CFD Analysis of the Effect of Evaporator Placement on Warehouse Products In A Cold-Storage Depot

Yıl 2022, Cilt: 63 Sayı: 707, 222 - 249, 09.06.2022

Fevzi Balkan , Ayşe Aksoy

https://doi.org/10.46399/muhendismakina.975268

Öz

Cold storages are of great importance in preserving the freshness of foods. The ability of foods to preserve their nutritional value depends on conditioning the room air at the right temperature and humidity. The temperature and humidity balance is realized with the conditioned air supplied from the evaporators to the environment. In this study; in cold storage rooms, the position of the evaporators in the room, which are used to distribute the cold air to the storage environment, on the temperature and speed distributions, on the product losses caused by the air flow, has been investigated.
Experimental study was carried out in a cold room with citrus fruits. The data obtained in the experimental studies were compared by simulating in the CFD program for the same storage conditions, and the overlap and usability of the results were determined. Various evaporator positions were simulated and their temperatures and product stacking conditions were tried to be determined. In case the evaporator is positioned on a single wall; air distribution and temperature conditioned by product stacking are not rigid. In case the evaporators are positioned opposite each other on narrow walls, it has been determined that it would be more appropriate to stack the product in the middle of the storage and at appropriate intervals. The position of the evaporator on wide single walls provides the temperature to be evenly distributed, but on the other hand, it may cause moisture loss in the product.
During the establishment of a cold air facility or in existing cold rooms, it is thought that product stacking forms, air flows and temperature distributions firstly simulating with CFD analysis program will reduce product losses, energy savings, and gains in time and operating costs.

Anahtar Kelimeler

soğuk hava depos, evaporatör konumu, CFD

Soğuk Hava Odasında Evaporatör Yerleşiminin Depo Ürünlerine Etkisinin CFD Analizi

Öz

Soğuk hava depoları, gıdaların tazeliklerinin korunması hususunda büyük öneme sahiptir. Gıdaların besin değerlerini koruyabilmeleri, oda havasının doğru sıcaklık ve nemde şartlandırılmasına bağlıdır. Sıcaklık ve nem dengesi evaporatörlerden ortama sağlanan şartlandırılmış hava ile gerçekleştirilir. Bu çalışmada; soğuk hava depolarında, soğuk havanın depo ortamına dağılımını sağlamak amacıyla kullanılan evaporatörlerin odaya yerleşim yerlerinin, sıcaklık ve hız dağılımlarına hava akışının sebep olduğu ürün kayıplarına etkisi incelenmiştir.
Deneysel çalışma, içerisinde narenciye bulunan soğuk odada gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışmalarda elde edilen veriler, aynı depo şartları için CFD programında simüle edilerek karşılaştırılmış ve sonuçların örtüştüğü ve kullanılabilirliği belirlenmiştir. Çeşitli evaporatör konumlandırmaları simüle edilerek, sıcaklıkları ve ürün istifleme şartları belirlenmeye çalışılmıştır. Evaporatörün tek duvarda konumlandırılması durumunda; ürün istiflenmesi ile şartlandırılmış hava dağılımı ve sıcaklık rijit olmamaktadır. Evaporatörlerin dar duvarlarda karşılıklı konumlandırılması durumunda, ürün istiflemesinin deponun orta kısmında ve uygun aralıklarda yapılmasının daha uygun olacağı belirlenmiştir. Evaporatör yerleşiminin geniş tek duvarlarda olması, sıcaklığın eşit dağılmasını sağlarken diğer yandan üründe nem kaybına sebep olabilir.
Soğuk hava tesisi kurulması esnasında veya mevcut soğuk odalarda, ürün istifleme biçimleri ile hava akımlarının ve sıcaklık dağılımlarının öncelikle CFD analiz programıyla simüle edilmesi, ürün kayıplarında azalma, enerji tasarrufu, zaman ve işletme maliyetinde kazanımlar elde edileceği düşünülmektedir.

Anahtar Kelimeler

Evaporatör konumu, CFD, soğuk hava depos

Kaynakça

• James, S.j., James, C. 2010. “The Food Cold-Chain and Climate Change”, Food Research International, 43.
• Saeed, M.A.E. “The Relationship Between Water Activity And Fish Spoilage During Cold Storage: A review”, Journal of Food Agriculture and Environment, July 2009.
• Laguerre, O., Duret, S., Hoang, H.m., Guillier, L., Flick, D. 2015. “Simplified Heat Transfer Modeling in A Cold Room Filled With Food Products”, Journal of Food Engineering, 149.
• Kıtınoja, L. “Use of Cold Chains For Reducing Food Losses in Developing Countries”, The Postharvest Education Foundation (PEF), December 2013.
• Mishra, P., Aharwal, K.R. 2018. “A Review on Selection of Turbulence Model For CFD Analysis of Air Flow Within A Cold Storage”, 2nd International conference on Advances in Mechanical Engineering (ICAME)
• Wua D., Shena J., Tiana S., Zhoub C., Yangb J., Hua K. “Experimental study of temperature characteristic and energy consumption of a large-scale cold storage with buried pipe cooling”, Applied Thermal Engineering Volume 140, 25 July 2018, Pages 51-61
• Darwısh, M. 2015. “Effect of Cold Storage Conditions on Physical Properties of Potato tubers”, Misr Journal of Agricultural Engineering, 32.
• Bishnoi R., Aharwal K.R. “Experimental Investigation of Air Flow Field and Cooling Heterogeneity in a Refrigerated Room”, Engineering Science and Technology, an International Journal 23 (2020) 1434–1443
• Hoang, M.L., Verboven, P., De Baerdemaeker, J., Nıcolaı, B.M. 2000. “Analysis of the air flow in a cold store by means of computational fluid dynamics”, International Journal of Refrigeration, 23.
• Kaya, S., Yalçın, E., Koçyiğit, G.A. 2013. “Soğuk Depo Modelinin Deneysel ve 3 Boyutlu Sayısal Analizi”, Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi, Cilt 4, Sayı 1, Nisan.
• Mirade, P., Picgirard, L. 2006. “Improvement of Ventilation Homogeneity in an Industrial Batch-Type Carcass Chiller by CFD Investigation”, Food Research International, 36.
• Gajdhar K. M., D., Patel V., Shah K. A. “Experiment of Air Flow in Cold Storage To Minimize The Weight Loss of Vegetable using CFD Analysis”, IJSTE- International Journal of Science Technology & Engineering | Volume 5 | Issue 4 | October 2018, ISSN (online): 2349-784X
• Akdemir, S., Özturk, S., Edis, F.O., Bal, E. 2013. “CFD Modelling of Two Different Cold Stores Ambient Factors”, International Conference on Agricultural and Natural Resources Engineering.
• Akdemir, S. 2016. “Standart Buhar Çevrimi ile Çalışan Bir Soğuk Depoda Hava Hızının Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği ile Analizi”, Tarım Makinaları Bilimi Dergisi (Journal of Agricultural Machinery Science).
• Akdemir, S. “Bir Soğuk Hava Deposunda Farklı Menfez Kanat Açılarına Göre Hava Dağılımının Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği ile Tahmini”, Anadolu Tarım Bilimleri Dergisi, Mart 2016.
• Margeirsson, B., Arason, S. “Temperature Monıtorıng and CFD Modellıng of a Cold Storage”, Conference: Cold Chain Management, June 2008.
• Chourasia, M.k., Goswami, T.K. 2007. “Steady State CFD Modeling of Airflow, Heat Transfer and Moisture Loss in a Commercial Potato Cold Store”, International Journal of Refrigeration, 30.
• Tasiya S., Gajdhar D. “A Review on Design and Performance Enhancement of Cold Storage by CFD Analysis”, International Journal of Trend in Innovative Research (IJTIIR), Paper ID: IJTIIR563311 @IJTIIR | Volume- 3 | Issue- 3 | June- 2021
• Maurya S. K., Kumar R., Mishra S. K., Vasani H. and Kumar H. 2021. “CFD Analysis of Air Distribution for Suitable Position of Evaporator in Cold Chamber”, Advances in Clean Energy Technologies,Springer Proceedings in Energy, https://doi.org/10.1007/978-981-16-0235-1_75.
• Majidsajadiyea S., Zolfaghari M. ”Simulation of in-Line Versus Staggered Arrays of Vented Pallet Boxes For Assessing Cooling Performance of Orange in Cool Storage” Applied Thermal Engineering Volume 115, 25 March 2017, Pages 337-349