Szanowni Państwo,

Zapraszam na seminarium zorganizowane przez oddział koszaliński POLSKIEGO TOWARZYSTWA MECHANIKI TEORETYCZNEJ I STOSOWANEJ na którym dr inż. Marta Stachnik przedstawi wyniki ukończonej i obronionej z sukcesem rozprawy doktorskiej pt. „Analiza numeryczna i badania eksperymentalne przepływu brzeczki piwnej w kadzi wirowej o zmodyfikowanej konstrukcji”.

Seminarium odbędzie się w dniu 23.12.2021 (czwartek) o godzinie 10.00 w formule on-line na platformie zoom. Link do spotkania i streszczenie poniżej. Serdecznie zapraszam.

 

Link:

https://us02web.zoom.us/j/88024162432?pwd=Nlp1WmY2T1lZVytjZ2RSVGpNNzdjUT09

 

Streszczenie

W trakcie gotowania brzeczki z chmielem powstaje osad gorący, który jest oddzielany w kadzi wirowej. Rozwój nowych technik pomiarowych oraz narzędzi komputerowych pozwala na szerszą analizę oraz poprawę warunków separacji tej zawiesiny.

W pracy zaproponowano modyfikację dennicy kadzi wirowej, które mają na celu poprawę warunków klarowania brzeczki piwnej po jej gotowaniu z chmielem. Wykorzystując  wybrane wycinki rzutu spirali Ekmana utworzono formy geometryczne modyfikujące dennicę kadzi klasycznej. Przeprowadzono pomiary rozkładu prędkości przepływu pierwotnego za pomocą metody PIV oraz symulacji komputerowych CFD. Wyznaczono także charakterystykę reologiczną brzeczki i osadu.

W kadzi wirowej zachodzą dwa zjawiska: przepływ wirowy ze swobodną powietrznią oraz sedymentacja osadu gorącego. Początkowo zbudowano trójfazowy model komputerowy, który składał się z dwóch faz ciągłych (powietrze i brzeczka) oraz fazy rozproszonej (osad). Wykorzystano w tym celu podejście Euler-granularny, czyli połączenie śledzenia swobodnej powierzchni brzeczka-powietrze oraz model granularny dla opisu fazy rozproszonej. Równania matematyczne opisujące przepływ w kadzi zostały rozszerzone o udział poszczególnych faz/frakcji. Na podstawie symulacji prześledzono zmiany udziału frakcji rozproszonej oraz formowanie się stożka osadu w kolejnych krokach czasowych. Model komputerowy pozwala także przeanalizować charakterystykę pionowego przepływu wtórnego, którego nie da się ocenić za pomocą eksperymentu.

Wstępne obliczenia przeprowadzono dla kadzi klasycznej. Ze względu na długi czasu obliczeń analizę wpływu modyfikacji na przepływ przeprowadzono za pomocą eksperymentalnych pomiarów PIV. Na podstawie analizy map wektorowych przepływu zdefiniowano pięć kategorii oceny: symetryzacja przepływu pierwotnego z uwzględnieniem maksymalnych wartości przepływu; symetryzacja przepływu pierwotnego pod względem miejsca występowania maksymalnych wartości przepływu; stabilizacja strefy centralnej; obniżenie wartości prędkości przepływu pierwotnego; obniżenie wartości prędkości strefy centralnej.

Symulacje komputerowe wybranych wariantów modyfikacji prowadzono dla kadzi niskiej, gdzie wysokość słupa cieczy jest równa promieniowi zbiornika. Najkorzystniejszy efekt na przepływ w kadzi wirowej uzyskano dla dłuższych fragmentów spirali, a najmniej korzystny dla najkrótszych elementów. W związku z tym najmniejsze zagęszczenie stożka uzyskano w wariancie z najkrótszymi fragmentami spirali. Natomiast największe zagęszczenie zidentyfikowano dla wariantu z najdłuższymi fragmentami spirali. Była to sytuacja odwrotna do wyników uzyskanych dla kadzi o smukłości H/D = 1. Założono, iż wybrana wysokość elementów zabudowy nie zaburzy dośrodkowego przepływu namywającego. Na podstawie symulacji komputerowych stwierdzono, iż elementy modyfikujące dno hamowały przepływ przydenny. To przyczyniło się do namywania osadu przy fragmentach spirali.

W dalszej części pracy opisano wyniki pomiarów właściwości reologiczne. Osad gorący wykazał właściwości rozrzedzania ścinaniem oraz znaczną tiksotropię. W każdej temperaturze najwyższe wartości lepkości pozornej odnotowano dla osadu pochodzącego ze słodowanego wsadu. Natomiast najniższe wartości lepkości pozornej odnotowano dla osadu z 30% dodatkiem niesłodowanego jęczmienia. Zwiększenie dodatku niesłodowanego o 15% oraz ekstraktu do 16,1 i 18,2° nieznacznie podwyższyło lepkość pozorną osadu. Zidentyfikowano również istnienie granicy płynięcia w materiale. Jej wartość obniżała wraz ze wzrostem temperatury, jednak nie na tyle by zaburzyć sedymentację osadu. Na koniec dobrano model reologiczny, który najlepiej oddaje właściwości reologiczne osadu. Takim modelem okazał się model Cross’a.

 

Serdecznie zapraszam i Pozdrawiam,

 

Marek Jakubowski

 

Dr hab. inż. Marek Jakubowski, prof. Politechniki Koszalińskiej

Politechnika Koszalińska

Wydział Mechaniczny

Katedra Procesów i Urządzeń Przemysłu Spożywczego

  1. Racławicka 15-17

75-620 Koszalin

 

Edytor tematyczny w International Journal of Food Engineering IF 1.713 (Walter de Gruyter, ISSN 1556-3758)

 

+48 94 3478-457

marek@tu.koszalin.pl

http://jakubowskimarek.com

https://orcid.org/0000-0002-1273-7224

https://publons.com/researcher/2598025/marek-jakubowski/