Актуальные вопросы развития агропромышленного производства



Скачать 13.02 Mb.
страница5/24
Дата09.08.2019
Размер13.02 Mb.
#127049
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   24

Список литературы

1. Анисимов И.Г. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение: справ./ И.Г. Анисимов, К.М. Бадыштова, С.А. Бнатов. 2-е изд., прераб и доп./ И.Г. Анисимов, К.М. Бадыштова, С.А. Бнатов. – М.: Техинформ, 1999. – 596 с.



2. Анурьев С. Г. Защита сельскохозяйственной техники от коррозии / С.Г. Анурьев, И.А. Киселев // Молодой ученый. 2017. №11.3. С. 57-59. Режим доступа: https://moluch.ru/archive/145/41014, свободный. – Загл. с экрана. – Яз. рус.

3. Прохоренков В.Д. Разработка методов противокоррозионной защиты технологических процессов хранения сельскохозяйственной техники: дис…д-ра техн. наук / В.Д. Прохоренков. – Тамбов, 2002. – 400 с.

4. Оценка консервационных материалов для защиты от коррозии рабочих органов сельскохозяйственной техники /Е.Б. Миронов [и др.]// Вестник НГИЭИ, 2015. №8 (51). - С.45-57.
Механизация и электрификация технических систем в животноводстве

=============================================================

УДК 621.43(073)

С.И. Иванов, О.А. Герасимова

ФГБОУ ВО «Великолукская государственная

сельскохозяйственная академия»,

Великие Луки



S. I. Ivanov, O. A. Gerasimova

FGBOU VO «State Agricultural Academy of Velikie Luki»,

Velikie Luki

E-mail: ivanov7891@mail.ru


Перспективы применения альтернативной энергетики в условиях пастбищ

Prospects for the use of alternative energy in pastures
Аннотация: В статье рассмотрены основные направления использования альтернативных источников энергии для механизации технологических процессов производства молока в условиях пастбищ с целью энергосбережения. Проведен анализ возобновляемых источников энергии позволяющих снизить затраты на электроснабжение пастбищ.

Abstract: The article deals with the main directions of the use of alternative energy sources for mechanization of technological processes of milk production in pasture conditions for the purpose of energy saving. The analysis of renewable energy sources allowing to reduce costs of power supply of pastures is carried out.
Ключевые слова: пастбища, энергетика, энергия, коллектор, турбина.

Key words: pastures, energy, energy, collector, turbine.
Использование в условиях пастбищ малых и микро ГЭС.

Сооружение на небольших водотоках малых (МГЭС) и микро ГЭС одно из наиболее экономичных направления развития возобновляемых энергетик в условиях пастбищ. Потенциал МГЭ (малая гидроэнергетика) складывается из неиспользованных возможностей малых рек, законсервированных или неиспользованных в энергетики плотин водохозяйственного назначения.

Малые ГЭС не вступают в противоречия с природной средой, а дополняют и улучшают её. При сооружении и эксплуатации МГЭС максимально сохраняется окружающая природа, повышается рыбохозяйственная значимость водоёмов, отсутствуют вредные воздействия строительства на свойства и качества воды. В частности, малые ГЭС на равнинной местности, работающие на низких напорах, не требует затопления пойменных и долинных земель. Каскады низконапорных плотин и цепочка небольших водохранилищ устроены в оврагах и балках, способствуют стабилизации гидрологического региона малых, повышение их водности, накоплению и рациональному в течении года, паводкового стока. Малые ГЭС, повышая базис эрозии, могут стать мощным мелиорирующим фактором, эффективным средством противоэрозийной защитой земель в районах с пересеченным рельефом и густой овражно-балочной сетью.

Можно добавить, что возможные источники гидроэнергии, используемые для микро и МГЭС - малые реки, ручьи, озерные водосбросы и т.д.

На основании анализа современных требований к энергетическому оборудованию малых ГЭС при его создании разработаны и выпускаются гидроагрегаты различных типоразмеров и мощностью (таблица 1).

Таблица 1 – Предприятия, производящие на заказ микро ГЭС



Предприятие-изготовитель

Номинальная мощность, кВт (при напоре, м)

Стадия разработки

Ленинградский металлических завод, (ЛМЗ), г. Санкт-Петербург

4(10) 220В

со склада

ТОО «ТЭТА»

г. Санкт-Петербург



2…30(2…8) 380В

на заказ

В России и за рубежом осуществлены разработки свободопоточных безнапорных микро ГЭС мощность 0,3 кВт при скорости водотока 1 м/с, а так же наплавная микро ГЭС мощностью 15 кВт в ТОО «НИСТЕН» (г. Новосибирск).

Особенности турбин для малых ГЭС.

Малые турбины, как правило, устанавливаются с положительной и лишь в редких случаях с небольшой отрицательной высотой отсасывания. Поэтому для малых ГЭС рекомендуется применять более тихоходные модельные турбины, чем предусматриваемые номинклитурой крупных турбин на аналогичные условия по напору. При этом учитывается и возможность применения в некоторых случаях механической передачи между малой турбиной и генератором, что позволяет увеличить частоту его вращения и уменьшит его (генератора) массу и габариты.

Отмеченные особенности призваны обеспечить максимальную степень стандартизации и унификации малых турбин и снизить затраты на строительство малых ГЭС. При выборе турбин пользуются в основном напорами от 1,5 м, что охватывает практически все малые ГЭС в нашей стране. Нижние границы этих зон не являются фиксированными и определяются допустимыми отношениями Н min /Н шах применяемых типов турбин.

Использование энергии солнца.

Территория Псковской области расположена в умеренном климатическом поясе, между 55 и 59 градусом северной широты (крайние точки: северная 59 01с.ш.; южная 5537 с.ш.; западная 27 21 в.д.; восточная 31 30 в.д.). Климат характеризуется как умеренно-континетальный, влажный, смягченный относительной близостью Атлантического океана. Средняя температура января от -7 до -8 С, июля от +17 до 17,5 С. Количество осадков 550650 мм в год, в основном летний и осенний период.

Лучистая энергия солнца (солнечная радиация) является основным источником энергии, за счет которой совершаются разнообразные процессы, как в атмосфере, так и на поверхности земли. Проходя через атмосферу, солнечная радиация частично поглощается различными газами и частично рассеивается атмосферой, различными примесями и облаками. К поверхности земли она поступает в виде прямой радиации и рассеянной, составляющих в совокупности суммарную радиацию. Количество поступающей к поверхности земли радиации определяется, прежде всего, астрономическими факторами: продолжительностью дня и высотой солнца над горизонтом.

Продолжительность дня, а, следовательно, и возможная продолжительность солнечного сияния значительно изменяется в течение года (рисунок 1).



Рисунок 1 - Среднемесячные фактические продолжительности

солнечного сияния

Самый длинный день в Пскове (18 ч 20 мин) приходится на 22 июня (день летнего солнцестояния), а самый короткий (6 ч 08 мин) – на 22 декабря (день зимнего солнцестояния). В эти дни высота солнца в полдень равняется 55 и 8,2° соответственно, а в другие месяцы о ней можно судить по данным представленным в таблице. Возможная продолжительность солнечного сияния в Пскове за год составляет 4506ч, а фактическая – только 1738 ч. и значения ее из года в год под влиянием облачности сильно колеблются. Нередки и такие дни, обычно их 115 в году, когда в течение всего дня солнечное сияние полностью отсутствует из-за наличия сплошной облачности.

Среднемесячные значения поступающей солнечной радиации на поверхность земли показаны на рисунке 2.

Рисунок 2 - Среднемесячные значения поступающей

солнечной радиации

Солнечный коллектор эффективен для круглогодичного применения на всей территории России. Количество солнечных дней в период и в зоне пастбищного содержания составляет около 2000 часов, что значительно превышает период содержания КРС (150…155 дней).

КПД солнечного коллектора составляет не менее 95%. Имеет тепловую изоляцию теплообменника 75 мм. Обладает высокой эффективностью и производительностью в условиях низкой солнечной инсоляции. Имеет рама из алюминия или нержавеющей стали для установки на любой тип кровли: от вертикальных поверхностей к горизонтальным.

Основные параметры солнечных коллекторов «Прогресс –XXI» тип СКВ-НР(таблица) позволяет без использования концентратора нагревать в летний день 60…70л воды (в расчете на 1,5.м² площади тепловоспринимающей поверхности) до температуры 65…70ºС (рисунок 3).



Рисунок 3 - Изображение солнечного коллектора

«Прогресс –XXI» тип СКВ-НР

Солнечные электростанции (СЭ).

СЭ – инженерное сооружение, служащее для преобразования солнечной радиации в электрическую энергию. Главный момент – солнечные батареи; состоят из тонких пленок крепления (или других полупроводниковых материалов) и могут преобразовывать солнечную энергию в постоянный электрический ток (рисунок 4).

Фотоэлектрические преобразователи отличаются надежностью стабильностью, а срок службы практически не ограничен. Они могут преобразовывать как прямой, так и рассеянный солнечный свет.

Небольшая масса, простота обслуживания, модульный тип конструкции позволяет создавать установки любой мощности.

Недостатки: высокая стоимость, низкий КПД, угол падения лучей постоянно меняется. Вакуумные тепловые трубы солнечного коллектора преобразовывают солнечную энергию в тепловую, которая передается с высокой степенью поглощения с незначительными потерями в тепловой трубе благодаря алюминиевым ребрам. Тепловая труба вакуумного коллектора имеет характеристики, которые позволяют воспринимать низкотемпературное тепло.



c:\users\оля\desktop\термизация\статья термизация\гелиоуст.3.jpg

1 – солнечный коллектор, 2 – бак-аккумулятор (теплообменник), 3 - вентиль

Рисунок 4 - Схема солнечной установки с коллектором повышенной эффективности

Список литературы

1. Безруких П.П. Концепция развития и использования возможностей малой и нетрадиционной энергетики в энергетическом балансе России // Мировая электроэнергетика. 1996, №3.

2. Доброхотов В.И., Шпильрайн Э.Э. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии. Проблемы и перспективы // Теплоэнергетика. 1996, № 5.

3. Ресурсы и эффективность использования возобновляемых источников энергии./ Под ред. П.П. Безруких. СПб.: Наука. 2002. - 314 с.

УДК 621.311


Г.Н. Самарин, С.В. Соловьев, А.М. Кириллов

ФГБОУ ВО «Великолукская сельскохозяйственная академия»,

Великие Луки

G. N. Samarin, S. V. Soloviev, A. M. Kirillov

FGBOU VO “State Agricultural Academy of Velikie Luki”,



Velikie Luki

E-mail: mavrsol@yandex.ru
Тепловизионный анализ дефектов электрических установок

Thermal analysis of defects in electrical installations
Аннотация: В статье показаны способы применения тепловизионной диагностики для определения состояния токоведущих элементов высоковольтных электрических установок. Сравнительный анализ интенсивности теплового излучения на контактах высоковольтных разъединителей позволяет оценить переходное сопротивление и скорректировать сроки ремонта и спрогнозировать время отказа установки.

Abstract: the article shows the ways of using thermal imaging diagnostics to determine the state of current-carrying elements of high-voltage electrical installations. A comparative analysis of the intensity of thermal radiation at the contacts of high-voltage disconnectors allows to estimate the transient resistance and adjust the repair time and predict the failure time of the installation.
Ключевые слова: тепловизионная диагностика, температура, сопротивление, дефект.

Keywords: thermal imaging diagnostics, temperature, resistance, defect.
Тепловизионная диагностика позволяет обследовать устройства системы электроснабжения в инфракрасном диапазоне длин волн с целью выявления перегрева отдельных элементов электроустановок. Этот метод является частью системы технического эксплуатационного контроля электрооборудования. К достоинствам метода относится простота применения, наглядность, удаленный неразрушающий контроль без снятия напряжения с исследуемого оборудования.

Тепловизионное обследование проводится в соответствии с РД 34.45-51.300-97, РД 153-34.0- 20.363-99, ГОСТ 18353-79, ГОСТ 23483-79, ГОСТ 8024-90, ГОСТ 8865-93 [1, 3, 4, 5]. 

При тепловизионной диагностике получают изображения, которые показывают распределение температуры в исследуемом элементе. Это распределение зависит от многих факторов: материала конструкции, источников теплоты, чистоты обработки поверхности, влажности и температуры воздуха, направления и скорости ветра и др. Вывод о неисправности делается при сравнении полученных результатов обследования результатами таких же элементов конструкции, находящихся под сходной нагрузкой при аналогичных внешних воздействиях. Как привило для сравнения принимают элементы конструкции соседних фаз электроустановки.

Дефекты в высоковольтном оборудовании, как правило, вызывают повышение температуры в поврежденных элементах и повышение интенсивности инфракрасного излучения, которое может быть зарегистрировано с помощью приборов тепловизионного контроля. Интенсивность собственного излучения элементов электрических установок характеризует не только наличие дефекта, но и степень его развития. Наша задача состоит в выявлении статистических закономерностей времени развития дефектов в зависимости от типа оборудования, нагрузки и температуры перегрева элементов конструкции.

Уравнение теплового баланса для элемента конструкции электроустановки представляет собой равенство мощностей теплоты выделяемой в следствие действия электрического тока и теплоты, отдаваемой в окружающее пространство за счет конвективного и лучистого теплообмена:

I2R=αл(tг-tок)F+ αк(tг-tок)F, (1)

где I - ток нагрузки, А;

R – электрическое сопротивление элемента конструкции, Ом;

αл - коэффициент лучистого теплообмена на поверхности, Вт/м2 оС;

αк - коэффициент конвективного теплообмена, Вт/м2 оС;

tг - температура горячего элемента конструкции электроустановки, оС;

tок - температура окружающего воздуха, оС;

F - площадь теплообмена, м2.

Проведя несложные преобразования можем найти сопротивление элемента конструкции электроустановки:

(2)

Как правило перегреву подвергаются различные контактные соединения выключателей и разъединителей, а так же места присоединения шин и проводов к проходным изоляторам (рисунок 1).



c:\users\1.69zhegalin-ve\desktop\тепловизор 2013 год\jpeg\аd070301.jpg

а) нагрев проходных изоляторов б) перегрев контактов разъединителя

Рисунок 1 - Нагрев элементов электроустановок

Если допустить, что фазные токи в трехфазной сети равны, можно определить коэффициент роста сопротивления КR, который характеризует во сколько раз сопротивление горячего элемента на одной фазе больше сопротивления такого же элемента на других фазах.



(3)

(4)

где tх - температура холодного элемента конструкции электроустановки,



оС, (находящегося в нормальных условиях-отсутствие дефекта).

Например, переходное сопротивление горячего контакта разъединителя найдется из соотношения

Rкг=Rкн∙КR, (5)

где Rкн – нормальное сопротивление контакта, которое указывается в

паспорте аппарата и периодически проверяется на соответствие

требованиям НТД (ПУЭ, ОиНИЭ и т.д.) [4, 5], Ом.

Таким образом с помощью тепловизионного контроля можно измерить сопротивление контакта дистанционно и в случае превышения предельно допустимых норм принять меры к устранению дефекта.

Дефекты в электрических сетях, как правило, развиваются не одномоментно, а с течением времени [2], температура поврежденного элемента тем выше, чем ближе оборудование к аварийному отказу. Со временем рост температуры ускоряется, это связано с тем, что при нагреве сопротивление металла растет, что вызывает дополнительный нагрев и ускорение электрохимической коррозии.

Например, для определения динамики развития дефекта рассмотрим термограммы проходных изоляторов силового трансформатора ТМ-2500/35 (рисунок 2).

а) б)


в) г)


Рисунок 2 – Развитие дефекта проходного изолятора

Нами была получена экспоненциальная функция аппроксимации зависимости температуры (t) дефекта от времени (T) развития: t=f(T) (рисунок 3).

Рисунке 3 приведено развитие дефекта проходного изолятора до аварийного состояния. Время развития дефекта составило восемь месяцев.

Подводя итоги к вышеизложенному материалу мы рекомендуем проводить тепловизионный контроль электрооборудования не реже двух раз в год, в не зависимости от класса напряжения электроустановок перед прохождением осенне-зимнего периода (пик токовых нагрузок) и после него.


Рисунок 3 – Развитие дефекта проходного изолятора

Список литературы

1. РД 34.45-51.300-97. Объем и нормы испытаний электрооборудования. Изд. Шестое. – М.: ЭНАС, 1998.

2. Самарин Г.Н. Перспективы инфракрасной диагностики в электроэнергетике/ Г.Н. Самарин, С.В. Соловьев, А.М. Кириллов. В сборнике: Проблемы инновационного развития АПК материалы международной научно-практической конференции. 2017. С. 140-142.

3. Основные положения методики инфракрасной диагностики электрооборудования и ВЛ.//РД.153-34.0-20.363-99: М.: ОРГРЭС, 1999.

4. "Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей РФ. №229 от 19.06.2003 года.

5."Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей. №4145 от 22.01.2003 года.

УДК 637.131:637.136:65.63

В.М. Левин

Институт биохимической физики РАН,

Москва

V.M. Levin

Institute of Biochemical Physics of RAS,

Moscow

В.А. Шилин, Е.В. Шилин

ФГБОУ ВО «Великолукская государственная

сельскохозяйственная академия»,

Великие Луки



V.A. Shilin, E.V. Shilin

FGBOU VO «State Agricultural Academy of Velikie Luki»

Velikie Luki

Е-mail: shilin vlad@yandex.ru


Физические механизмы воздействия ультразвука

Physical mechanisms of ultrasound exposure
Аннотация: Ультразвук-это распространяющаяся в среде периодическая механическая деформация. В жидких телах распространяются только флуктуации плотности. В них возможен один тип упругих волн-продольные волны.

Abstract: Ultrasound is a periodic mechanical deformation propagating in the medium. In liquid bodies, only density fluctuations are distributed. They can be one type of elastic waves-longitudinal waves.
Ключевые слова: Ультразвук, среда, звуковое давление, кавитация, ультразвуковая обработка молока.

Key words: Ultrasound, medium, sonic pressure, cavitation, ultrasonic milk treatment.
Ультразвук представляет собой распространяющуюся в среде ее периодическую механическую деформацию. Деформации, обусловленные изменениями объема (вариациями плотности), характерны для всех сред - твердых жидких и газообразных. перенос изменений формы возможен только в материалах, условно называемых твердыми. такие материалы способны сопротивляться изменению формы у их произвольно выделенного участка. к ним относятся как собственно твердые материалы, так и все промежуточные разновидности – так называемые эластичные среды (полимеры, гели и т.д.). В жидких и газообразных телах распространяются только флуктуации плотности; соответственно в них возможен только один тип упругих волн – продольные волны, скорость с которых определяется отношением объемного модуля (обратной сжимаемости) K к плотности ρ:

. (1)


В твердых средах продольные волны, наряду с объемной деформацией, переносят также деформацию формы – сдвиговую деформацию, поэтому их скорость cL определяется продольным модулем

, (2)


включающим, наряду с объемным модулем K, модуль сдвига G. Скорость продольных волн в твердых телах определяется обоими модулями:

. (3)


В твердых телах, наряду с продольными, распространяются поперечные (сдвиговые) волны, переносящие деформацию сдвига (изменения формы) со скоростью cT, определяемой модулем сдвига G:

(4)


Эффекты воздействия ультразвука на среду делятся на тепловые и нетепловые [1-4]. Тепловые эффекты связаны с поглощением энергии упругих волн в среде с ее переходом в тепло. Нагрев среды имеет место во всех средах, но представляет собой достаточно слабый эффект - даже в достаточно мощных (до 1 Вт/см2) ультразвуковых полях изменение температуры не превышает нескольких градусов [1, 2, 3]. Нетепловые эффекты имеют значение преимущественно для жидких и, близких к ним по свойствам, структурированных коллоидных сред. К ним относятся эффекты звукового давления на препятствия, эффекты звукового ветра и акустические течения, пондеромоторные силы, действующие на частицы в жидкой среде и вызывающие их взаимодействие (отталкивание или притяжение) между собой [1]. Как правило, все эти эффекты достаточно слабо выраженные. Они наблюдаются в жидкостях за счет того, что в таких средах отсутствуют упругие реакции на изменение формы и сдвиг, поэтому движение среды возникает при малых приложенных усилиях. Звуковое давление возникает на границах раздела за счет изменения импульса, переносимого волной, при отражении падающего излучения от границы. Звуковой ветер обуславливается потерей механического импульса, переносимого волной, за счет поглощения звуковой волны средой распространения; поглощенный импульс вызывает движение среды в направлении распространения волны – “звуковой ветер”. Потери звукового импульса вблизи границ с твердой средой за счет формирования вязкого приповерхностного слоя вызывает другой тип акустических течений [1] и т.д. Возникающие за счет перечисленных эффектов силовые факторы имеют незначительную величину – возникают давления до нескольких десятков дин/см2, и не могут рассматриваться как факторы воздействия на бактериальные клетки, разрушающие какие-либо клеточные структуры и вызывающие гибель бактериальных клеток [2-4].

Основным поражающим фактором, обуславливающим воздействие ультразвука на биологическую среду, следует рассматривать ультразвуковую кавитацию [3-6]. Ультразвуковая кавитация представляет собой эффекты, вызываемые развитием и неустойчивостью колебаний воздушных и газопаровых пузырьков в жидкости под действием ультразвуковых полей на частотах от десятков КГц до нескольких МГц (обычно не выше 4-10 Мгц). Существует два типа активности пузырьков: стабильная и нестационарная (коллапсирующая) кавитация. Стабильные полости пульсируют под воздействием давления ультразвукового поля, радиус пузырька колеблется около равновесного значения, полость существует в течение значительного числа периодов звукового поля. Биологическое воздействие стабильно колеблющихся пузырьков обусловлено возникновением интенсивных акустических микропотоков и высоких сдвиговых напряжений в их окрестности [1,2,3, 5, 6].

Основной интерес для бактерицидного воздействия ультразвука имеет нестационарная кавитация. Пузырьки в жидкости в распространяющейся ультразвуковой волне расширяются во время полупериодов разрежения и сжимаются после перехода в область повышенного давления. Пузырьки представляют собой высокодобротные системы с собственными частотами, определяемыми размерами пузырька. В важном для практического применения диапазоне ультразвуковых частот f < 1 МГц, резонансный размер пузырька R0 определяется формулой [5]:

, (5)


где резонансный радиус R0 определяется в микронах (мкм), а частота f задается в килогерцах (КГц). Для частот, превышающих 1 МГц, резонансные размеры пузырьков оказываются несколько выше значений, получаемых из приводимой формулы, в связи с возрастающей ролью поверхностного натяжения. Так, в воде на частотах 1, 5 и 10 МГц резонансные размеры пузырьков R0 равны 3,6; 0,95 и 0,56 мкм, соответственно, по сравнению с величинами 3,0; 0,6 и 0,3 мкм, получаемыми из приведенной формулы [5].

В условиях резонанса колебательная скорость стенки резонансного пузырька на порядки превышает колебательную скорость частиц в объеме жидкости под действием ультразвуковой волны. Прочность реальных жидкостей довольно низкая в них всегда достаточно много газовых микропузырьков-зародышей кавитации. Присутствие микропузырьков представляет собой динамический процесс их возникновения и растворения в воде содержащегося в них газа. В воде всегда имеется равновесная при данной температуре концентрация пузырьков, их равновесный радиус, также определяемый температурой, достаточно мал. Однако под действием колебаний в звуковой волне он начинает увеличиваться за счет «выпрямленной» диффузии.

Суть явления в следующем. Микропузырьки газа пульсируют относительно равновесного радиуса и постепенно увеличиваются в объеме. При попадании пузырьков в область пониженного давления они расширяются, в пузырьки испаряется жидкость и диффундирует растворенный газ. Если температура жидкости значительно ниже точки кипения, то пузырьки растут, главным образом за счет диффузии. в следующую половину периода, при повышении давления, пузырек сжимается. направление диффузии меняется на противоположное - молекулы диффундируют обратно из пузырька в жидкость. Количество продиффундировавшего газа пропорционально площади поверхности пузырька. Эта площадь в стадии сжатия меньше, чем в стадии расширения. Поэтому количество газа, попадающего в пузырек при расширении, больше количества газа, возвращающегося в жидкость при сжатии. Соответственно, после каждого цикла сжатия-растяжения в пузырьке остается избыток газа, и его радиус растет, вплоть до резонансного значения для данной частоты воздействующего ультразвука. Накопление газа в пузырьке и увеличение равновесного радиуса пузырька в поле переменного давления и называют выпрямленной, или направленной, диффузией.

Диффузионный механизм обеспечивает сравнительно медленный рост числа резонирующих зародышей. Амплитуда пульсации пузырька с резонансными размерами для данной частоты ультразвука будет максимальной. Образующиеся многочисленные резонансные полости осциллируют с нарастающей амплитудой колебаний ввиду высокой добротности пузырька как осциллятора. Кавитационные пузырьки совершают пульсирующие колебания, вокруг них образуются сильные микропотоки, приводящие к активной локальной турбулентности среды в окрестности пузырька. В результате нарастания амплитуды часть пузырьков захлопывается. При захлопывании кавитационных пузырьков возникают локальные мгновенные давления, достигающие сотен и тысяч атмосфер, образование в окрестности пузырька ударной сферической волны, наблюдается локальное повышение температуры, электрические разряды. Ультразвуковая кавитация сопровождается вторичными явлениями – возникает оптическое свечение (сонолюминсценция), образуются свободные радикалы, протекают химические реакции, в т.ч. неосуществимые в отсутствие кавитационных явлений (сонохимия).

Все перечисленные факторы дают вклад в антибактериальную активность ультразвука [7-10]. Однако молоко представляет собой сложную коллоидную физико-химическую систему и кавитационные явления могут воздействовать на состав и свойства системы. Только чисто механические эффекты- микротечения и сдвиговые напряжения в окрестности пузырька, сферическая ударная волна – сколок механического напряжения при схлопывании парогазового пузырька прямым образом не влияют на структурные и физико-химические свойства продукта. Другие явления – микролокальный нагрев, образование свободных радикалов и связанные с ним сонохимические реакции могут быть источником изменения не только вкусовых, но и других физико-химических характеристик молока. Поэтому при разработке техники ультразвуковой обработки молока следует контролировать свойства продукта по завершении каждого этапа воздействия.

Известно, что ультразвуковая кавитация – пороговое явление [1-2]. Схлопывание газо-паровых полостей в объёме жидкости реализуется при интенсивностях воздействующего ультразвука, превосходящих некое пороговое значение I0. Величина I0 зависит от частоты используемого ультразвука и свойств жидкости, прежде всего ее вязкости и насыщенности воздухом. На частотах, больших 1Мгц, интенсивность кавитационных процессов снижается, а на частотах, больших 10Мгц, не наблюдается вовсе [5,6]. Аналогично, кавитационные эффекты быстро ослабевают с ростом вязкости жидкости.

Ультразвуковая кавитация представляет собой параллельно или последовательно протекающих нелинейных процессов; их ход в лучшем случае удается проследить на начальном этапе кавитации. До сих пор остается неясным, до какой степени закономерности кавитационных процессов, выявленные экспериментально при изучении одного класса жидкостей, применимы к процессам кавитации в другом классе веществ. Неясно, существует ли единственный порог кавитации, выше которого сразу возникает весь спектр кавитационных явлений, либо имеются дополнительные пороги, выше которых возникают отдельные виды кавитационных явлений, например, выход свободных радикалов и начало сонохимических реакций.

Соответственно, при разработке техники ультразвуковой обработки молока следует, наряду с созданием соответствующей аппаратуры, прежде всего кавитатора, провести исследования по определению оптимальных режимов ультразвукового воздействия.

Такие исследования должны выявить:

1. Оптимальную частоту используемого ультразвука и необходимую пороговую ульразвуковую интенсивность для развития кавитационных процессов в молоке.

2. Оптимальный режим ультразвукового воздействия (интенсивность ультразвука, длительность обработки), достаточный для подавления бактериальной микрофлоры в молоке на установленном уровне (задаётся уровень остаточной микрофлоры).

3. Уровень и значение побочных воздействий интенсивного ультразвука на структурный и биохимический состав, вкусовые, органолептические и физико-химические характеристики обработанного молока.

Базируясь на мировом опыте использования ультразвука как антибактериального агента можно предположить, что рабочая частота используемого ультразвукового облучения должна быть в диапазоне до 100 КГц (диапазон высокой кавитирующей активности); рабочие интенсивности дезинфицирующего ультразвука лежат в диапазоне от нескольких Вт/см2 до 10-20 Вт/см2 [7-10].


Каталог: nir -> docs
nir -> Курт Кобэйн заполнил множество записных книжек стихами, рисунками и письмами о своих планах относительно "Нирваны" и своими ра
nir -> "Тема V. 44 Механизмы химических реакций, строение и свойства органических соединений, интермедиатов, полимеров и биополимеров."
nir -> Направление: Естественные науки и современный мир
nir -> И. А. Мосичева, Н. В. Скибитский, В. П. Шестак
nir -> Российская империя
nir -> Криминалистическое исследование документов
docs -> Viii международной межвузовской

Скачать 13.02 Mb.

Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   24




База данных защищена авторским правом ©vossta.ru 2022
обратиться к администрации

    Главная страница