Российский фонд
фундаментальных
исследований

Физический факультет
МГУ им. М.В.Ломоносова
 

06.23 Ультразвук в неразрушающем контроле, промышленных технологиях и изделиях

 

Хмелев В.Н., Шалунов А.В., Нестеров В.А., Тертишников П.П. «Стенд для исследования акустической (ультразвуковой) сушки веществ» Южно-Сибирский научный вестник, № 1, с. 55-62 (2020)

Показаны исследования процесса сушки веществ под воздействием высокоинтенсивных ультразвуковых колебаний. В ней описываются преимущества ультразвуковой сушки веществ и возможности ее практической реализации. В результате работы предложена и разработана ультразвуковая сушилка, пригодная для практической реализации ультразвуковой сушки веществ.

Южно-Сибирский научный вестник, № 1, с. 55-62 (2020) | Рубрики: 06.23 14.07

 

Хмелев В.Н., Шалунов А.В., Нестеров В.А., Неверов А.В. «Исследования процесса ультразвуковой сушки» Южно-Сибирский научный вестник, № 1, с. 69-75 (2020)

Описывается установка для ультразвуковой сушки, обладающая улучшенными техническими характеристиками, достигнутыми за счет применения созданных излучателей и сушильной камеры специальной формы. Приводятся результаты экспериментальных исследований, подтвердивших высокую эффективность созданной установки при сушке капиллярно пористых материалов. Показывается, что максимальная эффективность сушки достигается при осуществлении ультразвукового воздействия совместно с подачей нагретого (не более 400° С) сушильного агента.

Южно-Сибирский научный вестник, № 1, с. 69-75 (2020) | Рубрики: 06.23 14.07

 

Хмелев В.Н., Шалунов А.В., Голых Р.Н. «Выявление условий ультразвукового воздействия для повышения эффективности коагуляции субмикронных частиц» Южно-Сибирский научный вестник, № 1, с. 96-101 (2020)

Предложен и теоретически обоснован подход к повышению эффективности коагуляции субмикронных взвешенных частиц под действием ультразвуковых колебаний. Воздействовать на частицы предложено нелинейными импульсами длительностей импульса от 2 мкс и более, в диапазонах интенсивностей ультразвукового воздействия, усреднённых за период времени, до 0,06 Вт/см2 и ограниченных конструктивными особенностями источников излучения (средний уровень звукового давления в дальнем поле не превышает 150 дБ). На базе математического моделирования показано, что при импульсном воздействии возрастает площадь эффективного сечения столкновения частиц. Это обеспечивает возможность дополнительного, по сравнению с синусоидальным воздействием, повышения эффективности коагуляции не менее 5 раз.

Южно-Сибирский научный вестник, № 1, с. 96-101 (2020) | Рубрики: 06.23 14.07

 

Хмелев В.Н., Шалунов А.В., Голых Р.Н., Тертишников П.П. «Влияние акустических течений на эффективность ультразвуковой коагуляции» Южно-Сибирский научный вестник, № 1, с. 123-129 (2020)

Рассматриваются акустические течения, формирующиеся в тонком зазоре между плоским дисковым излучателем и отражателем. Показано, что градиент звукового давления, возникающий за счет наличия отражателя и аэрозоля приводит к возникновению акустических потоков вихревого типа. По результатам моделирования установлено, что формирование акустических вихрей обеспечивает повышение концентрации (более 4 раз) дисперсных частиц в непосредственной близости от поверхности отражателя, что способствует увеличению вероятности их столкновения. Установлено, что для газового промежутка 16 мм за 6 секунд суммарная масса аэрозольных частиц уменьшается более чем в 3 раза.

Южно-Сибирский научный вестник, № 1, с. 123-129 (2020) | Рубрика: 06.23

 

Акинфеева А.В., Егорова Е.Ю., Цыганок С.Н. «Влияние ультразвуковой обработки на характеристики модельных эмульсионных систем из высокобелкового растительного сырья» Южно-Сибирский научный вестник, № 2, с. 73-79 (2020)

Проводится оценка эффективности применения ультразвука при получении напитков эмульсионной структуры из высокобелкового растительного сырья, в качестве которого авторами рассматриваются жмыхи и мука из масличных семян. В качестве генератора ультразвуковых колебаний в работе применяли прибор серии «Волна» (модель УЗТА-0,4/22–ОМ). При получении растительного аналога молока высокобелковым сырьем служила мятка из ядра кедровых орехов, при получении растительного аналога молочных сливок – мука из жмыха кедровых орехов. Основой для эмульсий выступала деминерализованная вода питьевого качества. Рабочие параметры получения модельных эмульсий – растительных аналогов молока и сливок: температура 70° С, гидромодуль 1:7, продолжительность ультразвуковой обработки 30 с и 60 с, интенсивность ультразвукового воздействия 16 Вт/см2 . Оценку коллоидной стабильности полученных эмульсий проводили с использованием лабораторной центрифуги ОПн-3. Эффективность ультразвукового воздействия при получении растительных аналогов молока и питьевых сливок оценивали по результатам исследования модельных эмульсий на содержание сухих веществ (рефрактометрически) и белка (формольное титрование), с учетом степени диспергирования экстрагированного и дополнительно внесенного растительного масла (микроскоп Биолам). Согласно экспериментальным данным, в эмульсиях «растительных сливок» мицеллы диспергированы и распределены в объеме эффективнее (размеры мицелл от 32 мкм до 55 мкм), чем в эмульсиях «растительного молока» (размеры мицелл от 55 до 75 мкм, в зависимости от продолжительности обработки). Результаты исследований могут быть использованы для подбора технологических параметров при промышленном получении растительных аналогов молочных напитков.

Южно-Сибирский научный вестник, № 2, с. 73-79 (2020) | Рубрики: 06.23 13.01

 

Шелег В.К., Жигалов А.Н., Богдан Д.Д. «Исследование влияния аэродинамического звукового упрочнения на износ металлорежущих твердосплавных пластин с покрытиями» Наука и техника, 19, № 4, с. 271-279 (2020)

Для повышения стойкости металлорежущих твердосплавных пластин, работающих при процессах прерывистого резания в тяжелых технологических условиях с ударной нагрузкой, разработан метод аэродинамического звукового упрочнения, используя который с небольшой добавленной стоимостью возможно увеличить ресурс твердосплавного инструмента до 3,7 раза. Износ пластин, упрочненных аэродинамическим звуковым методом, после 100 мин резания меньше своих неупрочненных аналогов в 1,12–1,7 раза. Покрытие на металлорежущих твердосплавных пластинах не носит превалирующего значения при работе инструмента с ударными нагрузками. В последнем случае наибольшее влияние на повышение стойкости оказывает вязкость внутренней структуры пластины. Для металлорежущих твердосплавных пластин в процессе прерывистого резания со значительными ударными нагрузками метод аэродинамического звукового упрочнения более эффективен, чем метод нанесения покрытий, причем не только по стойкостным показателям работы инструмента, но и по себестоимости самой доработки. Получены эмпирические зависимости износа по задней поверхности твердосплавных пластин, упрочненных аэродинамическим звуковым методом, и пластин с покрытиями PVD в виде аппроксимации полиномами 5-й и 2-й степеней, которыми удобно пользоваться в производственных условиях. Выявлено, что чем больше у твердосплавных пластин предел прочности при изгибе, тем меньше влияние метода аэродинамического звукового упрочнения на повышение износостойкости. Так, с учетом того, что для основы ВК8 предел прочности при изгибе составляет 1666 МПа, а для Т5К10 – 1421 МПа, снижение износа после упрочнения аэродинамическим звуковым методом для пластин ВП3115 с основой ВК составляет 11,5%, в то время как для ВП3225 с основой ТК – 27,1%.

Наука и техника, 19, № 4, с. 271-279 (2020) | Рубрики: 06.23 14.05

 

Хмелев В.Н., Нестеров В.А., Шалунов А.В. «Повышение эффективности коагуляции дисперсных частиц при воздействии ультразвуковыми колебаниями на газодисперсные потоки в инерционных пылеуловителях» Инженерно-физический журнал, 93, № 6, с. 1385-1396 (2020)

Представлены результаты экспериментальных исследований процесса ультразвуковой коагуляции дисперсных частиц в закрученном потоке. Исследования проведены с помощью предложенного и разработанного экспериментального стенда, реализующего двухстадийную очистку от тонкодисперсных частиц. На первой стадии (агломерация) обеспечивается формирование закрученного потока и предварительная ультразвуковая коагуляция тонкодисперсных частиц. На второй стадии при помощи циклона достигается высокоэффективное улавливание предварительно сформированных на первой стадии агломератов частиц. В результате экспериментальных исследований установлена перспективность применения двухстадийной очистки от тонкодисперсных частиц и выявлены оптимальные условия ультразвукового воздействия на закрученный газодисперсный поток, обеспечивающие укрупнение частиц в наиболее опасном для человека диапазоне размеров частиц PM2.5 до 4.5 раз.

Инженерно-физический журнал, 93, № 6, с. 1385-1396 (2020) | Рубрика: 06.23

 

Хмелев В.Н., Шалунов А.В., Цыганок С.Н., Нестеров В.А. «Ультразвуковая коагуляция в скрубберах Вентури: особенности реализации и эффективность применения» Известия Томского политехнического университета, 331, № 5, с. 128-139 (2020)

Актуальность исследования обусловлена экологическими требованиями к дымовым газам предприятий ТЭЦ и ТЭС, работающих на угле. Обеспечение экологических требований осуществляется с помощью ультразвуковой коагуляции твердых золовых частиц с каплями жидкости, которая реализуется в устройствах мокрой очистки газов – в скрубберах Вентури. Цель: увеличение эффективности скрубберов Вентури для мокрой очистки газов за счет улучшения условия поглощения золовых частиц каплями жидкости в акустических полях, которые создаются при ультразвуковой коагуляции. Объекты: процессы ультразвуковой коагуляции золовых частиц с каплями орошаемой жидкости в скруббере Вентури. Методы. Теоретические методы основывались на численном решении уравнений, описывающих движение газодисперсного потока в скруббере Вентури и коагуляцию золовых частиц в акустическом поле. Экспериментальные результаты были получены при проведении промышленных испытаний на котлоагрегате БКЗ-220-100Ф ТЭЦ, работающем на угле Харанорского месторождения, по утвержденной стандартом методике РД153-34.1-27.301-2001. Результаты. Разработана физико-математическая модель, описывающая движение газодисперсного потока в скруббере и взаимодействие дисперсных частиц между собой в акустическом поле. Модель позволила рассчитать эффективность газоочистки в различных условиях и определить оптимальные режимы ультразвукового воздействия: уровень звукового давления не менее 145 дБ, частота 22 кГц, зона воздействия во всем объеме скруббере Вентури, направление акустического поля перпендикулярно потоку газа. Критериями оптимальности являлись максимальная эффективность коагуляции золовых частиц в скруббере Вентури и максимальная степень очистки дымовых газов. Проведены испытания созданного ультразвукового оборудования на котлоагрегате БКЗ-220-100Ф ТЭЦ в золоулавливающей установке: в акустическом поле уменьшается концентрация золовых частиц в отводящих газах до четырех и более раз (эффективность не менее 98%), процентное содержание золовых частиц (размеромменее5мкм) снижается до 15 раз.

Известия Томского политехнического университета, 331, № 5, с. 128-139 (2020) | Рубрика: 06.23