"Eksperymentalna i numeryczna analiza zjawisk wymiany ciepła i masy podczas procesu zamrażania metodą cieczowej fluidyzacji uderzeniowej"

Plan badań projektu CoolFood został tak przygotowany, żeby każdemu zadaniu poświęconemu budowaniu i walidacji modelu numerycznego towarzyszyło kolejne zadanie składające się z badań eksperymentalnych. Badania przebiegają równolegle, co pozwala na wzajemną wymianę danych wejściowych oraz walidacyjnych. W pierwszych zadaniach prowadzone są badania wstępne pozwalające na numeryczno-eksperymentalne określenie przepływu czynnika chłodniczego wokół pojedynczego oraz grupy produktów w zależności od różnych warunków przepływu i konfiguracji geometrycznych. Następnie model opływu czynnika wokół produktu jest uzupełniany o model przepływu ciepła i masy w rzeczywistych produktach spożywczych, a w badaniach eksperymentalnych dodatkowo mierzone jest pole temperatury w produkcie. W najważniejszych dwóch ostatnich zadaniach uwzględniony jest poziomy ruch produktów, co zbliży badania laboratoryjne do rzeczywistego procesu mrożenia.

Wszystkie zadania obliczeniowe, w których określane jest pole prędkości wokół produktu, realizowane są za pomocą programu Ansys Fluent zainstalowanego na klastrach obliczeniowych Instytutu Techniki Cieplnej Politechniki Śląskiej. Ze względu na charakter procesu zamrażania model matematyczny jest sformułowany jako niestacjonarny. W pierwszej fazie projektu model opływu produktów jest zdefiniowany za pomocą modelu jednofazowego. Wyniki tego modelu zostaną porównane z wynikami równolegle rozwijanego modelu dwufazowego, w którym fazami są ciekły czynnik chłodniczy oraz powietrze atmosferyczne.

Do walidacji pola temperatury i przede wszystkimi pola prędkości posłużą wyniki uzyskane z pomiarów za pomocą odpowiednio termopar w produkcie i techniki PIV wokół produktu. Eksperymenty będą prowadzone dla różnych warunków przepływowych, geometrii perforowanej płytki (rozkładu, liczby i wymiarów dysz) oraz odległości i kształtu produktu. Z modelu numerycznego wyznaczone zostaną uśrednione i lokalne współczynniki wnikania ciepła na powierzchni analizowanych produktów, a z eksperymentu efektywne czasy mrożenia.