This work demonstrates the use of the Digital Twin methodology to predict the water concentration and temperature of chicken meat. It marks a milestone on the path to autonomous cooking devices that do not only control device temperatures but culinary food quality markers as well. A custom water transport equation is coupled to the energy equation. The transport equations are implemented in ANSYS Fluent 2019R2 via User Defined Function (UDF) code written in C. The model is in good agreement with experiments provided by project partners. Thermal fluid-structure interaction simulations of pan-frying are performed to obtain realistic heat transfer coefficients. They indicate that the coupling of food transport equations to the surrounding heat transfer mechanisms, such as radiation and natural convection, seems promising for future research. Co-simulation of the process is not feasible during operation in the field, so reduced-order models (ROM) are introduced. An evaluation of ROM toolkits on the ANSYS platform reveals that linear time-invariant (LTI) models are unsuitable for cooking applications. In contrast, the recently launched Dynamic ROM Builder predicts the core temperatures with significantly low errors (factor ten below the model and discretization errors of the full-order model). Two examples demonstrate the usage of a Digital Twin controlling the core temperature of chicken fillets. The PI closed-loop control system remains insensitive to errors induced by the Dynamic ROM evaluation.


翻译:这项工作展示了使用数字双型方法来预测鸡肉的水浓度和温度,这是自发烹饪设备道路上的一个里程碑,不仅控制设备温度,而且控制烹饪食品质量标记。定制水运方程式与能源方程式是结合的。通过用户定义函数(UDF)代码C,在ANSYSS 2019R2 流体2019R2 中执行运输方程式。模型与项目伙伴提供的实验有良好协议。泛盘的热流体结构互动模拟用于获取现实的热传输系数。它们表明食品运输方程式与周围热传输机制(如辐射和自然调和等)的配对似乎对未来研究有希望。在实地操作期间,对这一过程进行联合模拟是不可行的,因此采用了减序模型(ROM)。对ANSYS平台的ROM工具包评价显示,对烹饪应用采用线性时变模型(LTI)不敏感模型。相比之下,最近推出的动态ROM 构建方程式将核心温度预测到离心机系统,以极低的离心控制核心模型。

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