Author : มงคล เลิศสัทธากิจ.
Source : วิทยานิพนธ์. (2003) 94 หน้า
Abstract : The objective of this work was to study the effects of the can size and its geometry on the temperature distribution and flow pattern of canned viscous liquid food during sterilization using the commercially available computational fluid dynamic (CFD) software, CFX version 5.5.1. The simulated model was developed to predict the transient temperature and velocity profiles of a model liquid food, i.e., 3 percent (w/w) carboxy-methyl-cellulose (CMC). Two different patterns of the model liquid food viscosity were assumed, constant and temperature-dependent viscosity. A Boussinesq approximation was assumed for the liquid density. The various can sizes used in this study covered the range normally used in the food industry from the smallest to the largest sizes. Flow characteristics of the liquid food with different viscosity patterns showed that convection was more dominant when temperature-dependent viscosity was assumed, especially in taller cans. The magnitude of the Rayleigh number (Ra) of constant- and variable-viscosity liquids contained in all can sizes varied with the height of the can and had the value in the range of 101-102 and 102-103, respectively. More rapid changes in the liquid flow pattern, i.e., from convection to pure conduction, were also observed when the height to diameter ratio (H/D) was greater; almost pure conduction heating was observed when H/D55.0?. The location of the slowest heating zone (SHZ) of both types of liquids was varied initially, but eventually stayed at a particular region near the bottom of the can; the location of the SHZ was also variedwith the size of the can. It was also found that the SHZ of the constant-viscosity liquid varied with the ratio of the total volume of the can to the heat transfer area (V/A); the higher V/A, the lower the SHZ, when H/D551.<. On the other hand, the SHZ of the temperature-dependent viscosity liquid in various can sizes was located at a lower height than that of the constant-viscosity liquid and varied with H/D; the higher H/D, the lower the SHZ. Due to the influence of natural convection, which obtained from the simulation, the fh value from simulation differed from the Ball and Olson’s conversion equations for the conduction heating pack.
งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาผลของขนาดกระป๋องต่อการกระจายความร้อน และลักษณะการไหลของของเหลวข้นหนืดในกระป๋องระหว่างการฆ่าเชื้อด้วยความร้อน โดยใช้โปรแกรมพลศาสตร์ของไหลสำเร็จรูป CFX version 5.5.1 ในงานวิจัยนั้ได้สร้างแบบจำลองเพื่อใช้ทำนายอุณหภูมิและลักษณะการไหลของอาหารตัวอย่าง (สารละลายคาร์บอกซีเมททิลเซลลูโลส ร้อยละ 3 โดยน้ำหนักความหนืดของอาหารตัวอย่างแบ่งออกเป็น 2 แบบ คือความหนืดคงที่ และความหนืดไม่คงที่เปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิ ส่วนความหนาแน่นของอาหารที่ใช้ในงานนี้ให้มีค่าเปลี่ยนแปงไปตามอุณหภูมิ ขนาดกระป๋องที่ใช้ศึกษาครอบคลุมตั้งแต่ขนาดที่เล็กที่สุดจนถึงขนาดใหญ่สุดที่ใช้ในอุตสาหกรรมอาหาร ผลการศึกษาพบว่าอิทธิพลของการถ่ายโอนความร้อนแบบการพาความร้อนซึ่งเกิดขึ้นตามธรรมชาติ มีผลต่อลักษณะการไหลของอาหารเหลงที่ความหนืดไม่คงที่มากกว่าอาหารเหลวที่ความหนืดคงที่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อความสูงของกระป๋องเพิ่มขึ้น นอกจากนี้ยังพบว่าค่าเรไรย์นัมเบอร์ของอาหารเหลวที่มีความหนืดคงที่ และที่มีความหนือไม่คงที่ มีค่าแปรตามความสูงของกระป๋องที่เพิ่มขึ้นซึ่งมีค่าอยู่ในช่วง 10¹-10² and 10²-10³ ตามลำดับ ในกระป๋องทีมีอัตราส่วนของความสูงต่อเส้นผ่านศูนย์กลาง (H/D) สูงๆ พบว่ามีการเปลี่ยนแปลงลักษณะการไหลอย่างรวดเร็วและพบว่า ลักษณะการไหลของอาหารเหลงในกระป๋องเปลี่ยนเป็นการไหลเนื่องจากการถ่ายโอนความร้อนแบบการนำความร้อนแบบสมบูรณ์ เมื่อกระป๋องมีอัตราส่วนของความสูงต่อเส้นผ่านศูนย์กลางของกระป๋องไม่เกิน 0.55 (H/D ≤.55) จากการศึกษายังพบว่าจุดร้อนช้าที่สุดของอาหารเหลวในกระป็องมีการเคลื่อนที่ตลอดเวลาการให้ความร้อน และอยู่ที่ตำแหน่งตรงกลางค่อนลงมาทางด้านล่างของกระป๋อง และความสูงแตกต่างกันไปตามขนาดของกระป๋อง สำหรับอาหารเหลวที่มีความหนืดคงที่ พบว่าบริเวณร้อนช้าที่สุดแปรตามอัตราส่วนระหว่างปริมาตรของกระป๋องกับพื้นที่ในการถ่ายโอนความร้อน กล่าวคือตำแหน่งจุดร้อนช้าที่สุดเคลื่อนเข้าใกล้กันกระป๋องมากขึ้น เมื่ออัตราส่วนดังกล่าวเพิ่มขึ้น ยกเว้นในกระป๋องที่มีค่าอัตราส่วนของความสูงต่อเส้นผ่านศูนย์กลางของกระป๋องตั้งแต่ 1.55 ขึ้นไป (H/D ≥ 1.55) สำหรับของเหลวที่มีความหนืดไม่คงที่นั้น จุดร้อนช้าที่สุดจะแปรตามอัตราส่วนของความสูงต่อเส้นผ่านศูนย์กลางของกระป๋อง โดยที่ตำแหน่งของจุดร้อนช้าที่สุดอยู่ใกล้ก้นกระป๋องมากขึ้นเมื่ออัตราส่วนดังกล่าวมีค่าเพิ่มมากขึ้น และจากการเปรียบเทียบค่า ƒh ระหว่างผลจากการจำลอง กับผลจากการคำนวณโดยใช้สูตร ของ Ball and Olson พบว่าผลที่ได้แตกต่างกันเนื่องจากสูตรของ Ball and Olson นั้นมีสมมติฐานว่าการถ่ายเทความร้อนเกิดจากการนำความร้อนเท่านั้นแต่ในการจำลองพว่า มีการพาความร้อนเกิดขึ้นด้วย.
Subject : Food containers. Heat transfer. ภาชนะบรรจุอาหาร. การถ่ายโอนความร้อน. การฆ่าเชื้อ.
