MHXANIKH/ ΗΛΙΑΚΑ ΥΠΟΒΟΗΘΟΥΜΕΝΗ ΞΗΡΑΝΣΗ & άλλες εφαρμογές με αέρα Σύνοψη δραστηριοτήτων Σύνοψη δραστηριοτήτων 1-4-29 ΣΥΝΑΝΤΗΣΕΙΣ ΓΝΩΡΙΜΙΑΣ ΙΠΤΑ 1
Γενικά Στοιχεία Αφύγρανση των τωντροφίμων // γεωργικών προϊόντων :: μέθοδος επιμήκυνσης του τουχρόνου ζωής ζωήςτους Φυσική Ξήρανση (έκθεση στον στονήλιο) :: Απλή Απλήμέθοδος, αλλά αλλά μεγάλες απώλειες, χαμηλή ποιότητα προϊόντος Μηχανική (τεχνητή) Ξήρανση :: Ελεγχόμενες συνθήκες, μείωση χρόνου Δημιουργία ρεύματος θερμού αέρα αέραπάνω πάνωαπό απότο τοπροϊόν Απαιτείται πρόσδοση μηχανικής ενέργειας --θερμότητας Ενεργοβόρα διαδικασία, χρήση συμβατικών καυσίμων. Μπορεί να ναμειωθεί με μεχρήση ηλιακής ενέργειας 1-4-29 ΣΥΝΑΝΤΗΣΕΙΣ ΓΝΩΡΙΜΙΑΣ ΙΠΤΑ 2
Πρώτες Δραστηριότητες : Πειραματικές μετρήσεις σε σεσειρά αγροτικών προϊόντων :: Χαρακτηρισμός του τουπορώδους μετά μετάτην τηνξήρανση (μέγεθος, κατανομή πόρων κλπ.) κλπ.) για γιαεπίδραση στην στηνποιότητα και καιστις θερμοφυσικές ιδιότητες. Σύγκριση ξήρανσης με μεαέρα αέρακαι καιμε μεψύξη. Κινητική της τηςξήρανσης :: σύγκριση μεταξύ φυσικής διαδικασίας (sun (sun drying) και καιξήρανσης βιομηχανικού τύπου Κριτήρια για γιατην τηνβέλτιστη λειτουργία ξηραντηρίων Karathanos V. and Belessiotis V., Sun and artificial air drying kinetics of some agricultural products, Journal of Food Engineering, vol. 31 (1), pp 31-46, 1996. Karathanos V., Kanellopoulos N. and Belessiotis V., Development of porous structure during drying of materials of plant origin, Journal of Food Engineering, vol. 29 (2), pp 167-183, 1996 1-4-29 ΣΥΝΑΝΤΗΣΕΙΣ ΓΝΩΡΙΜΙΑΣ ΙΠΤΑ 3
Προσομοίωση με μετο τολογισμικό PHOENICS για γιατυρβώδη ροή ροή Μετρήσεις ταχύτητας αέρα, αέρα, περιεκτικότητας σε σευγρασία Ανάδειξη περιοχών ανομοιομορφίας. Συσχέτιση ταχύτητας αέρα αέρα ποιότητας ξήρανσης ΕΚΕΦΕ ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ / ΙΠΤΑ Επίδραση της κατανομής ταχύτητας αέρα Χρήση μεθόδων υπολογιστικής ρευστοδυναμικής (CFD) :: Βιομηχανικού τύπου θάλαμος ξήρανσης 5 τόνων Mathioulakis E., Karathanos V. and Belessiotis V., ``Simulation of air movement in dryer by computational fluid dynamics. Validation for the drying of fruits``, Journal of Food Engineering, vol. 36 (2), pp. 183-2, 1998 1-4-29 ΣΥΝΑΝΤΗΣΕΙΣ ΓΝΩΡΙΜΙΑΣ ΙΠΤΑ 4
Κινητική της Ξήρανσης Πειραματικός προσδιορισμός επίδρασης παραμέτρων αέρα ξήρανσης Αντιπροσωπευτικό προϊόν : Σύκα (figus carica) ln(mr) ln(mr) -.2 -.2 -.4 -.4 -.6 -.6 -.8 -.8-1 -1-1.2-1.2-1.4-1.4-1.6-1.6 Drying Dryingfigs figsv=1 V=1m/s m/s 85 85degC 75 75degC 65 65degC 55 55degC Ταχύτητες αέρα :.5-3 m/s Θερμοκρασίες : 55-85 C - Babalis S.J. and Belessiotis V., ''Influence of the drying conditions on the drying constants and moisture diffusivity during the thin-layer drying of figs'', Journal of Food Engineering, vol. 65(3), pp 449-458, 24. - Babalis S.J., Papanicolaou E., Kyriakis N. and Belessiotis V., Evaluation of thin-layer drying models for describing drying kinetics of figs (Ficus carica), Journal of Food Engineering, vol. 75(2), pp. 25-214, 26 Deff [m2/s] Deff [m2/s] -1.8-1.8 5 5 1 1 time time [s] [s] XX 1 1 6E-9 6E-9 5E-9 5E-9 4E-9 4E-9 85 85degC 75 75degC 65 65degC 55 55degC 3E-9 3E-9 2E-9 2E-9 1E-9 1E-9 11 22 33 V[m/s] 1-4-29 ΣΥΝΑΝΤΗΣΕΙΣ ΓΝΩΡΙΜΙΑΣ ΙΠΤΑ 5
Πειραματικός προσδιορισμός σχέσης μεταφοράς θερμότητας Επίδραση φοράς ροής του αέρα DRYER 1, Κριθάρι a) Normal flow direction J h Σόγια,1 Pollhausen Πατάτα FAN BURNER FAN HEAT EXCHANGER,1 Καλαμπόκι Σταφύλι Καρότα Σύκα DRYER b) Inverted flow direction,1 1 1 1 1 1 1 Re.59126 1/ 3 Nu 1.16691Re Pr 1.2 MR 1.8.6.4.2 Constant flow direction FAN BURNER Right-hand stack Middle stack Left-hand stack 5 1 15 2 25 Drying time [h] FAN 1.2 MR 1.8.6.4.2 HEAT EXCHANGER Alternating flow direction Right-hand stack Middle stack Left-hand stack 5 1 15 2 25 Drying time [h] 1-4-29 ΣΥΝΑΝΤΗΣΕΙΣ ΓΝΩΡΙΜΙΑΣ ΙΠΤΑ 6
Ηλιακά Υποβοηθούμενη Ξήρανση : Πειραματική Διάταξη 1-4-29 ΣΥΝΑΝΤΗΣΕΙΣ ΓΝΩΡΙΜΙΑΣ ΙΠΤΑ 7
Μοντέλο προσομοίωσης : Γενικά Στοιχεία Υπολογιστική Ρευστομηχανική (CFD) Πεπερασμένοι όγκοι: επιλύτες στρωτής/ τυρβώδους ροής Συνθήκες διεπιφάνειας Θερμοδ. ισορροπία Δυνατές προσεγγίσεις προσομοίωσης: μόνο το στερεό (με κατάλληλες οριακές συνθήκες) στερεό και αέρας ξήρανσης (συνδυασμός μοντέλου ξήρανσης με μοντέλο ροής) Μοντέλο Ξήρανσης Προσέγγιση Luikov Προσέγγιση Luikov J D M D T v mv s Tv s J D M D T l ml s Tl s 1-4-29 ΣΥΝΑΝΤΗΣΕΙΣ ΓΝΩΡΙΜΙΑΣ ΙΠΤΑ 8
Μοντέλο προσομοίωσης : Αποτελέσματα Πεδίο ροής για Re = 463 και πεδίο υγρασίας στις 2 hrs ξήρανσης Πεδίο ροής για Re = 463 και πεδίο υγρασίας στις 2 hrs ξήρανσης 3 3 3 3 1.5 1.5 1.5 1.5 Y Y -1.5-3 17 19 21 23 25 X -1.5-3 17 19 21 23 25 27 29 31 X -1.5-3 17 19 21 23 25-1.5-3 17 19 21 23 25 27 29 31 Chr. Lamnatou, E. Papanicolaou, V. Belessiotis and N. Kyriakis, Conjugate heat and mass transfer from a drying rectangular cylinder in confined air flow, Num. Heat Transfer (under review) Χρ. Λαμνάτου, Η. Παπανικολάου, Β. Μπελεσιώτης και Ν. Κυριάκης, «Μοντελοποίηση φαινομένων μεταφοράς Θερμότητας / Μάζας κατά την ξήρανση με συναγωγή πορωδών στερεών σωμάτων Εφαρμογή σε Ηλιακό Ξηραντήριο», 9ο Εθνικό Συνέδριο του ΙΗΤ για τις "Ήπιες μορφές ενέργειας", Γεροσκήπου, Κύπρος 26-29 Μαρτίου 29 1-4-29 ΣΥΝΑΝΤΗΣΕΙΣ ΓΝΩΡΙΜΙΑΣ ΙΠΤΑ 9
Συλλέκτης αέρα σωλήνων κενού Ø2 Προς αγωγό συλλογής (header) Διαμόρφωση μοντέλου προσομοίωσης 1125 Z r 5 15 Z q =cst Ø47 Ø37 r Εκροή U i Κενό E. Papanicolaou, V. Belessiotis, X.Li and Ζ. Wang, Study of the thermal performance and air-flow features of a solar air heater with evacuated tubes, proceedings of the ISES 27 Solar World Congress, Beijing - China, 18-21 September 27. Κλειστό άκρο Z 1-4-29 ΣΥΝΑΝΤΗΣΕΙΣ ΓΝΩΡΙΜΙΑΣ ΙΠΤΑ 1
Συλλέκτης αέρα - Αποτελέσματα 1 1 1 1 1.25 Z=5.1 1.25 15 Z=5.1 15 Z Z = = 32. 32. Z Z = = 63.4 63.4 m - Computed 125 Z =154.1 m - Computed Analytical (Exit) 125 Z =154.1 Analytical (Exit) result result - -q q " " =cst. w =cst. w 11 1 1 7.5 7.5 7.5 7.5 m.75.75 5 5.5.5 25 25 5 2.5 2.5 Z Z 5 5 2.5 2.5 Z Z Εξαναγκασμένη συναγωγή.25.25-25 -25-5 -5.2.2.4.4.6.6 Zr-r i i.8.8 11 1.2 1.2 1.5 15 15-2.5-2.5-2.5-2.5 Φυσική συναγωγή (ζώνη στασιμότητας) oo oo - mo 1.2 12 12.9 9 Nu w.6 6 Nu w --Full tube Nu w --Annulus solution -5-5 1 2 rr -5-5 1 2 1 2 r r.3 3 r r * =.5, * Pr=.7, Heaton et etal.(1964) oo oo -- mo mo 25 1 1 5 2 2 75 3 3 1 125 4 4 15 5 z+ Z 1-4-29 ΣΥΝΑΝΤΗΣΕΙΣ ΓΝΩΡΙΜΙΑΣ ΙΠΤΑ 11
Ηλιακός αποστακτήρας: Μοντέλο προσομοίωσης gβ(t -T)L g 3 Ra w L= να 1-4-29 ΣΥΝΑΝΤΗΣΕΙΣ ΓΝΩΡΙΜΙΑΣ ΙΠΤΑ 12
Ηλιακός αποστακτήρας 1: Απλή φυσική συναγωγή - Ra L =1 7-3 1 1 (τυρβώδης ροή) - Γωνία καλύμματος φ 2 = 3,25,2,15 Y.5 Ra L =1 7.4.3.2.1-21.1-9.7 59.1 47.6 3.5 13.3-21.1-9.7 13.3 1.8 1.8.2.4.6.8 1 X Y.5.4.3.2.1 theta:..1.2.3.4.5.6.7.8.9 1..2.4.6.8 1 X X.5.4.3.2.1-42.2-46.4-29.8 19.8-13.3 11.5 11.5 3.2.2.4.6.8 1 Y -5. -13.3.5 Ra L =3 1 1.5 theta:..1.2.3.4.5.6.7.8.9 1..5.4.4.4 Y.3 Y.3 X.3.2.1-2275.1-1532.5 695. -418.7.2.4.6.8 1 X -317.6-376.1 1437.6.2.1.2.4.6.8 1 X.2.1-85.5-512.8-159.6-1224.8-94. 626.5.2.4.6.8 1 Y 56.9 768.9 Papanicolaou E., Voropoulos K. and Belessiotis V., Natural convective heat transfer in an asymmetric, greenhouse-type solar still - Effect of angle of inclination, Num. Heat Transfer, Part A, vol. 42 (8), pp. 855-88, 22. 1-4-29 ΣΥΝΑΝΤΗΣΕΙΣ ΓΝΩΡΙΜΙΑΣ ΙΠΤΑ 13
Ηλιακός αποστακτήρας 2: Φυσική συναγωγή διπλής διάχυσης ή «Θερμοδιαλυτική» συναγωγή (thermosolutal convection) Νέες παράμετροι Sc Sc = ν/d, ν/d, Le Le = Sc/Pr = α/d α/d N β * Δc β ΔT Ra Ra c f 1 L=2,5m =6 H =,25m f 1 2 = 3 H=1,33m T,C t t - Ra L =1 7-1 1 (τυρβώδης ροή), - Μίγμα αέρα/υδρατμού Le =.86 H f 1 f 2 T,C b b H 1 L * ( T, c) (1 ( T T) ( c c) ) Papanicolaou E. and Belessiotis V., Double-diffusive natural convection in an asymmetric trapezoidal enclosure: unsteady behavior in the laminar and the turbulent-flow regime, Int. J. Heat & Mass Transfer, vol. 48(1), pp. 191-29, 25. 1-4-29 ΣΥΝΑΝΤΗΣΕΙΣ ΓΝΩΡΙΜΙΑΣ ΙΠΤΑ 14
Φυσική συναγωγή ΔΔ σε κλειστά κοιλώματα: Φαινόμενα Αστάθειας - Διακλαδώσεις Ορθογωνική γεωμετρία Μίγματα Le =.86, 2, 5 Λόγοι Ν = -1, -.1, -.5 L = 2,5m ö 1 = 6 H 1 =,25m ö 2 = 3 H = 1,33m H T,c t t Διάγραμμα για Le =.86, Ν = -1 -.5 mid -.53 4 2.52 3 3a 2 5b 4a 1 4b..6 1.2 1.8 2.4 3. -1 Ra H 1-5 -2-3 -4-1.36 3b 1.62.91.7 5a -1.48 -.76 -.5.9 1.19 2.14-1.96-1.33 -.7 1.98-1.96 1.35.9-1.49-1.48 -.7-2.34 1.76 1.98 1.3.9 2.33-1.76-2.53 1.49 ö 1 ö 2 H m 1.25-1.42 1.25 H 1 T,c b b.2.53 -.81 -.9.63.2 L -2.43-1.22 2.7-2.26 2.7 1.55-1.74 1.55-2.26-1.56 -.1.34 -.1.17 -.1 1-4-29 ΣΥΝΑΝΤΗΣΕΙΣ ΓΝΩΡΙΜΙΑΣ ΙΠΤΑ 15
Φυσική συναγωγή ΔΔ σε κλειστά κοιλώματα: Φαινόμενα Αστάθειας Διακλαδώσεις ΕΚΕΦΕ ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ / ΙΠΤΑ Διάγραμμα για Le =2, Ν = -.5 Διάγραμμα για Le =5, Ν = -.5 Τραπεζοειδείς γεωμετρίες Μίγματα : Le =.86, 2, 5 Ν = -1, -.5, -.1 max 4 3 2 1 2 Cells 4 Cells 4 Cells 1 2 3 4 5 Ra -13.653-25.76 21.884 12.6.15.5.5.45.45.7.8.15.75 Nu b /Nu cond 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1. Supercr branch (2 cells) - Rest/Frwd Oscillatory - Frwd Subcr branch (2 cells) - Rest/Frwd Subcr branch (2 cells) - Bckw.9..6 1.2 1.8 2.4 3. Ra -8.322 4.116.95.35.3.55 Papanicolaou E. and Belessiotis V., Patterns of double-diffusive natural convection with opposing buoyancy forces: comparative study in asymmetric trapezoidal and equivalent rectangular enclosures, ASME J. Heat Transfer, vol. 13(9), pp. 9251-11, 28. 1-4-29 ΣΥΝΑΝΤΗΣΕΙΣ ΓΝΩΡΙΜΙΑΣ ΙΠΤΑ 16