Підвищення ефективності апаратних засобів для реалізації ультразвукових кавітаційних технологій

Розв'язання отриманого рівняння графічним методом дозволяє отримати:

; .

Порівняльний аналіз розрахункових параметрів, отриманих згідно запропонованої методики, та параметрів виготовлених і впроваджених у промислові технологічні процеси кавітаційних апаратів з проточною камерою, стінки якої здійснюють радіально-згинальні коливання, підтверджує досягнення похибки близько 10%.

У п'ятому розділі наводяться приклади реально виконаних впроваджень високоефективних апаратних засобів, що реалізують ультразвукові кавітаційні технології та базуються на результатах проведених досліджень і створені із залученням запропонованих в роботі математичних моделей та розрахункових методик. Розглянуто впровадження ультразвукової кавітаційної обробки рідини за допомогою циліндричної проточної камери в технологічному процесі ферментного гідролізу деревини з метою отримання екологічно чистих палив для двигунів та високооктанових паливних добавок. Розглянуто впровадження подібного проточного апарата у нафтодобувній промисловості для обробки пластової води та в міських тепломережах для боротьби з котловим накипом та іншими кристалічними відкладеннями. Розглянуто приклади впровадження ультразвукових диспергаторів з розпиленням в тонкому шарі в багатоточковій системі ультразвукового розпилення рідини в парогенераторі потужністю 1 МВт, в ультразвуковій системі підготовки паливно-повітряної суміші для двигунів внутрішнього згоряння, у системі створення та підтримки штучного мікроклімату на промисловому підприємстві, в ультразвуковій зволожувальній системі в харчовій промисловості, в технологічному процесі нанесення покриття, в системі зволожування для теплиць в сільському господарстві. Показано впровадження ультразвукових апаратів для кавітаційної обробки рідкого палива та кавітаційного очищення деталей. Наведено приклади впровадження ультразвукових кавітаційних апаратів в офтальмології, пульмонології, терапії та косметології.

Загальні висновки

1. Вирішена важлива народно-господарська задача, пов'язана з розробкою науково-обгрунтованих методів створення високоефективного технологічного обладнання, що використовує можливості керування процесом ультразвукової кавітації у тонкому шарі та в обмеженому об'ємі для отримання високоякісного аерозолю і ефективного впливу на рідини, суміші та тверді поверхні.

2. Розвинені основи фізичного та математичного уявлення процесу накладання явища ультразвукової кавітації на хвильовий процес у тонкому шарі в'язкої рідині. З метою інтенсифікації процесу розпилення та підвищення якості аерозолю розроблена уточнена фізична модель процесу ультразвукового розпилення в тонкому шарі з підводом акустичної енергії з боку рідини, яка базується на комбінованому кавітаційно-хвильовому механізмі руйнування міжмолекулярних зв'язків і враховує як можливість окремого існування капілярно-хвильового механізму розпилення, так і можливість існування чисто кавітаційного розпилення в залежності від рівня підведеної акустичної енергії, а також можливість їх спільного існування внаслідок наближення кавітаційного прошарку до поверхні рідини на границях шару.

3. За рахунок складеної енергетичної моделі процесу ультразвукового розпилення в тонкому шарі, яка враховує основний спектр енергетичних втрат у процесі отримання дрібнодисперсного аерозолю, отримано відомості про енергетичний баланс процесу ультразвукового розпилення, що дає можливість розрахувати найбільш раціональні режими роботи ультразвукового диспергатора та забезпечити його максимальну ефективність.

4. З'ясовано вплив на дисперсність аерозолю частоти ультразвукових коливань для випадків розпилення у фонтані та в тонкому шарі рідин з різними реологічними характеристиками, а також розподіл дисперсності по перерізу факела розпилу при розпиленні в тонкому шарі, що дозволило сформулювати напрямки підвищення ефективності ультразвукових диспергаторів, які полягають в корегуванні геометрії поверхні розпилення та вилученні з процесу розпилення її центральної частини.

5. Вперше розроблені математичні моделі перспективних засобів дозованого постачання рідини на поверхню, що розпилює, які враховують як параметри ультразвукових коливань, так і реологічні властивості рідин, що дозволило отримати їх витратні характеристики та з'ясувати за допомогою чисельного моделювання межі доцільного використання з метою підвищення ефективності роботи ультразвукових диспергаторів та розширення можливостей застосування ультразвукових диспергаторів у різних галузях промисловості, медицини та сільського господарства.

6. Розроблена методика проектування ультразвукових диспергаторів для розпилення в тонкому шарі, яка враховує конкретну акустичну схему диспергатора, конструктивні та резонансні особливості поверхні розпилення, що дозволяє в режимі автоматизованого проектування отримати раціональні розміри основних конструктивних елементів диспергатора та забезпечити високу ефективність його роботи.

7. Розроблено рекомендації стосовно побудови багатоточкових систем ультразвукового розпилення рідини за умови розкиду параметрів окремих диспергаторів, які завдяки застосуванню різних варіантів схемних рішень підключення окремих диспергаторів дозволяють забезпечити створення високоефективних систем розпилення великої продуктивності з підвищеними показниками енергоспоживання та надійності.

8. Розроблено математичні моделі ультразвукових кавітаційних камер обмеженого об'єму з плоскими та циліндричними поверхнями, які враховують геометричні параметри, резонансні характеристики та поглинальні властивості поверхонь камери і дозволяють завдяки візуалізації кавітаційного поля раціонально розмістити в кавітаційній камері конструктивні елементи або деталі для очищення, що забезпечує підвищення ефективності кавітаційних апаратів, які реалізують ультразвукові технології кавітаційної очистки.

9. Вперше розроблена методика проектування ультразвукових циліндричних проточних кавітаційних камер, яка враховує радіально-згинальні резонансні коливання як у площині поперечного перерізу, так і по довжині камери, що дозволяє розрахувати місця встановлення ультразвукових випромінювачів на поверхні кавітаційної камери за умови забезпечення мінімальності їх взаємного впливу для забезпечення високої ефективності резонансних циліндричних кавітаторів та можливості керування рівнем кавітації в широкому діапазоні.

10. Завдяки комплексному врахуванню результатів виконаних наукових досліджень та запропонованих методик проектування на практиці розроблено та впроваджено апаратні засоби підвищеної ефективності, які реалізують ультразвукові кавітаційні технології дрібнодисперсного розпилення, фільтрації, очищення, змішування та обробки рідин.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Луговской А.Ф., Мартынюк А.Я. Аналитическое исследование динамики кавитационного пузырька в ультразвуковом поле в условиях ограниченности пространства // Вісник Сумського державного університету. Технічні науки. - 2003. - №13 (59). - С. 48-53. (Автором сформульована проблема, поставлена задача та вказані напрямки її розв'язання, здійснено наукове консультування аспіранта).

2. Луговський О.Ф., Чорний В.І. Застосування ультразвукових коливань у пристроях фільтрування рідини // Вестник Национального технического университета Украины «КПИ». Машиностроение. - 1999. - Вип. 35. - С. 111-119. (Автором запропонована класифікація ультразвукових фільтрів, виявлені та проаналізовані принципи їх функціонування).

3. Луговський О.Ф. Отримання дрібнодисперсного аерозолю шляхом ультразвукового диспергування // Вестник Национального технического университета Украины «КПИ». Машиностроение. - 1999. - Вип. 34. - С. 193-202.

4. Луговской А.Ф. Применение пьезоэлектрических преобразователей как путь совершенствования систем подготовки и подачи топлива в ДВС // Вестник Национального технического универсистета Украины «КПИ». Машиностроение. - 1997. - Вып. 32. - С. 34-38.

5. Луговской А.Ф., Чорный В.И., Чухраев Н.В., Мовчанюк А.В. Возможности получения мелкодисперсного аэрозоля в медицинских ингаляторах // Вестник Национального технического универсистета Украины «КПИ». Машиностроение. - 2000. - Вып. 38. - С. 163-168. (Автором сформульована проблема, зроблений аналіз можливостей використання аерозолю різної дисперсності, проаналізовані різні способи ультразвукового розпилювання та зроблені висновки).

6. Луговской А.Ф. Подготовка топливной смеси в ДВС с помощью ультразвука // Вестник Национального технического университета Украины «КПИ». Машиностроение. - 1997. - Вып. 32. - С. 209-213.

7. Луговской А.Ф. Ультразвуковое распыление в системах подготовки топливно-воздушной смеси // Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація. Збірник наукових праць Кіровоградського державного технічного університету. - 2000. - Вип. 7. - С. 30-33.

8. Луговський О.Ф., Мартинюк Д.Я. Експериментальне дослідження дисперсних характеристик аерозолів дифракційним методом // Вестник Национального технического университета Украины «КПИ». Машиностроение. - 2002. - Вип. 42. - Том 1. - С. 118-121. (Автором виконаний підбор матеріалу, зроблений аналіз існуючих методів дослідження, обгрунтовані переваги оптичного дифракційного методу, сплановані експерименти, здійснено наукове керівництво магістром при проведенні експериментів, зроблені висновки).

9. Луговской А.Ф. Физическая модель процесса ультразвукового распыления в тонком слое // Вестник Национального технического университета Украины «КПИ». Машиностроение. - 1999. - Вип. 36. - Том 2. - С. 299-308.

10. Луговський О.Ф. Аналітична модель процесу ультразвукового розпилення в тонкому шарі // Наукові вісті НТУУ «КПІ». - 2002. - №3 (23). - С. 53-58.

11. Луговський О.Ф. Аналітичне дослідження процесу ультразвукового розпилення в тонкому шарі за допомогою енергетичної моделі // Технологические системы. Серия «Научные разработки и результаты исследований». - 2002. - Вип.1, №2 (13)/2002. - С. 126-130.

12. Луговской А.Ф. Расчет ультразвуковых диспергаторов с составными пьезоэлектрическими преобразователями // Вестник Национального технического университета Украины «КПИ». Машиностроение. - 1998. - Вып.33. - С. 291-296.

13. Луговський О.Ф., Чорний В.І. Методика розрахунку ультразвукового диспергатора з радіально-згинними коливаннями до систем підготовки паливно-повітряної суміші // Вестник Национального технического университета Украины «КПИ». Машиностроение. - 1999. - Вип. 34. - С. 79-87. (Автором створена методика розрахунку ультpазвукового диспеpгатоpа з pадіально-згинальними коливаннями).

14. Луговской А.Ф. Системы подачи жидкости и регулирования производительности в ультразвуковых диспергаторах // Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». Технології в машинобудуванні. Збірка наукових праць. - 2001. - Вип. 129. - Ч. 2. - С. 137-141.

15. Луговський О.Ф. Перенос рідини в щілині з хвилею деформації, що біжить // Вестник Национального технического университета Украины «КПИ». Машиностроение. - 2001. - Вип. 41. - С. 14-19.

16. Луговський О.Ф., Пижиков Ю.О., Сідий О.М. Аналітичне дослідження процесу транспортування рідини в щілині з хвилею деформації, що біжить // Вісник Черкаського державного технологічного університету. - 2004. - №2. - С. 47-52. (Автором написана математична модель процесу, розроблена програма аналітичного дослідження, розроблена конструкція експериментальної установки, здійснено наукове керівництво магістром при виконанні комп'ютерного моделювання, зроблені висновки).

17. Луговський О.Ф. Аналітичне дослідження кулькового рідинного дозатора з ультразвуковим збудженням // Промислова гідравліка і пневматика. - 2003. - №1. - С. 29-33.

18. Луговський О.Ф., Мовчанюк А.В., Чорний В.І. Проблеми побудови багатоточкових систем ультразвукового розпилення рідини // Вибрации в технике и технологиях. - 2003. - №3 (29). - С. 3-8. (Автором сформульована проблема та вказані напрямки її вирішення, запропонований підхід до аналізу варіантів підключення диспергаторів, запропонована методика проектування систем розпилювання великої продуктивності, розроблені рекомендації та висновки).

19. Луговський О.Ф., Мовчанюк А.В., Чорний В.І. Особливості проектування ультразвукових кавітаційних камер обмеженого об'єму, що утворені плоскими поверхнями // Вестник Национального технического университета Украины «КПИ». Машиностроение. - 2003. - Вип. 44. - С. 228-233. (Автором складена математична модель кавітаційної камери обмеженого об'єму, спроектована експериментальна установка, прийнято участь в проведенні експериментів та аналітичного дослідження, зроблені висновки).

20. Луговський О.Ф. Методика розрахунку ультразвукового кавітаційного апарата з проточною камерою // Наукові вісті НТУУ «КПІ». - 2003. - №1 (27). - С. 50-56.

21. Луговський О.Ф., Мовчанюк А.В., Чорний В.І. Дослідження кавітаційного поля в циліндричній камері з ультразвуковими випромінювачами на утворюючій поверхні // Промислова гідравліка і пневматика. - 2004. - №1 (3). - С. 35-38. (Автором запропонована математична модель циліндричної кавітаційної камери, складена програма аналітичного дослідження, спроектована експериментальна установка, прийнято участь в проведені експериментів та аналітичного дослідження, зроблені висновки).

22. Луговський О.Ф., Яхно О.М. Ультразвукове розпилення рідини та можливості його застосування в технологічних процесах // Гірничі, будівельні, дорожні та меліоративні машини. Всеукраїнський збірник наукових праць. - 2004. - Вип. 64. - С. 49-55. (Автором проведені експериментальні дослідження та розроблена уточнена фізична модель процесу ультразвукового розпилення в тонкому шарі).

23. Луговський О.Ф., Яхно О.М., Мовчанюк А.В., Чорний В.І. Підвищення ефективності циліндричних ультразвукових кавітаційних камер // Промислова гідравліка і пневматика. - 2005. - №1 (7). - С. 17-20. (Автором поставлена проблема та запропонована методика розрахунку багатосекційних ультразвукових циліндричних кавітаційних камер, зроблені висновки).

24. Луговской А.Ф., Колосов А.Е. Методика расчета ультразвукового кавитационного устройства с излучающей пластиной // Экотехнологии и ресурсосбережение. - 2005. - №1. - С. 59-67. (Автором запропонована методика розрахунку ультразвукової вібраційної системи кавітаційного пристрою).

25. Патент №UA 42827; 15.11.01. Бюл. №10; Чорний В.І., Луговський О.Ф., Прилипко Ю.С. Пристрій ультразвукової обробки палива в двигунах внутрішнього згоряння. (Участь у створенні винаходу всіх співавторів однакова).

26. Патент №UA 48863; 15.08.02. Бюл. №8; Терентьєв О.М., Гаркот О.В., Синяков Ю.Б., Луговський О.Ф. Спосіб підготовки та очистки рідини. (Участь у створенні винаходу всіх співавторів однакова).

27. Патент №UA 51294; 15.11.02. Бюл. №11; Захаренко А.О., Іваненко О.О., Луговський О.Ф., Павлюк В.М., Пількевич С.М., Соколо-Поповський А.М. Пристрій для хімічного захисту рослин. (Участь у створенні винаходу всіх співавторів однакова).

28. Патент №UA 52894; 15.01.03. Бюл. №1; Луговський О.Ф., Мовчанюк А.В., Чорний В.І., Чухраєв М.В. Ультразвуковий розпилювач рідини. (Участь у створенні винаходу всіх співавторів однакова).

29. Патент №UA 53409; 15.01.03. Бюл. №1; Чорний В.І., Луговський О.Ф., Мовчанок А.В., Фесіч В.П. Спосіб ультразвукової очистки виробів. (Участь у створенні винаходу всіх співавторів однакова).

30. Патент №UA 55279; 17.03.03, Бюл. №3; Луговський О.Ф., Чорний В.І., Мовчанюк А.В. Пристрій для ультразвукової обробки рідини в протоці. (Участь у створенні винаходу всіх співавторів однакова).

31. Патент №UA 55323; 17.03.03. Бюл. №3; Чорний В.І., Луговський О.Ф., Мовчанюк А.В. Спосіб обробки і очистки рідини та пристрій для його використання. (Участь у створенні винаходу всіх співавторів однакова).

32. Патент №UA 62448; 15.12.03. Бюл. №12; Луговський О.Ф., Чорний В.І., Мовчанюк А.В., Плісс А.А. Пристрій для ультразвукового розпилення рідин. (Участь у створенні винаходу всіх співавторів однакова).

33. Луговський О.Ф., Чорний В.І., Єременко О.І., Прилипко Ю.С.

Ультразвукові диспергатори рідкого палива // Современные технологии ресурсо-энергосбережения. Труды 1-ой международной конф. - Партенид. - 1997. - Вып. 2. - С. 92-95. (Автором виконаний підбор матеріалу, зроблений аналіз та висновки).

34. Луговской А.Ф. Системы подготовки топливно-воздушной смеси с ультpазвуковыми диспеpгатоpами // Пpаці Міжнаpодної науково-технічної конфеpенції «Пpогpесивна техніка і технологія машинобудування, пpиладобудування і зваpювального виpобництва». - 1998. - Том III. - С. 293-299.

35. Луговський О.Ф., Чорний В.І., Єременко О.І., Мачуський Є.А., Мовчанюк А.В. Ультразвукова обробка палива як шлях підвищення економічності і довговічності двигуна внутрішнього згоряння. // Современные технологии ресурсоэнергосбережения. Труды 1-ой международной конф. - Партенид. - 1997. - Вып. 2. - С. 88-91. (Автором показані існуючи варіанти систем підготовки паливної суміші до ДВЗ, проаналізовані способи підвищення якості двигунів за рахунок застосування ультразвукового розпилювання, зроблені висновки).

36. Луговський О.Ф., Чорний В.І., Єременко О.І. Підвищення ефективності двигуна внутрішнього згоряння за рахунок ультразвукової дообробки палива // Сучасні технології в аерокосмічному комплексі. Матеріали III Міжнародної науково-практичної конференції. - 1997. - С. 169-171. (Автором проведений аналіз способів підготовки паливно-повітряної суміші для двигунів, наведені переваги та можливості застосування ультразвукового розпилювання, зроблені висновки).

37. Луговской А.Ф., Чоpный В.И., Еpеменко А.И. Подготовка топливной смеси в каpбюpатоpных системах питания ДВС с помощью ультpазвукового диспеpгатоpа с pадиально-изгибными колебаниями // Пpогpесивна техніка і технологія машинобудування, пpиладобудування і зваpювального виробництва. Пpаці Міжнаpодної науково-технічної конференції. - 1998. - Том III. - С. 341-346. (Автором поставлена та проаналізована проблема карбюраторних систем живлення, створена методика розрахунку ультpазвукового диспеpгатоpа з pадіально-згинальними коливаннями).

38. Гаркот О.В., Гаркот В.С., Терентьєв О.М., Синяков Ю.Б., Луговський О.Ф. Результати випробувань магнітно-ультразвукової системи підготовки води для нагнітання в продуктивні горизонти // «Газ & Нефть» Енергетический бюллетень. - 2001. - №4 (64). - С. 38-39. (Автором із залученням своїх методик спроектовано ультразвукову кавітаційну установку, прийнято участь в проведенні впровадження на нафтовій свердловині та в проведенні експериментальних досліджень).

Размещено на Allbest.ru