Design of optimal experiment for estimation of Hydro-thermal properties of porous media. Application in baking process - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

Design of optimal experiment for estimation of Hydro-thermal properties of porous media. Application in baking process

Conception d'une expérience optimale pour l'estimation des propriétés hydro-thermiques des milieux poreux. Application dans le processus de cuisson

Résumé

Bakery is one of the leading sectors in the food industry that requires a significant amount of heat energy. The quality of the finished products is conditioned by the mass and heat transfers involved during cooking. In addition, an increased knowledge of the physical phenomena present and the physical properties of the product is fundamental to ensure that the desired product is obtained. This work focuses on estimation by inverse procedures of significant thermophysical properties that govern the one-sided contact baking process. Three mathematical models with different approaches have been used as TM model (phenomenological approach), TMPN model (mechanic model with non-equilibrium approach), and TMPE model (mechanic model with equilibrium approach). The inverse procedures involve suitable thermal instrumentation. Also, the optimal location and number of sensors are identified using an experiment design procedure. Ordinary, scaled and weighted least square objective functions are employed in the optimization procedure. For parameter estimation, the weighted least squares associated with the TMPE model offer the most satisfactory results by minimizing the error between the measured and simulated profiles. It can be concluded that a mechanistic model with an equilibrium approach for evaporation rate is much suited for solving the inverse problem. The estimated properties failed to account for the crust-crumb transformation from the dough. In this work, thermal properties such as thermal conductivity and heat capacity, and mass diffusivity of liquid water are first estimated as parameters and then as a function of state variables (temperature and water content).
La boulangerie est l'un des principaux secteurs de l'industrie alimentaire qui nécessite une quantité importante d'énergie thermique. La qualité des produits finis est conditionnée par les transferts de masse et de chaleur mise en jeu lors de la cuisson. Aussi, une connaissance accrue des phénomènes physiques présents et des propriétés physiques du produit est fondamentale pour assurer l'obtention du produit désiré. Ce travail se concentre sur l'estimation par des procédures inverses de propriétés thermophysiques significatives qui régissent le processus de cuisson par contact unilatéral. Trois modèles mathématiques avec des approches différentes ont été utilisés comme le modèle TM (approche phénoménologique), le modèle TMPN (modèle mécanique avec une approche sans équilibre) et le modèle TMPE (modèle mécanique avec une approche à l'équilibre). Les procédures inverses impliquent une instrumentation thermique adaptée. Aussi, l'emplacement optimal et le nombre de capteurs sont identifiés à l'aide d'une procédure de conception d'expériences. Les fonctions d'objectif des moindres carrés ordinaires, échelonnés et pondérés sont utilisées dans la procédure d'optimisation. Pour l'estimation des paramètres, les moindres carrés pondérés associés au modèle TMPE offrent les résultats les plus satisfaisants en minimisant l'erreur entre les profils mesurés et simulés. On peut conclure qu'un modèle mécaniste avec une approche d'équilibre pour le taux d'évaporation est mieux adapté pour résoudre le problème inverse. Les propriétés estimées ne tiennent pas compte de la transformation croûte-mie de la pâte. Dans ce travail, les propriétés thermiques telles que la conductivité thermique et la capacité thermique, et la diffusivité massique de l'eau liquide sont d'abord estimées comme des paramètres puis en fonction de variables d'état (température et teneur en eau).
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03409357 , version 1 (29-10-2021)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03409357 , version 1

Citer

Puvikkarasan Jayapragasam. Design of optimal experiment for estimation of Hydro-thermal properties of porous media. Application in baking process. Chemical and Process Engineering. Université de Bretagne Sud, 2021. English. ⟨NNT : 2021LORIS586⟩. ⟨tel-03409357⟩
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