Simulatie van gastransport tijdens bewaring van pitvruchten onder gecontroleerde atmosfeer, door gebruik te maken van 'computational fluid dynamics' en discrete elementenmodellen

Peer is een belangrijk export product in Vlaanderen. Om de kwaliteit na oogst te bewaren, worden peren bewaard onder gecontroleerde atmosfeer (CA), waarbij de zuurstof concentratie verlaagd is en de koolstofdioxide concentratie verhoogd om respiratie te verlagen. Echter, te lage zuurstof concentraties leiden tot bederf. Een recente ontwikkeling gebruikt dynamisch gecontroleerde atmosfeer (DCA). In DCA wordt de zuurstof concentratie dynamisch aangepast tot een optimaal niveau, bepaald door metingen van de biologische stress respons van het fruit op te lage zuurstof concentraties. In vergelijking met CA, leidt DCA tot een sterk verhoogde kwaliteit na bewaring. De respiratie quotiënt (RQ) van het fruit wordt gebruikt als parameter voor de stress. RQ-DCA is al toegepast op kleine schaal, maar werkt echter nog niet op grote schaal door beperkingen op de RQ meting. Essentieel voor het succes van RQ-DCA zijn RQ metingen die representatief zijn voor de hele koelcel. Echter, tot nu toe is er nog niets gekend over de ruimtelijke homogeniteit van de gas concentratie, en dus de RQ, in de koelcel. Bovendien is respiratie ook sterk afhankelijk van de temperatuur. Dus temperatuurgradiënten kunnen gas- en RQ-gradiënten veroorzaken. Daarom beoogt deze PhD het effect te bepalen van de uniformiteit van gas en temperatuur in de koelcel op de RQ meting, rekening houdend met de effecten het metabolisme van peren, vruchtgrootte en -vorm, vorm van de pallox en de configuratie van de koelcel. Op het einde van het onderzoek, zullen maatregelen worden gedefinieerd zodat RQ-DCA succesvol kan worden geïmplementeerd.

Deze studie zal uitgevoerd worden door gebruik te maken van ‘computational fluid dynamics’. Aangezien het zeer veel rekenkracht en –tijd zou vragen om direct het effect van individuele peren te implementeren in het model van de volledige koelcel, zal gebruik worden gemaakt van een ‘multiscale’ benadering. Eerst zal een respiratie-diffusie model opgesteld worden van één peer om gasuitwisseling en warmtetransfer in de vrucht te bestuderen in relatie tot het ontstaan van zuurstofgebrek. De geometrische en fysiologische variatie van de vruchten zal in rekening worden gebracht door statistische vormmodellen te gebruiken en respiratiemetingen uit te voeren, zodat stochastische simulaties uitgevoerd kunnen worden. De bekomen effectieve parameters zullen daarna geïmplementeerd in een tweede CFD model, dewelke bestaat uit meerdere peren in een pallox. Deze peren worden op een realistische, willekeurige manier gestapeld door middel van discrete elementen modellen. Ten slotte wordt dit model gehomogeniseerd om een model te krijgen voor de gehele koelcel, dat gebruikt zal worden om het effect van verschillende parameters na te gaan op de distributie van gassen en temperatuur binnenin de koelcel.