استراتيجيات التصميم والتحسين لصندوق تنفيس عالي الأداء

تحتل الخضروات والفواكه الطازجة نسبة عالية من استهلاك الغذاء البشري ، ليس فقط لأنها تتمتع بمذاق جيد وشكل جذاب ، ولكن أيضا لأنها ذات فائدة كبيرة للناس للحصول على التغذية والحفاظ على الصحة¹. أظهرت العديد من الدراسات أن الفواكه والخضروات الطازجة تلعب دورا فريدا في الوقاية من العديد من الأمراض ^2,3. في عملية تخزين الفواكه والخضروات الطازجة ، تعد الفطريات والضوء ودرجة الحرارة والرطوبة النسبية من الأسباب المهمة لتدهورها⁴،⁵،⁶،^7،8. تؤثر هذه الظروف الخارجية على جودة الفواكه والخضروات الطازجة المخزنة من خلال التأثير على التمثيل الغذائي الداخلي أو التفاعلات الكيميائية⁹.

تشمل تقنيات المعالجة الشائعة للفواكه والخضروات الحفظ غير الحراري والحراري. من بينها ، المعالجة الحرارية لها تأثير إيجابي على عملية التجفيف ، ولكن يمكن أن يكون لها أيضا آثار ضارة على جودة المنتج ، مثل فقدان العناصر الغذائية ، وتغيير النكهة والرائحة ، وتغيير اللون^10,11. لذلك ، في السنوات الأخيرة ، حظي الحفاظ على المنتجات غير الحرارية بالاهتمام من منظور البحث لتلبية طلب المستهلكين على المنتجات الطازجة. في الوقت الحاضر ، هناك بشكل أساسي معالجة الإشعاع ، والمجال الكهربائي النبضي ، ومعالجة الأوزون ، والطلاءات الصالحة للأكل ، وثاني أكسيد الكربون الكثيف الطور ، وغيرها من تقنيات الحفظ غير الحراري لتخزين الفواكه والخضروات ، ولكن هذه التقنيات غالبا ما يكون لها أوجه قصور ، مثل متطلبات المعدات الكبيرة ، والسعر المرتفع ، وتكلفة الاستخدام¹². لذلك ، فإن تصميم هيكل بسيط وتكلفة منخفضة وتحكم مريح في معدات الحفظ له مغزى كبير لصناعة الأغذية.

في بيئة تخزين الفواكه والخضروات ، يساعد نظام تدوير الهواء المناسب على التخلص من الحرارة الناتجة عن المنتج نفسه ، وتقليل تدرج درجة الحرارة ، والحفاظ على درجة الحرارة والرطوبة في المساحة التي يوجد بها. يمنع دوران الهواء السليم أيضا فقدان الوزن بسبب التنفس والالتهابات الفطرية¹³،^14،15. أجريت العديد من الدراسات حول تدفق الهواء داخل الهياكل المختلفة. قام Praeger et ^al.16,17 بقياس سرعة الرياح في مواضع مختلفة تحت قوى تشغيل مروحة مختلفة في مستودع من خلال أجهزة استشعار ووجدوا أنه يمكن أن يكون هناك فرق كبير يصل إلى سبعة أضعاف في سرعة الهواء بسبب الارتفاعات الرأسية المختلفة ، وكانت سرعة الهواء في كل موضع مرتبطة بشكل إيجابي مع قوة تشغيل المروحة. علاوة على ذلك ، فحصت دراسة تأثير ترتيب الحمولة وعدد المراوح على تدفق الهواء ، وخلصت إلى أن زيادة مسافة بعض مواضع المروحة واختيار عدد المراوح بشكل عقلاني كان مفيدا في تحسين التأثير. ^{درس بيري} وآخرون تأثير تدفق الهواء في بيئات تخزين الفاكهة المختلفة على توزيع الثغور في صناديق التعبئة. باستخدام برنامج المحاكاة ، درس Dehghannya et ^al.19,20 حالة تدفق الهواء للهواء القسري قبل البارد في العبوة مع مناطق تنفيس وكميات ومواضع توزيع مختلفة على جدار العبوة ، وحصلوا على التأثير غير الخطي لكل معلمة على حالة تدفق الهواء. طبق Delele et ^al.21 نموذج ديناميكيات الموائع الحسابية لدراسة تأثير المنتجات الموزعة عشوائيا في أشكال مختلفة من صناديق التهوية على تدفق الهواء. ووجدوا أن حجم المنتج والمسامية ونسبة ثقب الصندوق كان لها تأثير أكبر على تدفق الهواء ، في حين أن التعبئة العشوائية كان لها تأثير أقل. درس Ilangovan et ^al.22 أنماط تدفق الهواء والسلوك الحراري بين هياكل التغليف الثلاثة وقارن النتائج مع النماذج الهيكلية المرجعية. أظهرت النتائج أن توزيع الحرارة في الصندوق لم يكن منتظما بسبب اختلاف مواقع وتصميمات الفتحة. قام Gong et ^al.23 بتحسين عرض الفجوة بين حافة الدرج وجدار الحاوية.

تشمل التقنيات المستخدمة في هذا البحث طرق المحاكاة والتحسين. مبدأ الأول هو أن المعادلات الحاكمة تم تمييزها وحلها عدديا باستخدام طريقة الحجم المحدود²¹. يشار إلى طريقة التحسين المستخدمة في هذا البحث باسم التحسين المتعامد²⁴. الاختبار المتعامد هو طريقة تحليل نموذجية متعددة العوامل ومتعددة المستويات. يحتوي الجدول المتعامد الذي تم إنشاؤه باستخدام هذه الطريقة على نقاط تمثيلية موزعة بشكل موحد في مساحة التصميم ، والتي يمكن أن تصف بصريا مساحة التصميم بأكملها ويتم فحصها. أي أن عددا أقل من النقاط يمثل اختبار العامل الكامل ، مما يوفر الوقت والقوى العاملة والموارد المادية والمالية بشكل كبير. تم استخدام الاختبار المتعامد على نطاق واسع في تصميم التجارب في مجالات أنظمة الطاقة والكيمياء والهندسة المدنية وما إلى ذلك²⁵.

الهدف من هذه الدراسة هو تصميم وتحسين صندوق تهوية عالي الأداء. يمكن تعريف الصندوق ذو التهوية على أنه صندوق أصلي بما في ذلك جهاز التحكم في الغاز الذي يشتت الغاز بشكل موحد في الصندوق. يشير توحيد السرعة إلى كيفية تدفق الهواء بالتساوي عبر الصندوق ذي التهوية. أظهر Yun-De et ^al.26 سابقا أن خاصية المواد متعددة المسام لها تأثير مهم على توحيد سرعة صندوق الخضروات الطازجة. في بعض التجارب ، تم ترك غرفة كاملة أو معدلة في كل من الجزء العلوي والسفلي من غرفة الاختبار لضمان توزيع متجانس للهواء القسري أو المستحث²⁷. يحتوي الصندوق ذو التهوية المصمم في هذه الورقة على صفائف من الأنابيب ذات ثقوب متعرجة. التحكم في توزيع تدفق الهواء في الصندوق ذو التهوية هو استراتيجية الحفظ الرئيسية. يوجد مدخلان للهواء متساويان في الحجم مثبتان بالتوازي على الجانبين الأيسر والأيمن من الصندوق ذي التهوية ، ويتم ضبط مخرج في الجانب العلوي من الصندوق. تصميم الهيكل الداخلي لصندوق التهوية هو مفتاح هذه الدراسة. بمعنى آخر ، يعد عدد الأنابيب والثقوب معلمة مهمة لتغيير الهيكل الداخلي للصندوق ذي التهوية. يحتوي النموذج المرجعي على 10 أنابيب. يحتوي الأنبوبان الأوسطان على 10 ثقوب لكل منهما ، وهي متداخلة عبر الأنابيب. يزداد عدد الثقوب من الأنبوب الأوسط إلى الأنبوب الخارجي بمقدار اثنين في المرة الواحدة.

بمعنى آخر ، عندما نحتفظ بالخضروات والفواكه الطازجة وغيرها من المنتجات ، يمكن أن يقلل تدفق الهواء المستمر والمستقر من تنفس المنتجات ، ويقلل من الإيثيلين والمواد الضارة الأخرى للحفاظ على المنتج ، ويقلل درجة الحرارة التي تنتجها المنتجات نفسها. نظرا للمعلمات المختلفة للصندوق ذي التهوية ، ليس من السهل الحصول على حالة تدفق الهواء المطلوبة ، والتي ستؤثر على خاصية الحفاظ على الصندوق ذي التهوية. لذلك ، يأخذ المشروع توحيد سرعة تدفق الهواء الداخلي للصندوق المهواة كهدف للتحكم. تم إجراء تحليل حساسية للمعلمات الهيكلية للصندوق المهواة. تم اختيار العينات عن طريق التصميم التجريبي المتعامد. استخدمنا تحليل النطاق لتحسين الجمع بين المعلمات الهيكلية الثلاثة. وفي الوقت نفسه ، نتحقق من استصواب نتائج التحسين.