Convective heat transfer characteristics within a multi-package during precooling
Caractéristiques du transfert de chaleur par convection au sein d'un multi-emballage pendant le pré-refroidissement
Résumé
Strawberries are packed using a multi-packaging system, with clamshells serving as the primary packaging and placed inside a tray, acting as the secondary packaging. The maintenance of uniform and desired convective heat transfer coefficients (CHTCs) at various walls of clamshells containing strawberries, as well as at different positions inside the tray, is essential during precooling. This ensures the prevention of condensation issues within the clamshells and safeguards the overall quality of the fruit. Most research studies have focused on the temperature heterogeneity of strawberries inside ventilated clamshells. However, this study aims to characterize the CHTCs on the external sides of an empty airtight clamshell (AC) placed inside an open tray. Measurements were performed on a half layer of a pallet to determine the CHTCs at various AC positions. The performance of four tray designs in terms of CHTCs was evaluated. Experimental results demonstrated different levels of CHTC heterogeneity inside the tray, both between the different sides of the AC and different positions. Upon comparing different tray designs, it was observed that adding vent holes in the trays improved the average CHTC within the trays, but increased heterogeneity between the different sides of one AC. In the other hand, increasing the air headspace height above the AC resulted in lower but more uniform CHTC values at the different positions. Dimensionless correlations related to CHTC were proposed based on the effect of mixed convection on heat transfer, using Nusselt, Reynolds and Rayleigh numbers. Additionally, a 3D CFD model was developed using Ansys-Fluent code to predict CHTCs on the different packaging sides within the trays. Good agreement was found between numerical and experimental values (mean relative error <20%).
Les fraises sont conditionnées à l'aide d'un système multi-emballages, avec des coquilles servant d'emballage primaire et placées dans une barquette, faisant office d'emballage secondaire. Le maintien de coefficients de transfert de chaleur par convection (CHTC) uniformes et souhaités au niveau des différentes parois des coquilles contenant des fraises, ainsi qu'à différentes positions à l'intérieur du plateau, est essentiel pendant le pré-refroidissement. Cela garantit la prévention des problèmes de condensation dans les coquilles et préserve la qualité globale du fruit. La plupart des études de recherche se sont concentrées sur l’hétérogénéité de température des fraises à l’intérieur de coquilles ventilées. Cependant, cette étude vise à caractériser les CHTC sur les faces externes d’une coquille hermétique (AC) vide placée à l’intérieur d’un plateau ouvert. Des mesures ont été effectuées sur une demi-couche d'une palette pour déterminer les CHTC à différentes positions AC. Les performances de quatre modèles de plateaux en termes de CHTC ont été évaluées. Les résultats expérimentaux ont démontré différents niveaux d’hétérogénéité du CHTC à l’intérieur du plateau, à la fois entre les différents côtés du CA et entre les différentes positions. En comparant différentes conceptions de plateaux, il a été observé que l'ajout de trous d'aération dans les plateaux améliorait le CHTC moyen à l'intérieur des plateaux, mais augmentait l'hétérogénéité entre les différents côtés d'un AC. D’un autre côté, l’augmentation de la hauteur de l’espace libre au-dessus de l’AC a entraîné des valeurs de CHTC plus faibles mais plus uniformes aux différentes positions. Des corrélations sans dimension liées au CHTC ont été proposées sur la base de l'effet de la convection mixte sur le transfert de chaleur, en utilisant les nombres de Nusselt, Reynolds et Rayleigh. De plus, un modèle CFD 3D a été développé à l'aide du code Ansys-Fluent pour prédire les CHTC sur les différentes faces de l'emballage des barquettes. Un bon accord a été trouvé entre les valeurs numériques et expérimentales (erreur relative moyenne <20%).
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