автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Интенсификация массообмена применительно к процессам сушки с использованием акустических колебаний кавитационного спектра

Нд правах рукописи

А* 1

4849996

Куиичан Александр Владимирович

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ МЛССООБМЕНА ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ПРОЦЕССАМ СУШКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АКУСТИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ КАВИ'ГАЦИОННОГО СПЕКТРА

Специальность 05.17.08- Процессы и аппараты химических технологий

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Бийск-2011

1 6 И ЮН 2011

4849996

Работа выполнена в Бийском технологическом институте (филиале) г осударственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Леонов Геннадий Валентинович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Комарова Лариса Федоровна

кандидат технических наук, доцент Василишин Михаил Степанович

Ведущая организация:

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)

Защита состоится «24» июня 2011 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.004.08 в Бийском технологическом институте (филиале) государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова» по адресу: 659305, Алтайский край, г.Бийск, ул. Трофимова, 27.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Бийского технологического института (филиала) государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова» по адресу: 659305. Алтайский край, г. Бийск, ул. Трофимова, 27.

Автореферат разослан «23» мая 2011 года.

Учёный секретарь диссертационного совета

Светлов С. А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Процессы сушки играют важную роль в химической, фармацевтической, пищевой и многих других отраслях промышленности. Они применяются при получении широкого спектра продуктов и изделий, во многом определяя их качественные показатели. Учитывая необходимость испарения влаги, зачастую в весьма значительных количествах, процессы сушки могут быть весьма энергоёмкими и требуют применения высокотемпературных режимов.

В этой связи важной задачей в совершенствовании процессов сушки является их интенсификация и повышение КПД. Решение этой задачи связано с разработкой нового технологического оборудования, основанного на применении инновационных подходов к ведению процесса сушки.

Особое значение имеет проблема интенсификации сушки термолабильных материалов, для которых обычные подходы, связанные с повышением температуры процесса, неприменимы. Для интенсификации сушки таких материалов могут применяться различные физические воздействия.

Одним из направлений интенсификации работы химико-технологического оборудования является использование различных физических методов воздействия на обрабатываемые в нём среды.

К одному из видов такого технологического воздействия в аппаратах для переработки жидких сред является ультразвуковое облучение, сопровождаемое интенсивными кавитаиионными явлениями. При этом обеспечивается возможность получать высокоэнсргетические взаимодействия при относительно небольших затратах энергии. Отличительной особенностью кавитации является создание колебаний широкого спектра частот, длина волн которых имеет порядок размеров пор. характерных для классических объектов сушки.

В этой связи колебания широкого спектра и значительной интенсивности, возникающие в следствие кавитационных явлений, могли бы оказать существенное влияние и на процессы переноса влаги в высушиваемых материалах. Однако, на сегодняшний день данных по применению подобных колебании широкого спектра для интенсификации процессов сушки твёрдых пористых материалов крайне мало. Методы расчета и проектирования аппаратов с использованием подобных воздействий практически отсутствуют.

Данная работа посвящена интенсификации массообмена в процессах сушки пористых материалов, в частности для гетерогенных систем «газ -твердый и пористый дисперсный материал» путём наложения колебаний кавитационного спектра; разработке устройств, обеспечивающих возможность генерирования подобных колебаний, методов их расчёта и подходов к конструированию аппаратов с использованием подобных устройств.

Цели и задачи. Целью данной работы является интенсификация массообмена в процессах сушки низкотермостойкнх и термолабильных пористых материалов, в частности для гетерогенных систем «газ - твердый пористый дисперсный материал» путём наложения колебаний широкополосного высокочастотного спектра, а также разработка соответствующего аппаратурного оформления.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- разработать способ интенсификации процесса сушки твёрдых пористых материалов с помощью наложения акустических колебаний широкого спектра;

- разработать устройств для генерирования и передачи кавитационных колебаний к объектам сушки;

- разработать математические описания для расчета интенсивности колебаний кавитационного спектра, создаваемого ультразвуковым излучателем и передаваемых облучаемым средам, их влияния на процесс переноса вещества в твердых пористых и дисперсных средах применительно к процессам сушки;

- экспериментальные исследования излучения кавитационного спектра, создаваемого разработанным излучателем, и его влияния на процесс переноса вещества в твёрдых пористых материалах применительно к процессу сушки;

- исследование влияния широкополосного ультразвука на массоперенос в процессе сушки;

- разработать инженерную методику проектирования излучателей для создания колебаний кавитационного спектра с целью технологического воздействия на твёрдые пористые и дисперсные среды;

- создание и испытание опытной установки для сушки дисперсных материалов с интенсификацией процесса за счёт наложения колебаний кавитационного спектра.

Объект, предмет и методы исследования. В качестве объекта исследований выбран процесс сушки пористых дисперсных материалов с наложением колебаний кавитационного спектра.

Предметом исследований является устройство для формирования колебаний кавитационного спектра и аппаратура для процесса сушки твердых пористых материалов с его применением.

Для достижения поставленной цели используется теоретический и экспериментальный методы исследований. Теоретический метод исследований позволяет выполнить математическое описание диффузии влаги в пористых материалах под влиянием механических колебаний и процесса формирования колебаний кавитационного спектра. Эмпирический метод необходим для определения влияния колебаний кавитационного спектра, формируемых ультразвуковым (УЗ) излучателем, на процесс массопереноса, для определение коэффициентов трансформации энергии

колебаний УЗ спектра в спектр кавитационных колебаний, величин коэффициентов диффузии и проверки правильности разработанного математического описания этих процессов.

Достоверность и обоснованность результатов представленной работы обеспечивается:

- адекватностью используемых модельных представлений реальным рассматриваемым физическим процессам.

- корректностью использования математического аппарата, фундаментальных принципов акустики, массообмена, современных методов численного решения.

- соответствием аналитических выводов результатам экспериментальных исследований.

Научная новизна:

• разработан способ интенсификации процесса влагопереноса в твердых капиллярно-пористых телах в процессе сушки посредством контактного наложения колебаний кавитационного спектра через стенку-мембрану;

• разработаны устройства для создания такого рода колебаний на основе типовых ультразвуковых излучателей. Экспериментально обнаружены и объяснены неизвестные ранее физические закономерности поведения кавитационного кластера;

• Разработано математическое описание влияния колебаний кавитационного спектра на процесс переноса влаги в твёрдых пористых материалах и проведена экспериментальная проверка его адекватности;

• разработано математическое описание процесса преобразования энергии УЗ излучателя в энергию колебаний кавитационного спектра, образуемого кавитационными пузырями. Экспериментально определены численные значения входящих в полученные расчётные зависимости коэффициентов трансформации энергии;

• получены расчетные зависимости для определения энергии колебаний кавитационного спектра, передаваемой объектам сушки.

Практическая ценность и реализация работы. Представленный в диссертации способ формирования колебаний кавитационого спектра и результаты исследований влияния этих колебаний на процесс массопереноса позволили:

• разработать экспериментальную установку для сушки дисперсных материалов в кипящем слое с наложением колебаний кавитационного спектра на элементы твердой фазы, обеспечивающую существенную интенсификацию процесса в условиях низких температур сушильного агента;

• создать устройство для формирования колебаний кавитационного спектра и разработать методы его инженерного расчёта;

• использовать результаты работы при создании опытной установки для сушки дисперсных материалов в псевдоожиженном слое и для проектирования излучателей кавитационного спектра.

Результаты работы по интенсификации процесса сушки с помощью колебаний кавитационного спектра были использованы в ООО «Бия-Синтез» (г. Бийск) для разработки технологии аналитической сушки термочувствительных производных целлюлозы. Разработанная технология позволяет существенно сократить длительность анализов на влажность.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и отдельные результаты обсуждались на научно-технических конференциях:

«Инновационные технологии: производство, экономика, образование» (Бийск 2009);

«Пищевые продукты и здоровье человека» (Кемерово 2010);

«Micro/Nanotechnologies and Electoron Devices EDM'2010» (Новосибирск 2010);

«Пищевые продукты и здоровье человека» (Кемерово 2011).

Публикации. По результатам диссертации опубликовано 6 работ, в том числе одна статья опубликована в ведущем рецензируемом научном издании, определённом ВАК, и одно свидетельство на полезную модель.

На защиту выносятся:

- метод и устройство для интенсификации процессов сушки с применением колебаний кавитационного спектра, его аналитическое и экспериментальное исследование;

- результаты аналитических и экспериментальных исследований процесса сушки с использованием колебаний кавитационного спектра применительно к твердым пористым телам и к установкам с кипящим слоем дисперсного материала.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх разделов, заключения, списка литературы из 120 наименований и содержит 102 страницы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведено обоснование необходимости разработки подходов к созданию устройств для интенсификации процессов сушки в условиях мягких температурных режимов при помощи наложения широкополосных ультразвуковых колебаний и оценке их интенсифицирующего воздействия.

В первом разделе проведён анализ существующих методов сушки и способов её интенсификации. Рассмотрены схемы применения акустических излучателей для интенсификации процесса сушки и конструкции сушилок.

Проведён анализ существующих способов применения УЗ в технике, исследованных такими деятелями науки как Розенберг Л. Д., Промтов М. А.,

Фридман В. М. В частности, большое внимание уделено проблемам сушки твердых пористых тел. Рассмотрены методы экспериментального исследования УЗ полей и виды датчиков для измерений УЗ полей. Рассмотрены теоретические и экспериментальные исследования по кавитации, формируемой при взаимодействии УЗ в жидкости. Показано, что для интенсификации процесса сушки термолабильных материалов во втором периоде целесообразно использовать контактное акустическое воздействие с использованием высокочастотных механических колебаний широкого спектра. Обозначены пути реализации поставленных задач.

Во втором разделе описано устройство запатентованного ультразвукового излучателя широкого спектра, в основе принципа работы которого лежит ультразвуковая кавитация. На рисунке 1 представлена схема ультразвукового кавитационного излучателя. Он состоит из типового ультразвукового излучателя 1, камеры 2, заполненной жидкостью. На камере установлены патрубки 3 для циркуляции жидкости. Дно стакана выполнено в виде тонкой мембраны.

1 - ультразвуковой излучатель; 2 - камера заполненная жидкостью;

3 - патрубки для циркуляции жидкости; 4 - мембрана Рисунок 1 - Схема ультразвукового кавитационного излучателя

Излучатель работает следующим образом. Ультразвуковой вибратор 1 создаёт колебания с ультразвуковой частотой и амплитудой, достаточной для возникновения кавитации. Возникающие в результате кавитации ударные волны передаются через мембрану 4 во внешнюю среду. В результате ультразвукового воздействия жидкость в камере достаточно быстро нагревается. Для того, чтобы излучатель мог работать длительное время без остановки, камера оснащена системой циркуляции жидкости. Циркуляция жидкости позволяет поддерживать требуемую температуру в камере, при которой кавитация происходит наиболее интенсивно. На рисунке 2 представлена фотография кавитационного излучателя.

7

Рисунок 2 - Кавитационный УЗ излучатель

Далее обоснована разработка подходов к расчёту максимальной интенсивности широкополосных колебаний, излучаемых кавитационным кластером, к расчёту интенсивности широкополосных колебаний, передаваемых через мембрану.

Было сделано предположение о том, что суммарная энергия излучения ударных волн, образуемых УЗ кластером у поверхности вибратора, складывается из энергии, выделяемой при схлопывании отдельных кавитационных пузырей. С учётом отражения ударных волн от поверхности вибратора поток энергии имеет определённую направленность.

При выводе расчетной зависимости интенсивности ударной волны было использовано уравнение Рэлея для расчёта времени роста пузыря до заданного размера:

0,915^р/(Ртс-Р„)

0)

где Р„х - давление насыщенных паров жидкости, Па; Рх - давление окружающей жидкости, Па; р - плотность жидкости, кг/м'; Р,.,ах -максимально возможный радиус кавитационного пузырька, м.

На основе этого уравнения было получено уравнение для расчёта радиуса пузыря с учётом частоты колебаний вибратора:

0,915 £ (2)

2/ /

р

где/- частота внешнего акустического поля, Гц.

В итоге была получена формула для расчета удельной энергии схлопывания пузырей:

где п- количество пузырьков, приходящихся на единицу поверхности, 1/м2.

Исходя из максимально допустимого количества пузырей, приходящихся на единицу поверхности излучателя п, максимально возможная суммарная эффективная удельная мощность кавитационных колебаний, вызываемых отдельными пузырьками, не сформировавшимися в кавитационный кластер, может быть определена по формуле:

V«« = — ^ С. + Ь. Вт/М2 (4)

Критическая мощность вибратора, необходимая для достижения максимального уровня мощности суммарного излучения отдельных пузырьков .V,.,, мах без перехода в режим развитой кавитации, может быть определена выражением:

где К„,„. - коэффициент трансформации акустической энергии кавитациониыми пузырьками.

Превышение этого значения мощности ведёт к формированию УЗ кластера, характер излучения которого имеет существенно иные параметры.

При взаимодействии ударной волны, создаваемой УЗ кластером с мембраной, происходит частичное её отражение и возникновение вторичной кавитации за счёт взаимодействия падающей и отраженной волны. Кавитация непосредственно на поверхности мембраны создаёт на ней вторичные ударные волны, которые могут передаваться во внешнюю среду. Интенсивность этих волн может быть описана выражением:

^\xi.amop.

где Ктк - коэффициент трансформации энергии УЗ кластером; Кт1.,пар -коэффициент трансформации энергии во вторичную ударную волну; Л'„, -удельная мощность УЗ вибратора, Вт/м2.

Коэффициент проникновения энергии из одной среды в другую определяется выражением:

7 = 4Р\с1Р2сг ^

(р!С5+р2С2)г

где/?,. р2 - плотности сред, проводящих акустические колебания, кг/м'; с/, с; - скорость звука в средах, проводящих акустические колебания, м/с.

Учитывая этот коэффициент, интенсивность ударных волн, попадающих в обрабатываемый материал, можно определить уравнением:

¿V - ТК,,ит,,гКТ^уа , (8)

При попадании ударных волн в материал, подвергаемый сушке, они могут существенно интенсифицировать явления, связанные с переносом массы в материалах. Далее представлено исследование акустического поля, создаваемого кавитационным кластером в воде.

9

На рисунке 3 приведена схема установки для исследования поля кавитационных колебаний, создаваемых УЗ кластером в жидкой среде. Она состоит из сосуда 1 ёмкостью 100 л, на верхней части которог о установлена крышка из оргстекла 2 с подвижной фермой 3 для крепления гидрофона 4. Сверху на кронштейн установлен УЗ излучатель 5. Внутренняя часть сосуда покрыта слоем звукоизоляции 6. Излучатель запитан от УЗ генератора 7. Выходной сигнал с гидрофона подаётся на осциллограф 8 с полосой пропускания 0...50 МГц.

! - сосуд ёмкостью ! 00 л, 2 - крышка из оргстекла, 3 - подвижная ферма для крепления гидрофона. 4 - гидрофон, 5 - УЗ излучатель, б - слой звукоизоляции, 7 - УЗ генератор, 8 - осциллограф Рисунок 3 - Схема экспериментальной установки

В качестве источника ультразвука использовался прибор ВОЛНА-22 с дисковым излучателем диаметром 32 мм разработки лаборатории акустических процессов БТИ.

Было разработано несколько конструкций гидрофона на основе пьезодатчика, они приведены на рисунке 4.

Наилучшей по характеристикам оказалась конструкция, разработанная и изготовленная на кафедре МСИА с использованием сферического пьезоэлемента из керамики ЦТС-19 диаметром 5 мм производства компании ЭЛГ1А с использованием звукоизолирующей прокладки.

Конструкция этого гидрофона приведена на рисунке 5. Фотография гидрофона представлена на рисунке 6.

1 - сферический пьезодатчик; 2 - стеклопластиковый корпус; 3 -звукоизолирующая прокладка; 4 - коаксиальный кабель; 5 - эпоксидный

компаунд Рисунок 5 - Конструкция гидрофона

Рисунок 6 - Гидрофон

Гидрофон состоит из сферического пьезодатчика 1, заключенного в стеклопластиковый корпус 2, датчик отделён от корпуса звукоизолирующей прокладкой 3. К датчику подведён коаксиальный кабель 4. Изнутри корпус заполнен эпоксидным компаундом 5.

С помощью разработанного гидрофона было осуществлено исследование акустического поля, создаваемого УЗ кластером в ■ воде.

Осциллограмма сигнала, зарегистрированного гидрофоном через низкочастот

и пропущенного

Рисунок 7 - Изображение отфильтрованного сигнала на экране осциллографа при мощности излучателя 60 Вт в условиях развитой

кавитации

При развитой кавитации сигнал имеет частоту равную У2 = 10 кГц. где ^ ~ 20 кГц - рабочая частота УЗ пьезоизлучателя. Обнаружено, что в кавитационном кластере пузырьки схлопываются с разной интенсивностью при каждом последующем фронте внешней УЗ волны. Тем не менее, хорошо наблюдается периодичность высокой и низкой интенсивности охлопывания Г,/2. Объяснение подобного эффекта может быть дано на базе следующих гипотетических построений. Во-первых, это может быть связано с тем, что кавитационный кластер очень плохо пропускает звуковые волны. После первого интенсивного схлопывания кавитационных пузырей в зоне повышенного давления волны образуется очень много жизнеспособных кавитационных зародышей. При разрежении количество возникших пузырьков становится слишком большим, и значительная часть энергии звуковой волны не проходит в толщу кластера. Как следствие, схлопывание происходит менее интенсивно, образуется меньшее количество жизнеспособных кавитационных зародышей и количество пузырьков перед следующим гюлупериодом повышенного давления УЗ волны не достигает такого количества, как перед предыдущим, что увеличивает акустическую проводимость кавитационного кластера и. как следствие, повышение давления в текущем полупериоде. Схлопывание же пузырьков при этом происходит более интенсивно. Далее картина периодически повторяется.

Во-вторых, осцилляции кластера могут быть объяснены тем, что после эффективного схлопывания кластера вода в месте схлопывания пузырьков оказывается сильно перегретой. Как следствие, из кавитационных зародышей образуются слишком большие пузыри, которые не успевают схлопнуться во время прохождения фронта повышенного давления внешней УЗ волны. Однако, эти пузыри успевают отдать достаточно тепла и во время

12

последующей фазы разрежения не достигают некоторого критического размера, после превышения которого эффективного схлопывания в фазе повышенного давления волны не происходит.

Вероятно, описанные гипотетические эффекты не альтернативны, а величина превалирования того или другого определяется режимными параметрами процесса кавитации.

На рисунке 8 приведён график зависимости амплитуды давления основной частоты УЗ излучателя (20 кГц) от расстояния до излучателя. Полученная зависимость хорошо описывается формулой: А - 34257 ■ ¿~1'214, (II)

где /, расстояние от излучателя, мм; А - акустическое давление поля, создаваемого на частоте 20 КГц, КПа.

Анализ колебаний, частота которых может определяться кавитационными явлениями и вызываемыми ими ударными волнами, показал, что частота этих колебаний лежит в диапазоне от 4 до б МГц.

560

480 440 чои

\

320 геа 240 гни 160 120

на 130 150 170 140

Расстояние мм

Рисунок 8 - Зависимость акустического давления поля создаваемого на частоте 20 КГц. от расстояния до излучателя

Была проведена оценка зависимости акустических давлений, создаваемых колебаниями с частотой порядка 5 МГц. на различных расстояниях от излучателя. Результаты представлены на рисунке 9.

Полученные результаты хорошо описываются зависимостью:

А = 297 ■ [Г0-5791, (12)

где /. - расстояние от излучателя, мм; А - акустическое давление поля, создаваемого на частоте 5 мГ'ц, КПа.

Если сравнить степени затухания двадцати килогерцовои и пяти мегагерцовой составляющих, то хорошо заметно, что составляющая 5 МГц затухает намного слабее. Это связано с тем, что излучатель с диаметром 30 мм оказывает ощутимое фокусирующее действие на ультразвук с длинами волн порядка 1 мм (соответствует частотам порядка ,1 МГц).

<

°i 10 30 за 90 40 1Шtia ¿30iTO Ш

Расстояние мм

Рисунок 9 - Зависимость акустического давления поля, создаваемого на частоте 5 МГц, от расстояния до излучателя

На рисунке 10 представлена экспериментальная зависимость амплитуды звукового давления колебаний кавитационного спектра от мощности излучателя. Как видно из графика, до значения удельной мощности излучателя 53760 Вт/м2 амплитуда звукового давления растёт практически линейно. При превышении этого значения удельной мощности, обозначенной буквой А, которое можно назвать критическим NK!„ режим становится неустойчивым, и с течением времени происходит изменение условий протекания неразвитой кавитации, в результате которого происходит зарождение кавитационного кластера.

1024 512

256

о:

ffl 1?Я

го

<7 64

<D

О р 32

г X 16

s

т Я

f (9

I S ш 4

к

О 50 100 150

Интенсивность излучения основной частоты 20кГц, Вт/м2

Рисунок 10 - График зависимости амплитуды давления гармоники 5 мГц от мощности УЗ излучателя на расстоянии 30 мм от излучающей поверхности при температуре 20 °С и атмосферном давлении

Чем значительнее превышение мощности, тем меньшее время проходит до зарождения кластера. Так же существует значение мощности Б, при котором цепная реакция зарождения кластера начинается мгновенно.

Согласно результатам экспериментов, представленным на рисунке 8, максимальный поток энергии спектральной составляющей акустического

14

поля с частотой 5 мГц создаваемой монослоем в критической точке NyДИepSЗB = 17 • Ю-4, Вт/см*. Эта величина потока энергии имеет место при достижении излучателем критической удельной мощности излучения вибратора = 5,376 Вт/см2 на основной частоте 20 кГц.

Теоретическое значение максимальной энергии, которую способен излучать монослой до достижения состояния, когда слой пузырьков занимает всю поверхность, рассчитанное по формуле (4): ЛГуд,иеразв.теор = 18,8 • 10"4, Вт/см'.Несущественные различия экспериментального и расчетного значения позволяют предположить, что предложенный подход для расчета интенсивности излучения монослоя является приемлемым для инженерных целей. На основании описанного эксперимента был рассчитан коэффициент трансформации удельной мощности излучения на основной частоте 20 кГц в энергию кавитационного спектра 5 мГц для режима монослоя. Его значение составило: Кт - 3,43-10"4. При возникновении кавитационного кластера коэффициент преобразования энергии резко возрастает, принимая максимальное значение 0,0104 при критическом значении мощности излучателя. На рисунке 10 эта точка обозначена буквой А.

В третьей главе представлено описание схемы исследования процессов сушки с наложением кавитационных шумов. Описаны экспериментальные установки, специально разработанные на кафедре МСИА для проведения исследования кавитации и влияния её акустического поля на массообменные процессы. Обоснована возможность рассмотрения процесса удаления влаги как изотермического при определённых соотношениях коэффициентов температуропроводности и диффузии. Рассмотрены методики проведения экспериментов и результаты исследований, связанные с работой предложенных кавитационных излучателей, приведены результаты экспериментов по сушке с их использованием.

В реальных условиях сушки, процесс происходит в нестационарных условиях. В этом случае для его описания с учетом наложения акустических колебаний можно воспользоваться моделью массопереноса предложенной Лыковым для случая, когда бародиффузия не оказывает существенного влияния:

а, п2 г а- ' (13)

— = аЧ2Ь + £ — —

V Эг р„с„ дт

где 8 - коэффициент термодиффузии (коэффициент Соре),кг/м'-°С; а -коэффициент температуропроводности, м'/с; р„ - плотность воды, кг/м1; с, -теплоёмкость воды, Дж/кт°С; е - критерий испарения, характеризующий долю переноса влаги в виде пара от общего её потока.

При низких температурах, имеющих место в случае сушки термолабильных веществ, критерий испарения с стремиться к нулю. При этом систему (16) можно представить в виде:

дг

В случае сушки дисперсных материалов чаще всего частицы принимаются как сферические. При отклонениях от сферичности используется понятие эквивалентного диаметра. Для сферической частицы система уравнений (14) будет выглядеть следующим образом.

Для решения этой системы необходимо знать краевые условия: распределение влагосодержания и температуры в материале в начальный момент времени, граничные условия. Граничные условия могут быть заданы балансом потоков влаги и тепла подводимых к поверхности тела изнутри и отводимой от неё в газовую фазу. При этом должны выполняться равенства:

где Я - радиус частицы; Ск - влажность тела при координате г = Я; Св „,_„_■ -равновесное объёмное влагосодержание воздуха, кг/м\ соответствующее влажности С„ - объёмное влагосодержание воздуха используемого для сушки; Я - теплопроводность, Вт/м-°С; а - коэффициент теплоотдачи, Вт/м*-°С; - температура поверхности тела, °С;. /„„, - температура воздуха,

Системы уравнений (15) и (16) образуют модель сушки сферической частицы.

В случае, когда температурные градиенты невелики, и процесс происходит при низких температурах, что имеет место при сушке термолабильных материалов, термодиффузией можно пренебречь, а процесс рассматривать как изотермический. Определить этот случай можно используя критерий Лыкова 1и = —, определяющий релаксацию поля влажности по отношению к полю температур. Когда ¿и« 1, выравнивание поля температур, а в случае малых температурных градиентов достижение условий близких к изотермическим, происходит гораздо быстрее, чем выравнивание поля концентраций и тогда система (16) может быть преобразована в уравнение:

(15)

(16)

°С.

а граничные условия примут вид:

Для экспериментального исследования представляет интерес решение уравнения (17) с граничными условиями соответствующими случаю, когда основное сопротивление массопереносу в процессе сушки сосредоточено в твердой фазе, что соответствует следующим краевым условиям: прит = 0, С(х)= С„;прит = да,С(х) = Ск; прит>0их = Д,С = С,, где Я - радиус частицы, м; С„ и С* - начальная и конечная концентрации, соответственно, кг/кг.

Уравнение (17) при таких граничных условиях решается аналитически, и в многочисленных литературных источниках приводятся численные значения для средней безразмерной концентрации в частице и концентрации в центре частицы в зависимости от величины критерия Ьи.

Для определения параметров, входящих в уравнения, описывающие явления, которые происходят в процессе формирования колебаний кавитационного спектра и их взаимодействие с материалом, была разработана экспериментальная установка . сушилки, схема которой представлена на рисунке 11, а на рисунке 12 фотография этой установки.

1 - жидкостной термостат; 2 - сушильная камера; 3 - УЗ излучатель; 4 -УЗ генератор; 5 - вентилятор; 6 - блок питания;7 - циркуляционный насос; 8 - пружинный прижим; 9 - высушиваемый образец Рисунок 11 - Схема экспериментальной установки

Установка состоит из жидкостного термостата 1 со встроенной сушильной камерой в виде цилиндрического стакана 2, на сушильную камеру сверху установлен излучатель 3, подключённый к УЗ генератору 4

ВОЛНА-22, с дисковым излучателем диаметром 32 мм разработки лаборатории акустических процессов БТИ. Для интенсификации процесса сушки в камере установлен вентилятор 5, подключённый к блоку питания 6. Охлаждение излучателя обеспечивается с помощью встроенного в термостат циркуляционного насоса 7. На мембране излучателя с помощью пружинного прижима 8 закреплён образец 9.

Рисунок 12 - Экспериментальная установка

Далее представлены основные результаты экспериментальных исследований. Для определения влияния широкополосного ультразвука на процесс сушки проводились две серии экспериментов. Первая серия экспериментов проводилась при наличии контакта образца с мембраной, вторая - при наличии воздушного зазора между образцом и мембраной. Образец закреплялся с помощью специальной пружины (рисунок 13).

Для проведения экспериментов использовались пробные тела в форме диска из пробки и абразивного материала на основе корунда.

Рисунок 13 - Образец из корунда, прикрепленный к мембране излучателя

Эксперименты по сушке пробных тел при наличии механического контакта между образцом и мембраной показали существенное влияние колебаний кавитационного спектра на кинетику сушки. Кривые сушки приведены на рисунках 14,15.

^ 12,00 А

О 10'00 X £

™ 8,00 т

| 6,00 -О

| 4,00

и О

£ 2,00 о

0,00

О 500 1000 1500 2000 2500

Время с

- без наложения УЗ, - - с наложением УЗ Рисунок 14 - Кривая сушки пробкового образца с выключенным и включенным кавитационным излучателем

I \

\ \ч

О 100 200 300 400 500 600 700

Время С

- без наложения УЗ, - - с наложением УЗ Рисунок 15 - Кривая сушки корундового образца с выключенным и включенным кавитационным излучателем

В соответствии с полученными результатами методом наименьших квадратов были получены значения коэффициентов нестационарной диффузии влаги в исследуемых материалах при наличии и отсутствии УЗ воздействия. При этом значения коэффициентов диффузии составили для пробки без воздействия УЗ - 1,2-10"8 м2/с , а при воздействии УЗ -1,9-10~8 м2/с.

Для корундовой керамики коэффициент диффузии составил: без УЗ -2,5-Ю"8 м2/с, с УЗ - 3,8-10"8 м2/с.

Как следует из графиков, при наложении ультразвуковых колебаний кавитационного спектра скорость сушки существенно возросла.

19

В четвёртой главе представлена инженерная методика расчета интенсивности УЗ колебаний кавитационного спектра, создаваемых разработанным излучателем в обрабатываемой среде.

Для реализации возможности равномерного воздействия ультразвука широкого спектра на процесс сушки была разработана опытная установка с псевдоожиженным слоем, схема которой представлена на рисунке 16.

Постоянное перемешивание в псевдоожиженном слое обеспечивает равномерность воздействия ультразвука на объект сушки. Установка состоит из сушильной камеры 1, содержащей псевдоожижаемый материал 2, (камера снабжена встроенным излучателем цилиндрического типа 3, подключённым к УЗ генератору 4), термостата 5 для охлаждения излучателя, газодувки 6 для подачи воздуха, блока питания с регулируемым напряжением 7 и анемометра 8 для контроля расхода воздуха. На рисунке 17 приведена фотография установки.

3 - ультразвуковой кавитационный излучатель цилиндрического типа;

4 - ультразвуковой генератор; 5 - термостат; 6 - газодувка; 7 - блок питания; 8 - анемометр Рисунок 16 - Схема опытной установки

Для проведения экспериментов использовалось зерно гречихи. Материал помещался в эксикатор с водой на 48 часов для увлажнения. Перед началом экспериментов отбирался опытный образец для определения начальной влажности материала.

Для обработки экспериментальных данных было проведено компьютерное моделирование решения уравнения нестационарной диффузии. В результате проведённых опытных сушек были получены зависимости изменения влажности продукта от времени, которые представлены на рисунках 18, 19.

Рисунок 17 - Фотография опытной установки 0,2

40 60

Время, мин.

Рисунок 18 - График сушки зерна гречихи с выключенным излучателем

0,2 0,19 0,18 0,17 0,16 0,15 0,14 0,13 0,12

Г..............

%

1

1________________ таи

1

)......... .................

40 60

Время, мин.

Рисунок 19 - График сушки зерна гречихи с включенным излучателем

Точками на рисунках 18, 19 обозначены экспериментальные данные, а линиями - графики решения уравнения нестационарной диффузии для сферы, полученная при помощи компьютерного моделирования.

Как видно из графиков при наложении УЗ колебаний скорость сушки растёт, что выражается в увеличении коэффициента диффузии. Можно сделать вывод, что в процессе формировании лсевдоожиженного слоя звуковые колебания воздействуют на твёрдые частицы при их непосредственном контакте с металлической мембраной, а так же при

одновременном контакте частиц между собой и с поверхностью излучателя. Отмеченное существенное ускорение процесса сушки в псевдоожиженном слое при наличии ультразвука широкого спектра имеет большое значение при сушке термочувствительных материалов.

Результаты работы по интенсификации процесса сушки с помощью колебаний кавитационного спектра были использованы в ООО «Бия-Синтез» (г. Бийск) для разработки технологии аналитической сушки термочувствительных производных целлюлозы, что подтверждено соответствующим актом внедрения.

На разработанный излучатель ультразвуковой широкополосный получен патент на полезную модель № 96034.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАН!»!

1. Разработан способ интенсификации процесса влагопереноса в твёрдых капиллярно-пористых телах в процессах сушки посредством контактного наложения колебаний кавитационного спектра через стенку мембраны. Разработано устройство для формирования колебаний кавитационного спектра применительно к аппаратам для сушки твердых и твердых дисперсных материалов.

2. Разработано математическое описание влияния колебаний кавитационного спектра на процесс переноса влаги в твёрдых пористых материалах, и проведена экспериментальная проверка его адекватности.

3. Разработано математическое описание процесса преобразования энергии УЗ излучателя в энергию колебаний кавитационного спектра, образуемого кавнтационными пузырями. Получены расчетные зависимости для определения энергии колебаний кавитационного спектра, передаваемой объектам сушки.

4. Разработаны датчики для измерения интенсивности колебаний кавитационного спектра в жидкости.

С помощью разработанных датчиков проведены экспериментальные исследования процесса формирования колебаний кавитационного спектра. Экспериментально обнаружены и объяснены неизвестные ранее физические закономерности поведения кавитационного кластера. Определены численные значения входящих в полученные расчётные зависимости коэффициентов трансформации энергии колебаний УЗ пьезоизлучателя в энергию колебаний кавитационного спектра.

Проведено исследование влияния колебаний кавитационного спектра на диффузию влаги в твердых пористых материалах.

5. Предложены методы расчёта и проектирования устройств для формирования колебаний кавитационного спектра и расчёта их мощности. Разработана и испытана опытная установка для сушки в псевдоожиженном слое крупнодисперсных материалов с наложением колебаний кавитационного спектра. Показана возможность существенного сокращения длительности процессов сушки с помощью предложенных устройств.

ОПУБЛИКОВАННЫЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Куничан, A.B., Установка для эксперементального исследования акустического поля ультразвукового излучателя в жидкой среде [Текст] / A.B. Куничан, Г.В.Леонов // Инновационные технологии: производство, экономика, образование: материалы Всероссийской научно-практической конференции 24 сентября 2009 года. - Бийск: АлтГТУ, 2009. - С. 325-327.

2. Куничан, А. В. Ультразвуковой кавитационный генератор [Текст] / A.B. Куничан // Пищевые продукты и здоровье человека: Материалы III Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. -Кемерово, 2010. - Кемерово: КемТИПП, 2010. - С. 304 - 305.

3. Kuniclian. А. V. Cavitation Emitter For Drying Of Solid Bodies Intensification Process [Текст] / A. V. Kunichan, G. V. Leonov, V. N. Khmelev // International Conference and Seminar on Micro / Nanotechnologie» and Electoron Devices EDM'2010: Conference Proceedings. - Novosibirsk: NTSIJ. 2010. - P360-362.

4. Куничан. А. В. Кавитационный излучатель для интенсификации процесса сушки твёрдых тел [Текст] / А. В. Куничан //Пищевые продукты и здоровье человека: Материалы IV Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых учёных. - Кемерово, 2011. - Кемерово: КемТИПП. 2011. - С. 243 - 244.

5. Излучатель ультразвуковой широкополосный: пат. № 96034 Российская Федерация: МГ1К В06В 3/00. / A.B. Куиичан, Г.В. Леонов; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова». - № 2009146680/22: заявл. 15.12 2009: опубл. 20.07.2010. Б.и. Лгз20. -4с.: ил.

6. Куничан, A.B. Исследование ультразвуковой кавитации в воде / A.B. Куничан. Г.В. Леонов. // Ползуновский вестник. - 2010. - №3. -Барнаул: АлтГТУ 2010.- С.312-314.

Подписано в печать 19.05.2011 г. Печать ~ ризография. Заказ 2011 - 74 Объём 1,44 п.л. Тираж 100 экз. Отпечатано в ИВ1Д ЬТИ АлтГТУ им. И.И. Ползунова 659305, г Бийск, ул. Трофимова, 27

Введение.

1 Интенсификация процесса сушки с использованием акустических колебаний.!.

1.1 Сушка твёрдых пористых материалов.

1.1.1 Характеристика объектов сушки.

1.1.2 Капиллярно-пористые материалы как объекты сушки.

1.1.3 Кинетика процессов сушки.

1.1.4. Сушка в кипящем слое.

1.2 Применение акустических колебаний в химической технологии.

1.2.1 Интенсификация процессов сушки термолабильных материалов.

1.2.1.1 Интенсификация процессов сушки с использованием акустических воздействий в первом периоде сушки.

1.2.1.2 Интенсификация процессов сушки с использованием акустических воздействий во втором периоде сушки.

1.2.1.3 Устройства для создания акустических колебаний в технологическом оборудовании для процессов сушки.

1.2.1.4 Аппаратура для сушки с использованием акустического воздействия.

1.2.1.5 Использование УЗ для интенсификации процесса сушки.

1.3 Кавитация и её воздействие на обрабатываемые среды

1.3.1 В оздействие УЗ в бескавитационном режиме.

1.3.2 Воздействие УЗ в режиме кавитации.

1.3.3 Возникновение кавитации.

1.3.4 Явления сопровождающие кавитацию.

1.4 Методы экспериментального исследования УЗ полей.

1.4.1 Бесконтактные методы.

1.4.2 Контактные методы.

1.5 Цели и задачи исследования.

2 Разработка устройств для интенсификации сушки с помощью широкополосных ультразвуковых колебаний и методов их расчета.

2.1 Разработка способов и устройств формирования широкополосных ультразвуковых колебаний на основе кавитации.

2.1.1 Разработка подходов к расчёту максимальной интенсивности широкополосных колебаний излучаемых кавитационным кластером.

2.1.2 Разработка подходов к расчёту интенсивности широкополосных колебаний передаваемых через мембрану к объекту сушки.

2.2 Экспериментальное исследование УЗ поля излучателей.

2.2.1 Установка для исследования поля кавитационных колебаний, создаваемых УЗ кластером в жидкой среде.

2.2.2 Установка для статической калибровки датчиков давления.

2.2.3 Методика проведения экспериментов.

2.2.3.1 Методика калибровки датчика.

2.2.3.2 Методика замера звукового давления.62,

2.2.4 Обсуждение результатов.

2.2.4.1 Поле и спектр кавитационных колебаний, создаваемых УЗ кластером . в жидкой среде.

2.2.4.2 Определение величины коэффициента трансформации энергии УЗ для развитой и неразвитой кавитации.

3 Влияние широкополосных ультразвуковых колебаний на кинетику сушки.

3.1 Модель сушки твёрдых пористых материалов в условиях интенсификации широкополосными УЗ колебаниями.

3.2 Экспериментальное исследование процесса сушки твёрдых пористых материалов при наложении кавитационных колебаний.

3.2.1 Установка для исследования влияния УЗ широкого спектра создаваемых кавитационным акустическим широкополосным излучателем на процесс сушки твёрдых пористых материалов.

3.2.2 Методика исследования влияния колебаний УЗ широкого спектра, создаваемых разработанным излучателем, на процесс сушки твёрдых пористых материалов.

3.2.3 Обсуждение результатов.

4 Практическая реализация работы

4.1 Инженерная методика расчета интенсивности УЗ колебаний кавитационного спектра, создаваемых разработанным излучателем в обрабатываемой среде

4.2 Применение излучения кавитационного спектра для интенсификации процесса сушки в кипящем слое.

4.2.1 Установка для сушки дисперсных материалов в кипящем слое с наложением колебаний кавитационного спектра.

4.2.2 Анализ опытной эксплуатации установки.

Основные результаты исследований.

Процессы сушки играют важную роль в химической, фармацевтической, пищевой и многих других отраслях промышленности. Они применяются при получении широкого спектра продуктов и изделий, во многом определяя их качественные показатели. Учитывая необходимость испарения влаги, зачастую в весьма значительных количествах, процессы сушки могут быть весьма энергоёмкими и требуют применения высокотемпературных режимов.

В этой связи важной задачей в совершенствовании процессов сушки является их интенсификация и повышение КПД. Решение этой задачи связано с разработкой нового технологического оборудования, основанного на применении инновационных подходов к ведению процесса сушки.

Особое значение имеет проблема интенсификации сушки термолабильных материалов, для которых обычные подходы, связанные с повышением температуры процесса, неприменимы. Для интенсификации сушки таких материалов могут применяться различные физические воздействия.

Одним из направлений интенсификации работы химико-технологического оборудования является использование различных физических методов воздействия на обрабатываемые в нём среды.

К одному из видов такого технологического воздействия в аппаратах для переработки жидких сред является ультразвуковое облучение, сопровождаемое интенсивными кавитационными явлениями. В процессе кавитации обеспечивается возможность получения высокоэнергетических взаимодействий на микро-уровне при относительно небольших затратах энергии. Отличительной особенностью кавитации является создание колебаний широкого спектра частот, длина волны которых имеет порядок размеров пор, характерных для классических объектов сушки.

В этой связи колебания широкого спектра и значительной интенсивности, возникающие вследствие кавитационных явлений, могли бы оказать существенное влияние и на процессы переноса влаги в высушиваемых материалах. Однако, на сегодняшний день данных по применению подобных колебаний широкого спектра для интенсификации процессов сушки твёрдых пористых материалов крайне мало. Методы расчета и проектирования аппаратов с использованием подобных воздействий практически отсутствуют.

В этой связи данная работа посвящена интенсификации массообмена в процессах сушки пористых материалов, в частности для гетерогенных систем «газ - твердый пористый дисперсный материал» путём наложения колебаний кавитационного спектра; разработке устройств, обеспечивающих возможность генерирования подобных колебаний, методов их расчёта и подходов к конструированию аппаратов с использованием подобных устройств.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. Разработан способ интенсификации массообмена в твёрдых пористых телах применительно к переносу влаги в процессах сушки с помощью колебаний кавитационного спектра. Разработано устройство для формирования колебаний кавитационного спектра применительно к аппаратам для сушки твердых и дисперсных материалов.

2. Разработано математическое описание процесса преобразования энергии УЗ излучателя в энергию колебаний кавитационного спектра, образуемого кавитационными пузырями. Получены расчетные зависимости для определения энергии колебаний кавитационного спектра, передаваемой твёрдому пористому телу.

3. Исследовано влияние колебаний кавитационного спектра на процесс переноса влаги в твёрдых пористых материалах.

4. Разработаны датчики для измерения интенсивности колебаний кавитационного спектра в жидкости.

С помощью разработанных датчиков проведены экспериментальные исследования процесса формирования колебаний кавитационного спектра. Определены численные значения входящих в полученные расчётные зависимости коэффициентов трансформации энергии колебаний УЗ пьезоизлучателя в энергию колебаний кавитационного спектра.

Проведено исследование влияния колебаний кавитационного спектра на диффузию влаги в твердых пористых материалах.

5. Предложены методы расчёта и проектирования устройств для формирования колебаний кавитационного спектра и расчёта их мощности. Разработана и испытана опытная установка для сушки дисперсных материалов в псевдоожиженном слое дисперсных материалов с наложением колебаний кавитационного спектра. Показана возможность существенного сокращения длительности процессов сушки с помощью предложенных устройств.

1. Лыков, A.B. Теория сушки / A.B. Лыков — М.: Энергия, 1968. — 472 с.

2. Лыков, М. В. Сушка в химической промышленности / М.В. Лыков. — М.: Химия, 1970.-256 с.

3. Муштаев, В.И. Сушка дисперсных материалов / В.И Муштаев, В.М. Ульянов. -М.: Химия, 1988.-352 с.

4. Касаткин, А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии /

5. A.Г. Касаткин. М.: Химия, 1971. - 784 с.

6. Кришер, О. Научные основы техники сушки / О. Кришер. — М.: Изд-во иностр. лит., 1961. — 539 с.

7. Кафаров, В. В. Основы массопередачи / В.В. Кафаров. — М.: Высшая школа, 1962. 656 с.

8. Коган, В.Б. Теоретические основы типовых процессов химической технологии / В.Б. Коган. Л.: Химия, 1977. — 592 с.

9. Шервуд, Т. Массопередача: пер. с англ. / Т. Шервуд, Р. Пигфорд, Ч. Уилки.- М.: Химия, 1982. 696 с.

10. Лыков, A.B. Явления переноса в капиллярнопористых телах / A.B. Лыков.- М.: Гостехиздат, 1954. 422 с.

11. Сажин, Б. С. Основы техники сушки / Б.С. Сажин. М.: Химия, 1984. -320 с.

12. Фролов, В.Ф. Моделирование процессов сушки дисперсных материалов /

13. B.Ф. Фролов // ТОХТ. 1993. - Т.27. - №1. - с. 56 - 63.

14. Фролов, В. Ф. Моделирование сушки дисперсных материалов / В.Ф. Фролов. Л.: Химия, 1987. - 208 с.

15. Фролов, В.Ф. Моделирование процесса сушки в неподвижном слое монодисперсного материала в последовательных периодах постоянной и убывающей скорости / В.Ф. Фролов, А.Д. Кушкова, В.И. Коза // ТОХТ. -1983. — Т.17. -№5. с. 592-598.

16. Харин, В.М. Внешний влаго- и теплообмен капиллярнопористого тела с газо-паро-жидкостной средой / В.М. Харин, Г.В. Агафонов '// ТОХТ. -1999. Т.ЗЗ. -№3. - с. 252-258.

17. Харин, В.М. Кинетика вакуумной сушки и оптимальное управление процессом / В.М. Харин, Ю.И. Шишацкий, Г.П. Мальцев // ТОХТ. 1996. - Т.ЗО. - №3. - с. 277 - 285.

18. Языков, Н.А. Механизм массопереноса в процессе адсорбционно-контактной сушки материалов / Н.А. Языков, А.Д. Симонов, В.Б. Фенелонов // ТОХТ. 1997. - Т.31. - №4. - с. 409 - 415.

19. Романков, П.Г. Интенсификация процессов сушки пастообразных материалов / П.Г. Романков, Н.Б. Рашковская // Сушка в химической и легкой промышленности. М.: Профиздат, 1958. — с 23 — 43.

20. Романков, П.Г. Сушка в кипящем слое / П.Г. Романков, Н.Б. Рашковская. — Л.: Химия. 1964. - 288 с.

21. Романков, П.Г. Сушка во взвешенном состоянии / П.Г. Романков, Н.Б. Рашковская — Л.: Химия. — 1968. — 360 с.

22. Stumillo С., Kaminski W. Up of dryers with a spouted bed of ineit lodies // Drying. 1980. -V.I.- p. 180- 183.

23. García-Pérez J.V., Cárcel J.A., de la Fuente-Blanco S., Riera-Franco de Sarabia E. Ultrasonic drying of foodstuff in a fluidized bed: parametric study; Ultrasonics 44, Dec. 2006. Supplement 1. - p. 539 - 543.

24. Cárcel J.A., García-Perez J.V., Riera E., Mulet A. "Influence of high-intensity ultrasound on drying kinetics of Persimmon"; Drying Technology. — №25. -2007.-p. 185-193.

25. Физические основы ультразвуковой технологии. В кн: Физика и техника мощного ультразвука, кн. 3 Под ред. Розенберга Л.Д. М., "Наука". - 1970. -689 с.

26. Ультразвуковая технология, под ред. Б. А. Аграната, — М., Металлургия, 1974.-503 с.

27. Гершгал, Д.А., Ультразвуковая технологическая аппаратура / Д.А. Гершгал, В. М. Фридман. М., Энергия, 1974. -320 с.

28. Применение ультразвука в промышленности, под ред. А. И. Маркова. -М., Машиностроение, 1975.—240 с.

29. Ультразвук // Под ред. Голяминой И.П. — М.: Советская Энциклопедия, 1979. -400 с.

30. Лубяницкий, Г.Д. Совершенствование технологии ультразвуковой очистки материалов типа лент / Г.Д. Лубяницкий. Л.: ЛДНТП, 1990. - 136 с.

31. Виноградарская, В.И. Новое технологическое оборудование для ультразвуковой очистки узлов и деталей. В кн: Применение ультразвука в технологии машиностроения / В.И. Виноградарская, М.Г. Коган, В.Ф. Королев. - М.: ЦИНТИэлектропром, 1960. - 370 с.

32. Фаерман, В.Т. Применение ультразвука для обработки текстильных материалов / В.Т. Фаерман. — .:М Легкая индустрия, 1969. — 435 с.

33. Холопов, Ю.В. Ультразвуковая сварка пластмасс и металлов / Ю.В. Холопов. Л.: Машиностроение, 1988. - 221 с.

34. Колешко, В.М. Ультразвуковая микросварка / В.М. Колешко. Минск, изд. "Наука и техника". 1977. - 456 с.

35. Новицкий, Б.Г. Применение акустических колебаний в химико-технологических процессах / Б.Г. Новицкий. М.: Химия, 1983. - 192 с.

36. Кардашев, Г.А. Физические методы интенсификации процессов химической технологии / Г.А. Кардашев. — М.: Химия, 1990. — 208 с.

37. Шутилов, В.А. Основы физики ультразвука: Учеб. Пособие / В.А. Шутилов. JL: Изд-во Ленингр. ун-та, 1980. — 280 с.

38. Маргулис, М.А. Основы звукохимии (химические реакции в акустических полях): Учеб. пособие для хим. и хим.-технол. спец. Вузов / М.А. Маргулис. М.: Высш. шк., 1984. - 272 с.

39. Бергман, Л. Ультразвук и его применение в науке и технике / Л. Бергман. — М.: Иностр. лит, 1957. 726 с.

40. Бронин, Ф.А. Удаление заусенцев и диспергирование порошковых материалов при воздействии ультразвука / Ф.А. Бронин, А.П. Чернов. — М.: Машиностроение, 1978. — 55 с.

41. Заяс, Ю.Ф. Интенсификация технологических процессов при помощи ультразвука / Ю.Ф.З аяс. В сб. Пищевая промышленность. — М.: ЦИНТИпищепром, 1960, N3(16) с. 21 - 28.

42. Фридман, В.М. Физико-химическое действие ультразвука на гетерогенные процессы жидкостной обработки материалов // Применение ультразвука в химико-технологических процессах / В.М. Фридман. М.: 1960. - 280 с.

43. Агранат Б.А. и др Основы физики и техники ультразвука // Учеб. пособие для вузов / Б.А. Агранат, М.Н. Дубровин, H.H. Хавский и др. М.: Высш. шк., 1987.-352 с.

44. Алешин, Н.П., Лупачев В.Г. Ультразвуковая дефектоскопия / Н.П. Алешин, В.Г. Лупачев. -М.:Высш. Шк., 1987. 271 с.

45. Boucher R.M.G. Ultrasonics in Processing. Chem. Engng. - 1961. - V. 68, № 20, p 83-98.

46. Борисов, Ю.Я. Влияние акустических колебаний на сушку капиллярно-пористых материалов / Ю.Я. Борисов, Н.М. Гынкина. ИФЖ. -1967. - т. 13, вып 5, с. 735-769,

47. Hodgins J.W., Hoffman T.W., Pei D.C. The Effect of Sonic Energy on Mass Transfer in Solid Gas Contacting Operations Cañad. J. Chem. Engng. - 1957.-v. 35, №6, pi 8 22.

48. Seya К., Kawamura M. The Drying of Solid by Intense Sound Wave. J. Inst. Electr. Commun. Engrs Japan. - 1965. - v. 48, №11, p. 12 - 19 (см. перевод, ВИНИТИ, № 59599/6).

49. Борисов, Ю.Я. Опыты по сушке коллоидных материалов в стоячей звуковой волне / Ю.Я. Борисов, Н.М. Гынкина. Акуст, ж.— 1966, т. 12, вып. 1, с 107-123.

50. Fand R.M., Кауе J. The Influence of Sound on Free Convection from a Horizontal Cylinder. Trans. ASME. - 1961. - v. 83, №2, pl33-135.

51. Стадник, Б.Н. Влияние звука на интенсивность сушки капиллярно-пористых тел / Б.Н. Стадник, М.Ф. Казанский. В сб. «Исследование тепло и массообмена в технологических процессах и аппаратах». Минск. Изд-во «Наука и техника». — 1966, стр. 240.

52. Кубанский, П.Н. Течения у нагретого твердого тела в стоячей акустической волне / П.Н. Кубанский. ЖТФ. - 1952. - т 22, вып. 4, с.326-328.

53. Кубанский, П.Н. Влияние акустических течений на процесс конвективного теплообмена / П.Н. Кубанский. Акуст. ж. - 1959. - т. 5, вып. 1, с 51-58.

54. Holman J.P., Mott-Smith Т.Р. The Effect of Constant Pressure Sound Fields on Free-Convection Heat Transfer from a Horizontal Cylinder. J. Aerospace Sci. — 1959. v. 26, № 3, pl88 - 191.

55. Holman J.P. The Mechanism of Sound Field Effects on Heat Transfer. J. Heat Transfer. 1960. - v.82, №4, p. 393-399.

56. Бурдуков, А.П. Некоторые вопросы массообмена в ультразвуковом поле /

57. A.П. Бурдуков, В.Е. Накоряков // Кинетика горения ископаемых топлив: сб. статей / Химико-металлург. институт. — Новосибирск. — 1963. с.97 -109.

58. Бурдуков, А.П. О переносе массы в звуковом поле / А.П. Бурдуков,

59. B.Е. Накоряков // Журнал прикладной механики и технической физики. -1965.-№2. с. 62-66.

60. Бурдуков, А.П. Горение угольного цилиндра в поле акустическихколебаний / А.П. Бурдуков, В.И. Елчин, В.Е. Накоряков // Кинетика горения ископаемых топлив: сб. статей / Химико-металлург. институт. — Новосибирск. 1963. - с .77 - 86.

61. Бурдуков А.П. Теплообмен от цилиндра в звуковом поле при числах Грасгофа, стремящихся к нулю / А.П. Бурдуков, В.Е. Накоряков // Журнал прикладной механики и технической физики. 1965. - № 1. — С. 119-124.

62. Boucher R.M.G. Method of Drying Sugar Crystals With Acoustic Energy and a Gas. Пат. США, кл. 34-4, №3175299, 1961.

63. Симонян, С.Г. О механизме тепло и массообмена при акустической сушке / С.Г. Симонян, Н.Н.Долгополов. Труды ВНИИНСМ. - 1966. т.8, №16, с 55-57.

64. Ландау, Л.Д. Механика сплошных сред / Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. М.: Гостехиздат, 1954. — 795 с.

65. Greguss P. The Mechanism and Possible Applications of Drying by Ultrasonic irradiation. Ultrasonics. - 1963. - v.l, № 2, p83-85.

66. Boucher R.M.G., Ultrasonics Boosts Heatless Drying. Chem. Eng. - 1959. -v. 66, №23, p. 151-160.

67. Борисов Ю.Я. Опыты по акустической сушке / Ю.Я. Борисов, Н.М. Гынкина. Ультразвуковая техника. — 1967. - т. 5, № 3, с 38-42.

68. Mattiat О. Transducer for Producing Ultrasonic Waves. JASA. - 1953. - v. 25, № 2, p291-293.

69. Китайгородский, Ю.И. Ультраакустический трансформатор. Авт. свид, №; 113254 от 18.111 1957 г.; Бюллетень изобретений и товарных знаков / Ю.И. Китайгородский, М.Г. Коган. 1958. -№ 5, с 127-130.

70. Белоусов, Н.А. Особенности конструкций и технологии изготовления магнитострикционных преобразователей / Н.А. Белоусов, В.А. Тузлукова // Сборник докладов «Источники ультразвуковой энергии». М.: ЦИНТИЭПП. - 1960. - с 79-84.

71. Китайгородский, Ю.И. Промышленные ультразвуковые генераторы ипреобразователи / Ю.И. Китайгородский // Сб. СТ. «Применение ультразвука в технологии машиностроения» — 1960. — в. 2., с 3-9.

72. Сиротюк, М.Г. Фокусирующий концентратор ультразвука из твердого материала / М.Г. Сиротюк. Акуст. Ж. — 1962. -т.8, № 1, с124-131.

73. Гальперина, А.Н. Пакетные пьезокерамические преобразователи / А.Н. Гальперина // в сб. «Прогрессивные методы ультразвуковой очистки изделий в химическом и нефтяном машиностроении». — М. — 1967. — с. 2528.

74. Промтов, М.А. Пульсационные аппараты роторного типа: теория и практика / МА. Промтов. М.: Машиностроение. — 2001. - 260 с.

75. Левковский, Ю.Л. Влияние турбулентности потока на возникновение и развитие кавитации / Ю.Л. Левковский, A.B. Чалов. Ак. журнал. — 1978, т. 24, №. 2, с. 221 -227.

76. Флинн, Г. Физика акустической кавитации в жидкостях / Г. Флинн // Физическая акустика / Под ред. У. Мезона. — М.: Мир. 1967. — т. 1, Часть. Б.-С. 7-138.

77. Сиротюк, М.Г. Экспериментальные исследования ультразвуковой кавитации / М.Г. Сиротюк // Мощные ультразвуковые поля / Под ред. Л.Д. Розенберга. -М.: Наука. 1968. - ч. 5. - С. 168 - 220.

78. Федоткин, И.М. Использование кавитации в технологических процессах / И.М. Федоткин, А.Ф. Немчин. Киев: Вища шк. - 1984 . - 68 с.

79. Тепло- и массообмен в звуковом поле / В.Е. Накоряков, А.П. Бурданов, Н.М. Болдырев, П.Н. Терлеев. Новосибирск: Ин-т теплофизики СО АН СССР.- 1970.-254 с.

80. Гинстлинг, A.M. Ультразвук в процессах химической технологии / A.M. Гинстлинг, A.A. Барам. — JL: Госхимиздат. — 1960. 96 с.

81. Карпачева, С.М. Пульсационная аппаратура в химической технологии / С.М. Карпачева, Б.Е. Рябчиков. М.: Химия. - 1983. - 224 с.

82. Soloff R. Sonic Drying. JASA. - 1964. - v. 34, №5, p961-965.

83. Шутилов, В А. Основы физики ультразвука: Учеб. Пособие / В.А. Шутилов. — JL: Изд-во Ленингр. ун-та. 1980. - 280 с.

84. Маргулис, М.А. Звукохимические реакции и сонолюминесценция / М.А. Маргулис. М., Химия. - 1986. - 287 с.

85. Акуличев, В.А. Пульсации кавитационных полостей / В.А. Акуличев // Мощные ультразвуковые поля / Под ред. Л.Д. Розенберга. М.: Наука. -1968.-ч. 4.-с. 129-166.

86. Розенберг, Л.Д. Кавитационная область // Мощные ультразвуковые поля / Под ред. Л.Д. Розенберга. М.: Наука. - 1968. - ч. 6. - с. 221 - 266.

87. Римский-Корсаков, A.B. Физические основы образования звука в воздуходувных машинах / A.B. Римский-Корсаков, Д.В. Баженов, Л.А. Баженова. М.: Наука. - 1988. - 173 с.

88. Корнфельд, М. Упругость и прочность жидкостей / М. Корнфельд. — М.: Гос. Изд-во технико-теорет. лит. — 1951. — 107 с.

89. Урик, Р.Дж. Основы гидроакустики / Р.Дж. Урик Пер. с англ. Л.: Судостроение. - 1978. - 448 с.

90. Промтов М.А. Машины и аппараты с импульсными энергетическими воздействиями на обрабатываемые вещества: Учебное пособие / М.А. Промтов. — М.: «Издательство Машиностроение-1». 2004. — 136 с.

91. Биркгоф, Г. Струи, следы и каверны, пер. с англ / Г. Биркгоф, Э. Сарантонелло. М.: Мир. - 1964. - 468 с.

92. Терентьев, А.Г. Математические вопросы квитации: Учебное пособие / А.Г. Терентьев. Чебоксары: Издательство Чувашского гос. ун-та. - 1981. -132 с.

93. Исследования по развитой кавитации: Сб. науч. тр. — Новосибирск: Ин-т теплофизики СО АН СССР. 1976. - 144 с.

94. Малых, Н.В. Стабилизация и акустические спектры кавитационного кластера в ультразвуковом сферическом резонаторе // Журнал технической физики / Н.В. Малых, Г.Н. Санкин. 2010. - т. 80, №1 - с. 92 - 97.

95. Neppiras Е.А. Acoustic cavitation // Phys. Repts. 1980. - v. 61, №3. - p. 159 -251.

96. Пирсол, И. Кавитация / И. Пирсол. — М.: Мир. — 1975. — 95 с.

97. Рождественский, В.В. Кавитация / В.В.Рождественский. JL: Судостроение. — 1977. — 248 с.

98. Левковский, Ю.Л. Структура кавитационных течений / Ю.Л. Левковский. -Л.: Судостроение. — 1977. — 248 с.

99. Арзуманов, З.С. Кавитация в местных гидравлических сопротивлениях. — М.: Энергия. / З.С. Арзуманов — 1978. 303 с.

100. Ошеровский, С.Х. Кавитация в генераторах, "Энергетика и электрификация" / С.Х. Ошеровский. — 1970. — № 1, 256 с.

101. Буйвол, В.Н. Тонкие каверны в течениях с возмущениями. — Киев: Наукова думка / В.Н. Буйвол. 1980. - 296 с.

102. Кнэпп Р. Кавитация/Р. Кнэпп, Дж. Дейли, Ф. Хэммит. -М.: Мир. 1974668 с.

103. Акуличев, В.А. Кавитация в криогенных и кипящих жидкостях / В.А. Акуличев. М.: Наука. - 1978. - 220 с.

104. Левковский, Ю.Л. Структура кавитационных течений / Ю.Л. Левковский. Л.: Судостроение. 1978. - 224 с.

105. Иванов, А.Н. Гиродинамика развитых кавитационных течений / А.Н. Иванов. Л.: Судостроение. - 1980. - 240 с.

106. Юдаев, В.Ф. Гидромеханические процессы в роторных аппаратах с модуляцией проходного сечения потока обрабатываемой среды / В.Ф. Юдаев // Теор. основы хим. технол. 1994. - т. 28, № 6. - с. 581 - 590.

107. Логвиненко, Д.Д. Интенсификация технологических процессов в аппаратах с вихревым слоем / Д.Д. Логвиненко, О.П. Шеляков. — Киев: Техника. 1976. - 140 с.

108. Перник, А.Д. Проблемы кавитации / А.Д. Перник. — Л.: Судостроение. — 1966.-439 с.

109. Городецкий, И .Я. Вибрационные массообменные аппараты / И.Я. Городецкий, A.A. Васин, В.М. Олевский, П.А. Лупанов // Под ред.

110. B.М. Олевского. -М.: Химия. 1980. - 192 с.

111. Козырев, С.П. Гидроабразивный износ металлов при кавитации /

112. C.П. Козырев. М.: Машиностроение. — 1971. — 240 с.

113. Ш.Левшина, Е.С. Электрические измерения физических величин: (Измерительные преобразователи) учебное пособие для вузов / Е.С. Левшина, П.В. Новицкий. — Л.: Энергоатомиздат. Ленинградское отд-ние. 1983.-320 с.

114. Лямшев, Л. М. Лазеры в акустике / Л. М. Лямшев // Успехи физическихнаук. 1987. - т. 151, №3 - с. 480 - 527. ПЗ.Осадчий, Е.П. Проектирование датчиков для измерения механических величин / Е.П. Осадчий. - М.: Машиностроение. — 1979. — 480 с.

115. Боббер, Р.Дж. Гидроакустические измерения / Р.Дж. Боббер. М.: Мир. — 1974.-360 с.

116. Красильников, В.А. Введение в физическую акустику / В.А. Красильников, В.В. Крылов. М.: Наука. - 1984. - 403 с.

117. Павлов, К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии / К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А. А. Носков. Л.; Госхимиздат. 1961. — 820 с

118. Немчин, А.Ф. Новые технологические эффекты тепломассопереноса при использовании кавитации / А.Ф. Немчин // Пром. теплотехника. 1997. — т. 19, №6.-С. 39-47.

119. Rayleigh, Lord. On the pressure developed in a liquid during the collapse of a spherical cavity. Phil. Mag.- 1917 №34, 94 - 98.

120. Куничан, A.B. Исследование ультразвуковой кавитации в воде / A.B. Куничан, Г.В. Леонов, // Ползуновский вестник. 2010. - №3. -Барнаул: АлтГТУ 2010. - С.312-314.

121. Утверждаю» Генеральный директор1. Акто внедрении разработки «Технология сушки термочувствительных материалов»

122. Начальник производства волокнистых материалов1. Моисеенко В.Б.г^ f г, ггр1й и-р1. А- Ыиг-гА1 % НО I! ЯП К) МП I! 1Ь96034 «с.*'

123. ИЗЛУЧАТЕЛЬ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ШИРОКОПОЛОСНЫЙ

124. П.п<41п<н)б.|;1л;1Н'.'11.(,"ш): Государственное обрашвательнос учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. //.//. По:и\чинш" (Л.чнГТУ) (КЮни>>( 1,1 )■ см. на обороте1. Чаянка*.-2009146680

125. Ириоритег иолсшой модели 13 декабря 2009 г. <}п|Н'1Ш*фир<>№Шоп Гоеуларсгшчитм ¡кчччре нолг.шыч модачеи 1'<хсийскоГ( Фглсрлщш 20 июля 2010 г, С|юклейсгт)я илтеига нстскасч 15 декабри 2019 г.

126. Руководитель Федеральной см/мбы по интехчектца панн) собственности, патентам и тпт/тым .шока »г1. ПЛ. Саммит•Л К* УЛ £1 '«а Я м1. РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ19)ни11)96 034(13) 1Л51. МПК1. В06В 3/00 (2006.01)

127. ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ, ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ

128. ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТБНТУСтиггупышй лист)21., (22) Заявка: 2009146680/22, 15,12.2009

129. Дата начала отсчета срока действия патента: 15.12.2009

130. Куничан Александр Владимирович (ГШ), Леонов Геннадий Валентинович (1Ш)

131. Патентообладатель^): Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) (ВШ)73 Ссо <г> оЬ

132. ИЗЛУЧАТЕЛЬ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ШИРОКОПОЛОСНЫЙ57. Формула полезной модели

133. Излучатель по п.1, отличающийся тем, что камера снабжена системой циркуляции жидкости.1. Стр.: 11. Э ОС