pp. 60−63 (in Russian).Гришин, М. А. Установки для сушки пищевых продуктов / М. А. Гришин, В. И. Атаназевич, Ю. Г. Семенов. – М.: Агропромиздат, 1989. – 215 с.Grishin M. A., Atanazevich V. I., Semenov Yu. G. Food Drying Plants. Moscow, Agropromizdat Publ., 1989. 215 p. (in Russian).Франк-Каменецкий, Д. А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике / Д. А. Франк-Каменецкий. – М.: Наука, 1987. – 502 с.Frank-Kamenetsky D. A. Diffusion and Heat Transfer in Chemical Kinetics. Moscow, Nauka Publ., 1987. 502 p. (in Russian).Sablani, S. Moisture diffusivity in foods – an over view. Drying Technology in Agrieulture and Food Sciences / S. Sablani, S. Rahman, N. Al-Habsi; ed. A. S. Mujumdar. – Science Publishers, Inc. Enfield (NH), USA, 2000. – P. 35–59.Sablani S., Rahman S., Al-Habsi N., Mujumdar A. S.(ed.). Moisture diffusivity in foods – an over view. Drying Technology in Agrieulture and Food Sciences. Science Publishers, Inc. Enfield (NH), 2000, pp. 35–59.Аэров, М. Э. Аппараты со стационарным зернистым слоем / М. Э. Аэров, О. М. Тодес, Д. А. Наринский. – Л.: Химия, 1979. –176 с.Aerov M. E., Todes O. M., Narinsky D. A. Devices with a Stationary Granular Layer. Leningrad, Khimiya Publ., 1979. 176 p. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.