Parabolic PDE and FEM Analysis of Layer Resolved Moisture Diffusion in Wheat Kernels

2025

Жабық қол жеткізу Метадеректер (CSL-JSON)
DOI 10.1134/s2070048225700644
Деректер сенімділігі 70 орташа
Бұл баға қалай есептеледі

Ол жазбаның өзінің тексерілетін белгілерінен құралады: мақаланың DOI-і бар ма, оның деректерін қанша тәуелсіз дереккөз растады, міндетті өрістер толтырылған ба және соңғы растау қаншалықты жаңа. Дереккөздер арасындағы алшақтық пен идентификатордың болмауы бағаны төмендетеді. 80-нен бастап мән жазбаның қосымша тексерусіз жарияланғанын, 60-тан 79-ға дейін — оның сенімділігі төмен күйде жарияланғанын және қолмен тексеру ұсынылатынын білдіреді. Редактор қолмен тексерген жазбаны қайта есептеу 90-нан төмен түсірмейді. Бұл — мақаланың өзіне емес, ол туралы деректерімізге берілген баға.

Аңдатпа

A multilayer diffusion framework is formulated and numerically analyzed to simulate moisture transport in heterogeneous biological media using the example of wheat kernels. The process is modeled by a system of parabolic partial differential equations (PDEs) with continuity of concentration and flux across bran, endosperm, and germ interfaces. Each subdomain is characterized by a distinct effective diffusivity, forming a three-domain composite model solved with the finite element method (FEM). The computational domain was implemented in COMSOL Multiphysics under isothermal conditions with prescribed boundary concentration. Numerical results yield spatial temporal concentration fields, layer-resolved uptake curves, and characteristic diffusion times ( $${t_{50}},{t_{95}}$$ ). The model demonstrates the dominance of endosperm diffusivity in determining overall moisture equilibration and reveals scaling relations between kernel geometry and hydration kinetics. The proposed PDE-FEM framework transforms an empirical technological operation into a quantitative predictive tool, providing a reproducible methodology for simulating coupled mass transfer processes in multiphase porous structures. The formulation and solution strategy are general and applicable to a wide class of diffusion-driven phenomena in materials and process engineering.