مهندسی کشاورزی و غذا

مهندسی کشاورزی و غذا چیست؟

از لحاظ تاریخی، کشاورزی با افزایش بهره وری، گسترش جمعیت انسانی را پوشش داده است. در قرن گذشته، بیشتر این افزایش بهره وری ناشی از بهبود ژنتیکی محصولات و استفاده از مواد شیمیایی و ماشین آلات بود. انتظار می رود در سال های بعدی کشاورزی با حفظ چشم انداز ،مواد غذایی و مواد خام را تولید و گازهای گلخانه ای موجود در جو را کاهش دهد. پیش‌بینی می‌شود که افزایش جدید بهره‌وری در آینده می‌تواند ناشی از استفاده از فناوری اطلاعات و ارتباطات در کشاورزی باشد.

مهندسی کشاورزی و مواد غذایی شاخه‌ای از مهندسی است که بر طراحی، توسعه و بهبود سیستم‌های تولید کشاورزی و مواد غذایی تمرکز دارد. این زمسنه ی مهندسی اصول مهندسی، زیست شناسی و شیمی را برای ایجاد راه حل های کارآمد و پایدار برای تولید، پردازش، ذخیره سازی و توزیع مواد غذایی ترکیب می کند. مهندسان کشاورزی و مواد غذایی برای بهبود ایمنی، کیفیت و کارایی تولید و فرآوری مواد غذایی کار می کنند و در عین حال عوامل محیطی و اقتصادی را نیز در نظر می گیرند.

چگونه می توان از شبیه سازی CFD در صنایع کشاورزی و غذایی استفاده کرد؟

شبیه سازی CFD را می توان در صنایع کشاورزی و غذایی به روش های مختلفی به کار برد. به عنوان مثال، CFD را می توان برای شبیه سازی جریان هوا در یک کارخانه فرآوری مواد غذایی یا جریان مایعات در خط تولید مواد غذایی استفاده کرد که به بهینه سازی طراحی کارخانه و بهبود کارایی فرآیند کمک می کند.از کاربردهای دیگر می توان به می توان به شبیه سازی جریان گرما در یک مرکز نگهداری مواد غذایی برای بهینه سازی طراحی تاسیسات و بهبود کارایی فرآیند و شبیه سازی جریان گازها در یک کارخانه بسته بندی مواد غذایی جهت بهینه سازی طراحی کارخانه و بهبود کارایی فرآیند،اشاره کرد.

دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) و ابزارهای شبیه سازی فرآیندهای جریان سیال از مرحله توسعه ظاهر شده اند و امروزه به ابزارهای طراحی قوی تبدیل شده اند. ابزارهای CFD روشی مقرون به صرفه برای انجام طراحی و بهینه سازی تجهیزات و فرآیند و کاهش اصلاح تجهیزات و ریسک افزایش مقیاس ارائه می دهند. مدل سازی CFD در سال های اخیر مورد توجه صنعت کشاورزی و مواد غذایی قرار گرفته است. این مقاله کاربردهای مختلف CFD را برای بهبود سیستم‌های کشاورزی محصولات مانند کشت و زرع خاک، سمپاش‌ها، برداشت، ماشین‌آلات و گلخانه‌ها بررسی می‌کند.

​

 CFDبرای سیستم‌های خشک کردن و گلخانه ها

اسپری خشک کن ها به طور گسترده در صنایع کشاورزی و غذایی استفاده می شود. از آنها برای خشک کردن انواع محصولات از جمله شیر، تخم مرغ، پروتئین، نشاسته و سایر مواد غذایی،همچنین برای خشک کردن محصولات کشاورزی مانند غلات، میوه ها و سبزیجات نیز استفاده می شود. استفاده می شود.

گلخانه ها به طور گسترده ای در صنایع کشاورزی و غذایی مورد استفاده قرار می گیرند. از گلخانه ها برای پرورش محصولات زراعی، سبزیجات و میوه جات و همچنین برای پرورش دام استفاده می شود. همچنین می توان از گلخانه ها برای افزایش فصل رشد، محافظت از محصولات در برابر آب و هوای شدید و کاهش نیاز به آفت کش ها و سایر مواد شیمیایی استفاده کرد.

 بهبود بخشید؟ CFD چگونه می توان عملکرد کشاورزی را در شبیه سازی  

اگرچه کاربرد CFD در صنایع غذایی به درک دینامیک و فیزیک یک فرآیند فرآوری مواد غذایی و بنابراین به بهینه سازی و طراحی تجهیزات پردازش موجود و جدید کمک می کند، محدودیت ها برای تکنیک های CFD سریع تر، آسان تر و کم هزینه تر ضروری است. در عصر جدید، استفاده از CFD در صنایع غذایی به نقطه حساسی رسیده است، زیرا روز به روز آشکارتر می شود که رشد آینده در CFD به صورت کیفی، کمی و موثر در کار خواهد بود.

بسیاری از عملیات فرآوری مواد غذایی مانند سرد کردن، خشک کردن، انجماد، پاستوریزه کردن و استریلیزاسیون به جریان سیال متکی هستند. انتقال رویکردهای CFD به صنایع غذایی، بینش و درک جدیدی را در مورد عملکرد احتمالی تجهیزات غذایی در مرحله طراحی و اطمینان به کیفیت یا ایمنی محصولات غذایی به مهندسان مواد غذایی ارائه کرده است. تجهیزاتی مانند اجاق‌ها، مبدل‌های حرارتی، کابینت‌های نمایشگر یخچال و خشک‌کن‌های اسپری با استفاده از تکنیک‌های CFD برای درک عملکرد و فرآیند طراحی بهبود یافته‌اند. CFD به ابزاری قدرتمند برای توسعه، عیب یابی و بهینه سازی فرآیندهای غذایی تبدیل شده است.

CFD برای بهبود روش استریلیزاسیون

مشخص است که تقاضای مصرف کنندگان برای محصولات غذایی بر ایمنی، کیفیت و هزینه تمرکز دارد. بنابراین، افزایش کیفیت و تضمین ایمنی عرضه مواد غذایی بسیار ضروری است. استریل کردن یک تکنیک ضروری برای نگهداری  مواد غذایی است. از CFD می توان برای مطالعه توزیع دما و الگوی جریان مواد غذایی در فرآیند استریلیزاسیون برای بهینه سازی کیفیت محصولات غذایی استفاده کرد. پردازش حرارتی مؤثرترین روش استریل‌سازی است که منجر به غیرفعال‌سازی میکروبی می‌شود، اما در عین حال، کیفیت و طعم را از دست می‌دهد.بعلاوه حرارت بیش از حد بر کیفیت غذا و خواص مغذی آن تأثیر می گذارد.

در سال های اخیر کیسه های مواد غذایی به بازار عرضه شده است. بنابراین، مطالعه کمی یا هیچ مطالعه ای در مورد استریل کردن مواد غذایی در کیسه ها انجام نشده است. CFD برای شبیه‌سازی دمای گذرا، پروفیل‌های سرعت و شکل کندترین منطقه گرمایش در استریل کردن کیسه‌ها استفاده شد.

. ​

           در مورد یخچال مواد غذایی CFD 

مصرف غذاهای منجمد در سال های گذشته به طور مستمر افزایش یافته است، زیرا غذاهای منجمد کیفیت و سوابق ایمنی خوبی را از خود نشان داده اند. یخچال می تواند رشد باکتری ها را کند کرده و مواد غذایی را حفظ کند.از آنجایی که غذاهای یخچالی نیاز به کنترل دقیق دما دارند، طراحی تجهیزات یا فروشگاه برای غذاهای یخچالی بسیار مهم است. با استفاده از CFD، طراحان می توانند قبل از ساخت و طراحی با حداقل هزینه و در مدت زمان کوتاه، طیف وسیعی از تغییرات را بررسی کنند.

CFD در بهبود دستگاه های مبدل حرارتی

مبدل حرارتی یک دستگاه سیستماتیک است که برای انتقال موفقیت آمیز حرارت بین دو سیال با دمای غیر یکسان ساخته شده است. پوشش میانی ممکن است از طریق یک دیوار جامد جدا شود تا اختلاط را قطع کند یا در تماس مستقیم باشد. مبدل های حرارتی به طور کامل در صنایع فرآوری مواد غذایی، صنایع لبنی، فرآوری بیوشیمیایی، کارخانه های شیمیایی و کارخانه های نفت استفاده می شوند. آنها در صنعت بیولوژیکی، از پاستوریزاسیون در دمای بالا تا انجماد در دمای پایین، همه جا وجود دارند. مبدل های حرارتی از دیرباز ابزار مورد نیاز برای پاستوریزه کردن، استریل کردن و سایر نیازهای فرآوری مواد غذایی بوده اند. و در حالی که این فناوری کاملاً پیشرفته است، هنوز نوآوری کافی وجود دارد.

به طور عمده سه مبدل حرارتی وجود دارد: مبدل های پوسته، لوله و صفحه. با این حال، مبدل های صفحه ای در صنایع فرآوری مواد غذایی ترجیح داده می شوند. CFD برای شبیه سازی و مطالعه توزیع جریان و دمای سیال برای پیش بینی و کنترل کیفیت غذا در طول فرآیند گرمایش استفاده شده است.

رعایت نظافت و تهویه در صنایع غذایی ضروری است. طراحان از CFD برای شبیه سازی جریان هوا در اتاق تمیز استفاده کرده اند. تکنیک های ردیابی ذرات می تواند حرکت هوا و سایر ذرات معلق را در اتاق تمیز پیش بینی کند.طراحی تجهیزات تهویه مناسب، موقعیت تامین هوا و مجرای استخراج و مکان یابی بهینه مناطق کار و ماشین آلات می تواند از استفاده از CFD بهره مند شود. استفاده از CFD برای کنترل شرایط اتاق تمیز، محیط کاری خوبی را فراهم می کند و بهداشت را در صنعت فرآوری مواد غذایی افزایش می دهد.

لازم است که تمیزی و تهویه در صنعت فرآوری غذا حفظ شود. طراحان از CFD برای شبیه‌سازی جریان هوا در یک اتاق تمیز استفاده کرده‌اند. تکنیک‌های ردیابی ذرات می‌توانند حرکت هوا و دیگر ذرات را در اتاق تمیز پیش‌بینی کنند. ​

طراحی تجهیزات تهویه مناسب، تامین هوا، و موقعیت مجرای استخراج، و محل بهینه مناطق کاری و ماشین‌آلات می‌توانند از استفاده از CFD بهره‌مند شوند. استفاده از CFD برای کنترل شرایط اتاق تمیز محیط کاری خوبی را فراهم خواهد کرد و بهداشت را در صنعت پردازش غذا افزایش خواهد داد. ​

خدمات انسیس فلوئنت

تیم پردازشگران سیال و سازه مهر پروژه های شبیه سازی برون سپاری متعددی را برای کاربردهای صنعتی و تحقیقاتی کشاورزی و مهندسی مواد غذایی انجام داد. ما با چندین سال تجربه در شبیه سازی مسائل مختلف در زمینه های مختلف CFD با استفاده از نرم افزار ANSYS Fluent آماده ارائه خدمات گسترده پیکربندی های شبیه سازی هستیم.

خدمات CFD (دینامیک سیالات محاسباتی) را می توان در صنایع کشاورزی و غذایی برای بهبود کارایی فرآیندها، کاهش هزینه ها و بهبود کیفیت محصول مورد استفاده قرار داد. از CFD می توان برای شبیه سازی جریان هوا، آب و سایر سیالات در سیستم های کشاورزی و فرآوری مواد غذایی استفاده کرد. این می تواند به شناسایی مناطق ناکارآمد و بهینه سازی طراحی سیستم کمک کند. CFD همچنین می تواند برای تجزیه و تحلیل اثرات تغییرات دما، فشار و سایر عوامل محیطی بر عملکرد سیستم استفاده شود. علاوه بر این، از CFD می توان برای شبیه سازی رفتار ذرات در سیستم، مانند حرکت ذرات غذا در فرآیند خشک کردن، همچنین برای تجزیه و تحلیل اثرات مواد مختلف بر عملکرد سیستم مانند اثرات پوشش های مختلف بر جریان هوا یا آب استفاده کرد. در نهایت، CFD را می توان برای تجزیه و تحلیل اثرات شرایط عملیاتی مختلف بر عملکرد سیستم، مانند اثرات دماهای مختلف بر جریان هوا یا آب، استفاده کرد.

به عنوان مثال، برخی از پروژه‌های انسیس فلوئنت که کاربردهای صنعتی دارند، شامل شبیه‌سازی سمپاش کشاورزی بدون سرنشین است که نشان می‌دهد چگونه طراحان پهپاد می‌توانند از CFD برای انجام بهترین طراحی برای صنعت خودروی خود بهره‌برداری کنند.

پهپادها اکنون ابزارهای شناخته شده ای در صنعت کشاورزی هستند که با داده های هوایی به موقع، بهره وری مزارع را افزایش می دهند. اما جدای از دستیابی به بینش های حیاتی در مورد سلامت محصول و امکان تولید نقشه های دقیق، ربات های پرنده نقش برجسته ای در اقدامات روزمره دارند. پهپادهای سمپاشی کشاورزی برای کاربردهای زیر استفاده می شوند:

• کودها
• علفکشها
• آفت کش ها
• قارچ کش ها
• دانه ها و موارد دیگر.

نمونه دیگر پروژه CFD که تیم پردازشگران سیال و سازه مهر با موفقیت شبیه سازی کرده است، بررسی آبیاری چمن است. در این پروژه، کارشناسان، جت آب تزریقی را از نازل اسپرینکلر به دامنه شبیه سازی کردند و طول جت را به دست آوردند.

یکی از کاربردهای بزرگ دیگر CFD در صنایع غذایی، قابلیت آن در شبیه سازی تغییرات فاز است. به عنوان مثال، در پروژه دیگری که توسط انسیس فلوئنت انجام شد، سعی کردیم رطوبت را از دانه حذف کنیم که خشک کردن نامیده می شود. فرآیند خشک کردن بذر باید میزان رطوبت دانه ها را به سطح رطوبت ایمن کاهش دهد تا زنده ماندن و پایداری آنها در طول ذخیره سازی حفظ شود. در غیر این صورت، دانه ها ممکن است به دلیل رشد کپک، گرم شدن و افزایش فعالیت میکروبی به سرعت فاسد شوند.

پروژه های کشاورزی و مواد غذایی انسیس فلوئنت

انسیس فلوئنت با چندین سال تجربه در شبیه سازی مسائل مختلف در زمینه های مختلف CFD با استفاده از نرم افزار ANSYS Fluent آماده ارائه خدمات مدل سازی، مش بندی و شبیه سازی گسترده می باشد. خدمات شبیه سازی ما برای شبیه سازی کشاورزی و غذایی به شرح زیر طبقه بندی می شود:

در زیر لیست کوتاهی از پروژه های شبیه سازی CFD برای مهندسی کشاورزی و مواد غذایی توسط MR CFD آمده است:

• توسعه یک مدل CFD برای بهینه‌سازی سیستم‌های تهویه گلخانه: این پروژه شامل توسعه یک مدل CFD برای بهینه‌سازی سیستم‌های تهویه گلخانه‌ها، بهبود عملکرد محصول و کاهش هزینه‌های انرژی است.
• مدل سازی CFD تجهیزات پردازش مواد غذایی: این پروژه شامل توسعه یک مدل CFD برای تجزیه و تحلیل جریان محصولات غذایی از طریق انواع مختلف تجهیزات پردازش مواد غذایی مانند میکسرها، مخلوط کن ها و اکسترودرها است. هدف بهینه سازی طراحی تجهیزات برای حداکثر کارایی خواهد بود.
• مدل‌سازی CFD سیستم‌های آبیاری محصولات کشاورزی: این پروژه شامل توسعه یک مدل CFD برای تجزیه و تحلیل جریان آب از طریق انواع مختلف سیستم‌های آبیاری محصولات کشاورزی، مانند آبیاری بارانی، آبیاری قطره‌ای و آبیاری شیاری می‌شود. هدف بهینه سازی طراحی سیستم ها برای حداکثر کارایی خواهد بود.
• مدل سازی CFD سیستم های مسکن دام: این پروژه شامل توسعه یک مدل CFD برای تجزیه و تحلیل جریان هوا از طریق انواع مختلف سیستم های نگهداری دام، مانند انبارها، سوله ها و آغل ها می شود. هدف بهینه سازی طراحی سیستم ها برای حداکثر کارایی خواهد بود.
• مدل سازی CFD ماشین آلات کشاورزی: این پروژه شامل توسعه یک مدل CFD برای تجزیه و تحلیل جریان هوا و سایر سیالات از طریق انواع مختلف ماشین آلات کشاورزی، مانند خشک کن دانه، خشک کن برنج، تراکتور، دروگر و خرمنکوب است. هدف بهینه سازی طراحی ماشین آلات برای حداکثر کارایی خواهد بود.
• مدل سازی CFD از عملکرد مویرگی (فیتیله شدن) جریان آب در محیط متخلخل: عمل مویرگی که به عنوان فتیله نیز شناخته می شود، پدیده ای است که در آن مایع به دلیل نیروهای چسبندگی، چسبندگی و کشش سطحی از درون یک ماده متخلخل حرکت می کند. این پدیده در کاربردهای مختلفی از جمله مهندسی کشاورزی و مواد غذایی کاربرد دارد.

در مهندسی کشاورزی از عمل مویرگی برای انتقال آب و مواد غذایی از خاک به ریشه گیاهان استفاده می شود. این به اطمینان از دسترسی گیاهان به آب و مواد مغذی مورد نیاز برای رشد و شکوفایی کمک می کند.در مهندسی مواد غذایی، از عمل مویرگی برای جابجایی مایعاتی مانند روغن در محصولات غذایی استفاده می شود.این به اطمینان از پخت یکنواخت محصولات غذایی و توزیع یکنواخت طعم ها کمک می کند. عمل مویرگی همچنین برای جابجایی مایعات از طریق مواد بسته بندی مواد غذایی مانند کاغذ و مقوا استفاده می شود تا به تازگی غذا کمک کند.

انسیس فلوئنت با چندین سال تجربه در شبیه سازی مسائل مختلف در زمینه های مختلف CFD با استفاده از نرم افزار ANSYS Fluent آماده ارائه خدمات مدل سازی، مش بندی و شبیه سازی گسترده می باشد. خدمات شبیه سازی ما برای شبیه سازی کشاورزی و مواد غذایی به شرح زیر طبقه بندی می شود:

سیستم ها و امکانات ذخیره سازی
بازیافت فاضلاب
فن ها، هواکش ها، کانال ها، نازل ها و پمپ ها
خشک کردن، گرمایش، سرمایش، تغییر فاز و غیره
کوره ها، مبدل های حرارتی، کابینت های نمایش یخچال و غیره.

شرکت های کشاورزی و صنایع غذایی

شرکت های کشاورزی و صنایع غذایی به طور فزاینده ای به دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) روی می آورند تا به آنها در بهینه سازی فرآیندهای خود کمک کنند. CFD می تواند برای شبیه سازی جریان هوا، آب و سایر سیالات برای شناسایی مناطق ناکارآمد و توسعه استراتژی هایی برای بهبود، همچنین برای تجزیه و تحلیل تاثیر تغییرات محیط بر فرآیند تولید مانند دما، رطوبت و جریان هوا استفاده شود. با استفاده از CFD، شرکت ها می توانند کیفیت محصول را بهبود بخشند،هزینه ها را کاهش و کارایی را افزایش دهند.

شرکت های کشاورزی و غذایی پیشگام که شبیه سازی CFD را اعمال می کنند عبارتند از:

• Cargill
• Archer Daniels Midland
• Bunge
• Tyson Foods
• Nestle
• Kraft Heinz
• Unilever
• Sysco
• ConAgra
• General Mills

تجربه صنعتی انسیس فلوئنت در زمینه کشاورزی و مواد غذایی

در زیر نمونه ای از پروژه های کشاورزی و صنایع غذایی است که اخیرا توسط تیم انسیس فلوئنت با همکاری یک شرکت مرتبط شبیه سازی و تحلیل شده است.

تهویه گلخانه و بهبود طراحی

• در این پروژه یک گلخانه صنعتی توسط ANSYS Fluent شبیه سازی عددی شده است.
• حذف آمونیاک به عنوان یک آلاینده
• بهبود طراحی گلخانه
• تجزیه و تحلیل HVAC

تهویه گلخانه و بهبود طراحی بخش مهمی از مدیریت گلخانه است. تهویه و طراحی مناسب می تواند به کاهش خطر بیماری، آفات و سایر مشکلات کمک کند.

افزایش گردش هوا: افزایش گردش هوا در گلخانه می تواند به کاهش خطر بیماری و آفات کمک کند. این کار را می توان با نصب پنکه ها، دریچه ها و سایر وسایلی که به حرکت هوا در اطراف گلخانه کمک می کنند، انجام داد.

بهبود عایق کاری: بهبود عایق در گلخانه می تواند به کاهش میزان گرمای از دست رفته از طریق دیوارها و سقف کمک کند. این کار را می توان با افزودن عایق به دیوارها و سقف و یا با استفاده از پنجره های دوجداره انجام داد.

نصب سایه بان: نصب سایه بان می تواند به کاهش میزان نور مستقیم خورشید که وارد گلخانه می شود کمک کند. این را می‌توان با استفاده از پارچه‌های سایه‌بان، سایبان‌ها یا سایر موادی که اشعه‌های خورشید را مسدود می‌کنند، انجام داد.

نصب یک سیستم تهویه: نصب یک سیستم تهویه می تواند با تامین هوای تازه به گلخانه به کاهش خطر بیماری و آفات کمک کند. این کار را می توان با استفاده از فن ها، دریچه ها و سایر وسایلی که به حرکت هوا در اطراف گلخانه کمک می کنند، انجام داد.

بهبود زهکشی: بهبود زهکشی در گلخانه می تواند با جلوگیری از تجمع آب در گلخانه به کاهش خطر بیماری و آفات کمک کند که می توان با نصب سیستم های زهکشی مانند ناودان ها و آبریزها انجام داد.

نصب سیستم های کنترل آفات: نصب سیستم های کنترل آفات با جلوگیری از ورود آفات به گلخانه می تواند به کاهش خطر بیماری و آفات کمک کند. استفاده از تله ها، صفحه نمایش ها و سایر وسایلی که به جلوگیری از آفات کمک می کنند، این تکنیک قابل اجراست.

انسیس فلوئنت پروژه‌های شبیه‌سازی CFD متعددی را برای شرکت‌های صنعتی و تحقیقات در کاربردهای مهندسی کشاورزی و مواد غذایی انجام داده است و با چندین سال تجربه در شبیه سازی مسائل مختلف در زمینه های مختلف CFD با استفاده از نرم افزار ANSYS Fluent آماده ارائه خدمات گسترده شبیه سازی، آموزش و مشاوره CFD می باشد.

می توانید محصولات آموزشی را در دسته شبیه سازی CFD کشاورزی و غذایی در فروشگاه آموزشی بیابید.

خدمات ما به موضوعات ذکر شده محدود نمی‌شود، و پردازشگران سیال و سازه مهر آماده است تا پروژه‌های مختلف و چالش برانگیز را در زمینه مدل‌سازی مواد غذایی و کشاورزی که توسط مشتریان ما سفارش داده شده‌است، به عهده بگیرد. ما حتی انجام شبیه‌سازی CFD برای هر طرح انتزاعی یا مفهومی که در ذهن خود دارید را قبول می‌کنیم تا آن‌ها را به واقعیت تبدیل کنیم و حتی به شما کمک کنیم تا به بهترین طراحی برای آنچه که ممکن است تصور کرده باشید برسید. شما می‌توانید از مشاوره متخصص پردازشگران سیال و سازه مهر به صورت رایگان بهره ببرید و سپس سفارش دهید که پروژه شما شبیه‌سازی و آموزش داده شود.

با برون سپاری پروژه خود به انسیس فلوئنت به عنوان مشاور شبیه سازی CFD، نه تنها فایل های منابع پروژه مرتبط (هندسه، مش، پرونده و داده، …) را دریافت خواهید کرد، بلکه یک فیلم آموزشی گسترده نیز در اختیار شما قرار خواهد گرفت که نشان می دهد چگونه می توانید در نرم افزار ANSYS Fluent، هندسه، مش و تنظیمات مورد نیاز (پیش پردازش، پردازش و پس پردازش) را تعریف کنید. علاوه بر این، پشتیبانی پسا فنی برای رفع ابهامات موجود است.

 ​ ​