LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Легка промисловість → Обгрунтування технології та розробка пристроїв знезаражування вовни з використанням електромагнітних і пружних коливань

вовни, шкідливо діють на навколишнє середовище й організм людини.

В останні роки в сільському господарстві, харчовій, переробній і легкій промисловості, медицині і ветеринарії почали впроваджуватися технології з використанням електромагнітного поля НВЧ діапазону й ультразвуку для обробки сировини й продукції. При цьому спостерігається знезаражуючий ефект.

Перевага технології знезаражування вовни НВЧ енергією й акустичними коливаннями перед іншими методами полягає в наступному:

- процес знезаражування скорочується в десятки разів;

- нижче собівартість процесу;

- економія енергії, робочої праці й часу;

- велика пропускна здатність;

- висока ефективність;

- малогабаритність устаткування;

- збереження якості вовни;

  • відсутність окисних процесів, що знижують якість вовняного жиру;

  • екологічна чистота процесу (відсутність продуктів згоряння і неприємних запахів).

Аналіз відомих НВЧ пристроїв показав, що ці пристрої не можуть бути використані для знезаражування вовни, тому що призначені для іншого виду сировини. Тому для знезаражування вовни необхідно розробити нову мікрохвильову систему. Труднощі з розробкою мікрохвильової системи пов'язані з розв'язанням задачі, що повинна враховувати енергетичну взаємодію НВЧ поля з вовною й мікроорганізмами на ній з урахуванням їх електро- і теплофізичних характеристик.

З позицій класичної математики мова йде про розв'язання системи диференціальних рівнянь із перемінними коефіцієнтами, які загального рішення не мають.

Аналіз літературних джерел і досліди з вовною показали, що низькочастотний ультразвук також має бактерицидну дію. При впливі ультразвукових коливань амплітудою 0,55-0,60 мкм із частотою 26,12-26,25 кГц і при експозиції 5 хвилин спостерігалися розриви клітинної мікроструктури з частковими ушкодженнями цитоплазми у стафілокока, у грамнегативних бактерій клітинна структура цілком руйнувалася.

Ефективність ультразвукових коливань залежить від густини бактеріальних суспензій; при менш концентрованих суспензіях процес руйнування бактерій прискорюється, а початкове число бактеріальних кліток суспензії не впливає на кінцевий результат. Бактерицидний ефект ультразвуку виникає з появою кавітації (інтенсивність більш 0,5 Вт/см2). Збільшення інтенсивності більш ефективно, чим збільшення часу впливу.

Застосування ультразвукових коливань для знезаражування волокон вовни не вимагає високих температур і не приводить до ушкодження волокон, що характерно для дезинфекції поточною парою і пароформаліном.

З аналізу існуючого матеріалу, пов'язаного з впливом НВЧ енергії і акустичних коливань на шкідливу мікрофлору й комах сільськогосподарської продукції, випливає, що для розробки технології знезаражування вовни на основі зазначених фізичних факторів необхідне проведення як теоретичних, так і експериментальних робіт, що вимагають високого наукового й технічного потенціалу.

У розділі 2 проведене теоретичне обґрунтування НВЧ пристрою для знезаражування вовни. Вирішення задачі по застосуванню електромагнітного випромінювання для знезаражування вовни стримується тим, що не розроблені на теоретичному рівні НВЧ пристрої, здатні виконувати задачу знезаражування вовни в автоматичному режимі при її первинній обробці. У якості такого пристрою розглядається нерегулярний резонатор об'єму, що дозволяє здійснювати знезаражування заданої кількості вовни в автоматичному режимі за час, заданий технологічним процесом, із її автоматичним завантаженням і вивантаженням. Форма пристрою для знезаражування вовни НВЧ енергією представлені на рис .1.


Даний пристрій розглядається як резонатор, що складається з трьох областей: I – верхня частина, що має форму кругового циліндру, що служить для завантаження вовни; II – середня частина, що має форму кругового циліндра і є власне об'ємом резонатора; III– нижня частина, що має форму усіченого конуса, що закінчується нижньою засувкою, і є закінченням об'єму резонатора.

Область I має діаметр і висоту ; область II – діаметр і висоту ; область III – має верхній діаметр , нижній діаметр і висоту . Величини , і визначаються в процесі розрахунку конкретної камери. Кут між утворюючою конічної частини камери і горизонтальною лінією дорівнює 600.

Даний об'єм має регулярну верхню й середню частину циліндричної форми, але з різними діаметрами і нижню частину, що звужується зверху униз, зазначена форма дозволяє звести задачу визначення електромагнітних полів у кожній ділянці резонатора до задачі наступного типу.

Для визначення полів у такій резонаторній системі розглядаються внутрішні електромагнітні поля у вигляді деяких рядів за власними електричними й магнітними векторними функціями:

(1)

де: і – власні електричні і магнітні векторні функції резонатора;

і – амплітудні коефіцієнти розкладання;

і – деякі вагові функції.

Власні векторні функції резонатора, що описують подовжні й поперечні компоненти поля, подаються за допомогою скалярних власних функцій, що задовольняють самосполученому оператору, заданому на поперечному перерізі направляючої системи, і відповідним граничним умовам на контурі цього перетину. Амплітудні коефіцієнти розкладання визначаються із системи хвильоводних рівнянь.

Оскільки направляюча система описується за допомогою ортогональних систем координат, то власні скалярні функції знаходяться з рівняння

, (2)

де – електрична чи магнітна власна скалярна функція відповідно;

– заданий на поперечних координатах лапласіан;

– власні значення даного оператора.

Система хвильоводних рівнянь при цьому приводиться до діагонального виду і розпадається на кінцеві системи для подовжніх електричних і магнітних хвиль, що дають наступні лінійні диференціальні рівняння для амплітудних коефіцієнтів:

(3)

де ;

– хвильове число у вільному просторі;

– довжина хвилі розглянутого електромагнітного поля у вільному просторі.

Зазначена вище вимога строго виконується в областях I і II, тому що поверхня цих областей описується циліндричними координатами. Що стосується області III, то у випадку порівняно мінливої зміни поперечного переріза циліндричного хвильоводу рівняння для власних скалярних функцій і амплітудних коефіцієнтів можуть бути представлені у вигляді (2), (3), але в рівняннях для амплітудних коефіцієнтів подовжнє хвильове число буде не константою, а функцією подовжньої координати. Рівняння (2), (3) мають праву частину рівну нулю, так як вважається, що розглянутий резонатор не має збудливих елементів.

Розглянемо розв'язання рівнянь (2) і (3). Що стосується рівняння (2), то воно