受污染的农产品有助于食物浪费，这是全球农业产业的日益严重的问题。太阳能干燥机是保存水果和蔬菜的一种方法，但是这些设备必须能够正常运行才能有效。传热模拟可用于分析太阳能烘干机设计，并识别正确的建筑材料，包括节约太阳热的相变材料（PCM）。今天，我们将探索旨在优化太阳能干燥机设计以进行有效食品保存的仿真研究。
保存食物的自然方法
通过使用脱水去除新鲜农产品中的水，农业工人可以抑制酵母，霉菌和细菌的生长。露天干燥或阳光干燥是一种自古以来的技术，当时鱼和肉被干燥并储存。顾名思义，该方法涉及简单地将食物放在阳光下干燥。想想一些例子，想想葡萄干（干葡萄）或李子（干李子）。
晒黑的过程。Arianeccm的图像 - 自己的作品。获得许可CC BY-SA 3.0， 通过Wikimedia Commons。
虽然一种天然，廉价和简单的保存方法，但晒黑的过程仍然使食物受到潜在的污染和害虫和动物的干扰。此外，必须始终对食物进行监控，以确保雨水不会造成伤害。
太阳干燥最严重的问题涉及到太阳下山时食物发生的一切。由于阳光的热量不是连续的，因此干燥过程在晚上停止。持续的加热和冷却不能正确保留食物，最终会导致变质或污染。其他方法可用于干燥食物，包括电脱水和冷冻干燥。尽管他们完成了工作，但这种方法在缺乏能源效率且昂贵的意义上是没有优势的。
太阳能干燥是一种为所有这些问题提供补救措施的选择。太阳能干燥机为食物创建了一个结构化的庇护所，使其远离动物和其他环境条件，从而减少了持续监测的需求。干燥机通过使用相变材料（PCM）来运行，该材料（PCM）从太阳中存储能量来加热设备。PCM可以在保持接近恒定的温度的同时，可以储存和发射热能。
PCM在太阳能干燥机中效果很好，因为它们提供了短期的热能。此外，各种PCM不会占用大量的表面积，这对于有限尺寸的太阳能干燥机非常有用，因为它们仍然可以存储有效的食物。在许多不同类型的PCM中，没有单一材料在所有应用领域内都可以很好地工作。因此，面临的挑战是确定哪种类型的PCM最适合特定的太阳能烘干机设计。为了解决这个问题，美国农业部的研究人员健康加工食品研究部门转向Comsol多物理学的传热建模能力。
研究有效太阳能干燥机的相变材料
研究团队为40.6 x 43.1 x 50.8厘米的机柜建立了一个简单的型号几何形状，该机柜由铝（一种便宜的建筑材料）制成。盒子的顶部使用了透明的丙烯酸，使太阳闪耀了。Comsol多物理学中包含的材料库为两种建筑材料提供了参数。研究人员将传热液视为空气，外部辐射力为太阳。对于此模拟，所有材料特性都保持不变，但是对于每个分析，都更改了丙烯酸材料的光学参数（太阳吸收性和表面发射率）。
太阳能干燥机的基本几何形状。
模拟的温度曲线基于2014年加利福尼亚州奥尔巴尼的历史天气报告。为了解决太阳能干燥机内部的传导和辐射，研究人员将传热模块与地表到表面相处辐射。如前所述，它们在三个不同的研究中改变了丙烯酸的光学参数。丙烯酸类型被认为是原来的，，，，一半一半， 和撤销，并记录在9:00、12：00和18:00小时的记录。
不同类型的丙烯酸材料的温度曲线。从上到下：原始（O），半半（H）和反向（R）。
结果表明，最高温度为330 K（57°C），在柜子中具有反向丙烯酸材料类型。在该盒子中，太阳能吸收率为0.8，表面发射率为0.2。该团队使用该信息来识别太阳能干燥机的最佳丙烯酸类型。同样重要的是要注意，此处呈现的太阳能干燥机非常适合在57°C或更少以进行过夜干燥时做得很好的食物。对于某些其他形式的农产品，这可能不是最好的方法。
由于研究人员确定了太阳能干燥机的峰值温度，因此可以进一步评估太阳能干燥机的合适PCM。为了为太阳能干燥机选择合适的PCM，该团队还考虑了空间。潜在热PCM的表面积减少，因此对于设计来说将是一个不错的选择，提供更多的干粮空间，而不是持有PCM。Glauber的盐和石蜡具有低过渡温度是潜在热PCM的一些示例，可以将其掺入太阳烘干机中。
传热建模对太阳烘干机设计的影响
使用COMSOL多物理学中可用的传热建模功能，美国农业部的研究人员能够研究太阳能烘干机的设计，并优化其参数以最佳利用PCM。仿真结果还帮助他们确定了适当的PCM类型，用于在其特定的干燥机配置中使用。
设计更有效的太阳能干燥机提供了一种更有效地保存新鲜农产品并更好地解决全球食品浪费问题的方法。正如我们在今天的博客文章中分享的那样，仿真可以成为协助此过程的强大工具。
进一步阅读
了解有关这项研究的更多信息，该研究是在2015波士顿Comsol会议上提出的：乐动滚球app下载
- 阅读论文：“太阳热干燥机的设计24小时食物干燥“
- 查看海报：“用于24小时食品干燥加工的太阳能热干燥器的设计“
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