НАУКОВЕ ОБҐРУНТУВАННЯ ТЕРМОГІДРОДИНАМІЧНИХ ПРОЦЕСІВ І ГРАНИЧНИХ ПАРАМЕТРІВ ВАКУУМУВАННЯ ПІД ЧАС ПРОЄКТУВАННЯ РОТОРНИХ УСТАНОВОК ШВИДКІСНОГО ОХОЛОДЖЕННЯ ХЛІБОБУЛОЧНИХ ВИРОБІВ МЕТОДАМИ CFD-МОДЕЛЮВАННЯ

Анотація

У статті вирішено важливе інженерно-технічне завдання стосовно прискорення процесу охолодження хлібобулочних виробів через проєктування та доведення доцільності параметрів нової роторної вакуумної установки. Було підтверджено необхідність відмови від традиційних конвекційних підходів, які займають аж 180–240 хвилин та призводять до помітної втрати ваги (3,5–5,0%), на користь безперервних вакуумних технологій. Науковими методами доведено, що застосування роторної конструкції з кількома секціями сприяє організації потокового виробництва, що є життєво необхідним для сучасних великомасштабних підприємств.

Методологія дослідження ґрунтується на комплексному підході, що інтегрує методи комп’ютерної гідродинаміки (CFD) з використанням програмного пакета OpenFOAM та експериментальні випробування на пілотному стенді. Створено математичну модель тепло- та масообміну в капілярно-пористому зернистому матеріалі хліба, яка враховує зміну фаз води та динамічні умови тиску на межі. Застосувавши чисельне моделювання, вдалося встановити карти розподілу швидкостей пари та градієнтів внутрішнього тиску у м’якуші. Визначено граничну швидкість створення вакууму (1,5–1,8 кПа/с), яка стимулює інтенсивне випаровування вологи без руйнування внутрішньої структури виробу.

Вперше введено та обґрунтовано концепцію системи «Cross-Vacuum» – удосконалений алгоритм поетапного вирівнювання тиску між камерами ротора. Детально описано логіку управління цим процесом на базі промислового PLC-контролера, що забезпечує гнучкість налаштування умов охолодження для різноманітного асортименту продукції. Результати тестування продемонстрували скорочення часу охолодження до 4–6 хвилин, зниження втрати вологи на 2,5% порівняно з конвекцією та економію електроенергії на 22–28% завдяки ефекту рекуперації. Стаття матиме значну практичну цінність для інженерів-розробників та технологів хлібопекарської промисловості, оскільки запропоноване обладнання дає змогу звільнити до 80% виробничої площі, яку зазвичай займають традиційні охолоджувальні пристрої (кулери).