[論文レビュー] Numerical investigation of a solar greenhouse tunnel drier for drying of copra

S. Sadodin, T. T. Kashani|arXiv (Cornell University)|Feb 19, 2011

Greenhouse Technology and Climate Control参考文献 14被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、全負荷条件下でココヤシの水分含有率を52.2%から8%まで55時間で乾燥できる、半円形でUV安定化ポリエチレンで作られた屋根を備えた太陽熱グリーンハウストンネル乾燥機（SGTD）の数値モデルを提示する。非線形偏微分方程式系の熱・湿気移動を解くために有限差分法（FDM）を用い、実験データと良好な一致を示し、さまざまな屋根材の設計最適化が可能である。

ABSTRACT

A numerical investigation of a solar greenhouse tunnel drier (SGTD) has been performed. In the present study, the geometry of the tunnel roof is assumed semi-circular which is covered with a UV (200μ) stabilized polyethylene film. The simulated SGTD reduces moisture of copra from 52.2% to 8% in 55 h under full load conditions. A system of partial differential equations describing heat and moisture transfer during drying copra in the solar greenhouse dryer was developed and this system of non-linear partial differential equations was solved numerically using the finite difference method (FDM). The numerical solution was programmed in Compaq Visual FORTRAN version 6.5. The simulated results reasonably agreed with the experimental data for solar drying copra. This model can be used to provide the design data and is also essential for optimal design of the dryer. For instance the user is able to change the radiation properties of the roof cover for different materials of roof cover.

研究の動機と目的

• 太陽熱グリーンハウストンネル乾燥機（SGTD）のココヤシ乾燥性能を予測する数値モデルの開発を目的とする。
• 偏微分方程式系を用いて乾燥過程中の熱・湿気移動ダイナミクスを分析することを目的とする。
• 正確性と信頼性を確認するため、数値モデルを実験データと照合することを目的とする。
• シミュレーションを通じてさまざまな屋根被覆材を評価できるようにすることで、設計最適化を可能とすることを目的とする。
• 太陽トンネル乾燥機の最適設計および性能評価のための予測ツールを提供することを目的とする。

提案手法

• 一時的熱・湿気移動を記述する非線形偏微分方程式系を定式化した。
• 空間的・時間的離散化のため、有限差分法（FDM）を用いて方程式系を数値的に解いた。
• 計算実行のため、Compaq Visual FORTRANバージョン6.5を用いて数値解法を実装した。
• 屋根形状を半円形とし、太陽放射透過を模擬するためUV安定化ポリエチレンフィルムで被覆した。
• 乾燥機の構造部材およびココヤシの熱的・湿気移動特性をモデルに組み込んだ。
• シミュレーションにおける放射透過係数の調整により、屋根材の性質に対する感度分析を可能とした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 数値モデルは、太陽熱グリーンハウストンネル乾燥機におけるココヤシの乾燥挙動をどの程度正確に予測できるか？
• RQ2 屋根被覆材の性質がSGTDの乾燥性能に与える影響は何か？
• RQ3 乾燥過程中、SGTD内での熱・湿気移動メカニズムはどのように相互作用するか？
• RQ4 シミュレーションによる乾燥時間および水分含有率の低下は、実験結果とどの程度一致するか？
• RQ5 このモデルは、乾燥効率を向上させる最適設計構成を予測するために使用可能か？

主な発見

• SGTDは全負荷条件下で、ココヤシの水分含有率を52.2%から8%まで55時間で低下させた。
• 数値モデルは実験データと合理的に一致しており、その予測能力が検証された。
• 有限差分法は、熱・湿気移動を支配する複雑な非線形偏微分方程式系を効果的に解くことができた。
• 太陽放射透過特性を調整することで、さまざまな屋根被覆材のシミュレーションが可能である。
• 特にエネルギー効率が良く耐久性のある屋根材の選定に役立つ設計最適化に適している。
• シミュレーションフレームワークは、今後の農業用乾燥用途における太陽トンネル乾燥機の開発およびスケーリングの信頼できる基盤を提供する。