МОДЕЛИРОВАНИЕ СОЛНЕЧНОЙ СУШИЛКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ГИДРОДИНАМИКИ (CFD)

Аннотация

В данной научной статье с использованием метода
вычислительной гидродинамики (CFD) смоделированы процессы
теплообмена и движения воздушных потоков в гелиосушилках, а также
изучены возможности эффективной и качественной сушки лекарственного
растения – большого подорожника (Plantago major). Основная цель
исследования заключается в оптимизации конструкции гелиосушилок,
повышении скорости сушки и сохранении качества готового продукта
за счёт применения технологий CFD. С использованием программного
пакета ANSYS Fluent была проведена модельная симуляция распределения
тепла, скорости воздушного потока и температурных градиентов внутри
сушильной установки. Согласно условиям моделирования, нагреваемый
солнечной энергией воздух поддерживался в диапазоне температур 55–65 °C
и направлялся непосредственно на продукт. Начальная влажность листьев подорожника составляла 82 %, и в течение 3,5–4,5 часов процесса
сушки показатель снижался до 10–12 %. Результаты CFD-моделирования
выявили следующие преимущества: равномерное распределение воздушного
потока внутри сушильной камеры, что обеспечивало одинаковое тепловое
воздействие на все листья; эффективное использование тепловой
энергии, что способствовало сокращению продолжительности процесса
сушки; сохранение биологически активных соединений (флавоноидов,
витаминов) в готовом продукте; проведён анализ внутренней геометрии
сушильной установки, а также входных и выходных каналов воздуха с
использованием CFD, на основе чего были выработаны рекомендации для
совершенствования конструкции. Сопоставление результатов численного
моделирования с данными экспериментальных наблюдений показало
высокую степень совпадения. Применение CFD-технологий позволило
повысить эффективность работы гелиосушилок, улучшить качество
процесса сушки и минимизировать тепловые потери. Представленные
результаты демонстрируют высокий потенциал подхода, основанного на
вычислительной гидродинамике, для научного проектирования и внедрения
гелиосушилок, предназначенных для обработки лекарственных растений.