Костенко Ніна Володимирівна. Створення нових вихрових енерго-ресурсозберігаючих технологій одержання дисперсних систем : Дис... д-ра наук: 05.14.06 - 2006.
Анотація до роботи:
Костенко Н.В. Створення нових вихрових енерго–ресурсозберігаючих технологій одержання дисперсних систем. – Рукопис.
Дисертація на здобуття вченого ступеня доктора технічних наук із спеціальності 05.14.06 – технічна теплофізика та промислова теплоенергетика, Інститут технічної теплофізики Національної академії наук України, м. Київ, 2006 р.
Теоретично і експериментально обґрунтовано створення нових високоефективних енерго–ресурсозберігаючих технологій одержання дисперсних систем твердих, рідких і пастоподібних матеріалів, що базується на результатах фундаментальних досліджень теплообміну і гідродинаміки в криволінійних каналах вихрових акустичних камер.
Розроблено принципово новий енерго–ресурсозберігаючий метод одержання дисперсних систем у вихровому акустичному потоці під дією напружень розтягнення, одержаних комбінованою дією відцентрових масових сил, турбулізацією вихрових потоків і акустичних різночастотних самозбуджених коливань з раціональною трансформацією енергії, на відміну від існуючих методів руйнування під дією сил удару або стиснення. На основі методу створений ряд вихрових енерго–ресурсозберігаючих технологій, компактних установок і пристроїв з високоінтенсивними процесами тепломасообміну із суміщеними швидкодіючими технологічними процесами диспергування, сепарування, сушки, фракціонування і змішування. Розроблено наукові і конструктивні основи створення вихрових акустичних камер з аеродинамічними профільованими елементами і резонаторами, які генерують інтенсивні коливання акустичних, вихрових, пульсаційних збурень параметрів вихрового потоку.
Визначено вплив геометричних, режимних та інших головних факторів на процеси диспергування, одержані нові дані про процеси тепломасообміну в криволінійних каналах вихрових акустичних камер і виявлений механізм диспергування матеріалів під дією напружень розтягнення. Розкритий механізм тепломасопереносу і взаємодії, взаємозв’язок між зовнішніми умовами і внутрішніми процесами, які визначають режимні параметри з виділенням лімітуючих умов, встановлена границя відцентрової нестійкості.
Розроблені теоретична і діюча моделі процесів, які дозволяють одержати розрахункові залежності для визначення характеристик основних параметрів диспергування у вихровому потоці. Запропоновані методи інтенсифікації процесів сумарною комбінованою дією відцентрових масових сил, турбулізацією вихрових потоків і акустичних різночастотних самозбуджених коливань із суміщенням процесів диспергування. Створені принципово нові теплообмінні пристрої з інтенсифікацією тепломасообміну і використанням теплоти газів енергоносія. Встановлено високу інтенсивність тепломасообмінних процесів в криволінійних каналах вихрових камер, що дозволило розробити методики розрахунків тепловикористовуючих пристроїв і компактних вихрових установок. Створені і впроваджені високоефективні енерго–ресурсозберігаючі вихрові технології одержання дисперсних систем з інтенсифікацію процесів і використанням 42 авторських свідоцтв і патентів України.
В дисертації на основі теоретичних і експериментальних досліджень представлено вирішення актуальної наукової проблеми створення нових високоефективних вихрових енерго–ресурсозберігаючих технологій одержання дисперсних систем твердих, рідких і пастоподібних матеріалів. Це рішення базується на результатах фундаментальних досліджень тепломасообміну і гідродинаміки в криволінійних каналах вихрових акустичних камер і розробці нового методу диспергування у вихровому акустичному потоці, який дозволяє суміщати процеси диспергування, сепарування, сушки, фракціонування і змішування з врахуванням властивостей матеріалів.
Вперше визначено вплив геометричних, режимних та інших факторів на процеси диспергування, одержані нові дані про процеси тепломасообміну в криволінійних каналах вихрових акустичних камер і виявлений механізм диспергування матеріалів в полі відцентрових масових сил під дією напружень розтягнення, обумовлених сумарною дією відцентрових масових сил, характеристик вихрового потоку і акустичного поля на суміщені процеси диспергування, сепарування, фракціонування, сушки і змішування. Розкритий механізм тепломасопереносу і взаємодії, встановлений взаємозв’язок між зовнішніми умовами і внутрішніми процесами, які визначають режимні параметри з виділенням лімітуючих умов, визначена межа відцентрової нестійкості.
Виконаний комплекс теоретичних і експериментальних досліджень дозволив обґрунтувати принципово новий енерго–ресурсозберігаючий метод одержання дисперсних систем з інтенсифікацією процесів сумарною комбінованою дією відцентрових масових сил, турбулізацією вихрових потоків і акустичних різночастотних самозбуджених коливань під дією напружень розтягнення з раціональною трансформацією енергії. На основі методу вихрового акустичного диспергування створений ряд вихрових енерго–ресурсозберігаючих технологій, компактних установок і пристроїв з високоінтенсивними процесами тепломасообміну із суміщеними швидкодіючими технологічними процесами диспергування, сепарування, сушки, фракціонування і змішування.
Створені експериментальні стенди для дослідження тепломасообміну і гідродинамічних процесів в криволінійних каналах змінних параметрів вихрових акустичних камер з перфорованими перепонами і багатократним вдувом енергоносія, вивчення впливу геометричних і конструктивних параметрів камер на процеси диспергування з інтенсифікацією процесів сумарною комбінованою дією відцентрових масових сил, турбулізацією вихрових потоків і акустичних різночастотних коливань.
Вперше в широкому діапазоні граничних умов виконаний комплекс експериментальних досліджень одержання дисперсних систем багаточисельних твердих матеріалів харчового і нехарчового призначення, розчинів, паст, суспензій, відмінних по фізико–хімічних властивостях, на основі яких визначено вплив геометричних параметрів, багатократності вдуву, перфорованих перепон в криволінійних каналах на теплотехнологічні процеси.
На основі теоретичних і експериментальних досліджень вперше одержані нові наукові дані про процеси тепломасообміну і гідродинаміки в криволінійних каналах вихрових акустичних камер з перфорованими перепонами і багатократним вдувом енергоносія з врахуванням властивостей матеріалів і характеристик вихрових камер.
Теоретичні і експериментальні дослідження дозволили, на відміну від існуючих методів руйнування під дією сил удару, стиснення абосколу, обґрунтувати і реалізувати принципово новий енерго–ресурсозберігаючий метод одержання дисперсних систем у вихровому акустичному потоці під дією напружень розтягнення, одержаних комбінованою дією відцентрових масових сил, турбулізацією вихрових потоків і акустичних різночастотних самозбуджених коливань з раціональною трансформацією енергії.
Встановлено, що інтенсифікація теплотехнологічних процесів і значне скорочення питомих витрат енергії обумовлені створенням вихрового високошвидкісного потоку в полі відцентрових масових сил, акустичними різночастотними коливанням і суміщенням процесів диспергування, сепарування і сушки матеріалів з використанням теплоти газів енергоносія. Розроблено наукові і конструктивні основи створення вихрових акустичних камер з аеродинамічними профільованими елементами і резонаторами, які генерують інтенсивні коливання акустичних, вихрових, пульсаційних збурень параметрів вихрового потоку.
На основі фундаментальних досліджень створені і реалізовані принципово нові вихрові акустичні енерго–ресурсозберігаючі технології і установки одержання тонкодисперсних систем з новими фізико–хімічними і технологічними властивостями матеріалів для виробництва: тонкодисперсних матеріалів харчового і нехарчового призначення; тонкого диспергування і активації питомої поверхні різних матеріалів; тонкодисперсних вапна і крейди із карбонатної сировини; осадкових кременистих і гірських порід, які містять цінні компоненти; стійких порошкових і водних аерозолів.
Розроблена концепція з дослідженням використання теплоти енергоносія з інтенсифікацією процесів тепломасообміну при одержані дисперсних систем «рідина – газ» дозволили створити принципово нові теплообмінні пристрої, в яких інтенсифікація тепломасообміну здійснюється за рахунок створення зони високої турбулентності вихрового потоку, розподілу рідкої фази тонким шаром, дією акустичних коливань.
Дослідженнями встановлено, що перспективним напрямком розвитку техніки для очистки зерна є поєднання методів обдирки з попередньою короткочасною пропаркою гарячою парою з наступною обробкою на шершавих поверхнях акустичних вихрових камер та розроблення високоефективних енерго–ресурсозберігаючих технологій і пристроїв одержання харчових продуктів високої біологічної цінності на основі рослинної сировини.
На основі досліджень встановлено високу інтенсивність тепломасообмінних процесів в криволінійних каналах вихрових камер, що дозволило використати їх при розробці методик розрахунків тепловикористовуючих пристроїв, компактних вихрових установок і створенні нових вихрових енерго–ресурсозберігаючих технологій одержання дисперсних систем.
Розроблені, створені і впроваджені високоефективні енерго–ресурсозберігаючі вихрові технології одержання дисперсних систем з інтенсифікацію процесів комбінованою дією відцентрових масових сил, турбулізацією вихрових потоків і акустичних різночастотних самозбуджених коливань і суміщеними процесами диспергування, сепарування, сушки, фракціонування, змішування, уловлення, обдирки і компактні установки з впровадженням і використанням 42 авторських свідоцтв і патентів України. Ці технології і установки знайшли широке використання для різних технологічних процесів, матеріалів і продуктів: каоліну, пігментованих і поліграфічних фарб, сорбентів, поліметалів, надтвердих тугоплавких сполук – карбідів титану, ванадію, хрому, яєчної шкаралупи, цукрової пудри, пасти, трав, насіння, зародку із зерна пшениці, збагачених крупи, борошна з незруйнованими клітинами, збагаченого рису з підвищеним виходом.
В зв’язку з багатофункціональним призначенням інтенсивна вихрова енерго–ресурсозберігаюча технологія одержання тонкодисперсних систем може бути використана в різних галузях промисловості, зокрема при підготовці і ефективному спаленні палив з максимальним вилученням хімічної енергії, а також в нанотехнологіях.
Економічний, технічний і соціальний ефекти від використання одержаних результатів заключаються в створенні принципово нової техніки і енерго–ресурсозберігаючої технології одержання дисперсних систем різних матеріалів, що в останній час широко потребуються сучасними пріоритетними напрямками розвитку галузей промисловості і сільського господарства України.
Публікації автора:
Костенко Н.В. Ресурсосберегающая экологически чистая технология и оборудование для получения тонкодисперсных систем // Промышленная теплотехника.– 2003. – Т.25, № 2 – С. 47-51.
Костенко Н.В. Диспергування матеріалів в акустично вихровому потоці // Харчова і переробна промисловість. – 1998. – № 10. – С. 23.
Костенко Н.В. Зародки із зернових продуктів // Харчова і переробна промисловість. – 1999. – № 1–2. – С.22-23.
Декл. пат. № 72391 А України, МКИ В 05В 17/00, 7/12, 7/16. Спосіб і пристрій одержання факелу стійкого аерозолю / Н.В. Костенко (Україна) – № 20031211088 Заявл. 05.12.2003; Опубл. 15.02.2005, Бюл. № 2. – 4 с.
Декл. пат. № 72154 А України, МКИ В 02С 19/06, В 02C 13/24, В 01F 5/00. Спосіб і лінія одержання тонкодисперсних матеріалів / Н.В. Костенко (Україна) - № 20031213001 Заявл. 30.12.2003; Опубл. 17.01.2005, Бюл. № 1. – 5 с.
Декл. пат. № 44210 А України, МКИ В 02В 3/08, В 02 В 1/08, В 02 В 5/00. Спосіб і установка переробки зерна рису: Пат. № 44210 А України, МКИ В 02В 3/08, В 02 В 1/08, В 02 В 5/00/ Н.В. Костенко (Україна) – № 2001021326; Заявл. 26.02.01; Опубл. 15.01.2002, Бюл. № 1. – 3 с.
Декл. пат. № 29264 А України, МКИ В 01 J 20/12, 20/18. Спосіб одержання сорбенту і установка для його здійснення / Н.В. Костенко (Україна) – № 98041723; Заявл. 06.04.98; Опубл. 16.10.2000, Бюл. № 5.– 3 с.
Декл. пат. № 30397 А України, МКИ В 02С 19/06, В 02С 13/24. Спосіб вихрового диспергування і активації матеріалів і пристрій для його здійснення/ Н.В. Костенко (Україна)–№ 98031366; Заявл. 18.03.98; Опубл. 15.11.2000, Бюл. №6.–3 с.
Декл. пат. № 30468 А України, МКИ В 02В 3/08, В 02В 1/08, В 02В 5/02. Спосіб переробки зерна рису і установка для його здійснення / Н.В. Костенко (Україна) – № 98052439; Заявл. 13.05.98; Опубл. 15.11.2000, Бюл. № 6.– 3 с.
Декл. пат. № 31077 А України, МКИ В 03В 7/00, В 04В 3/00, В 22В 11/00, С 22В 11/08. Спосіб вилучення благородних металів із руд і установка для його здійснення / Н.В. Костенко (Україна) – № 98073617; Заявл. 08.07.98; Опубл. 15.12.2000, Бюл. № 7. – 3 с.
Костенко Н.В. Особенности создания вихревых энергосберегающих технологий и установок получения дисперсных систем с высокоинтенсивными и совмещенными процессами. // Тр. Междунар. конф. «Проблемы промышленной теплотехники». – Украина, г. Киев, 2005. – С.177–179.
Костенко Н.В. Вихревой и акустический эффект при получении тонкодисперсных материалов // Тр. Междунар. конф. «Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики». – г. Алушта, 2005. – С.84–86.
Костенко Н.В., Макарец Н.В. Массообменные процессы и установка с интенсификацией диспергирования материалов в вихревом потоке с генерацией акустического поля // Промышленная теплотехника. – 2000. – № 5–6, т. 22. – С. 108–113. Особистий внесок: Обґрунтування методів інтенсифікації масообмінних та пеплотехнологічних процесів.
Костенко Н.В., Шихабутинова О.В. Исследование тепломассопереноса в криволинейных каналах акустических вихревых камер // Промышленная теплотехника (приложение к журналу).– 2003. – Т.25, № 4 – С. 140–142. Особистий внесок: Теоретичні та експериментальні дослідження тепломасопереносу в криволінійних каналах вихрових камер.
Костенко Н.В., Шихабутинова О.В. Энергосберегающая технология и установка получения зародыша из зерновых продуктов // Промышленная теплотехника.– 2003. – Т.25, № 4 – С. 73-75. Особистий внесок: Обґрунтування енергозбереження та одержання нероздавленого зародку.
Пат. № 23733 А України, МКИ В 02С 9/04. Спосіб і установка одержання муки: Пат. № 23733 А України, МКИ В 02С 9/04/ Н.В. Костенко, С.Л. Кобзар (Україна) – № 97041521; Заявл. 01.04.97; Опубл. 16.06.98, Бюл. № 4. – 8 с.
Особистий внесок п.16,17,23-39,43,45: Формулювання ідеї, аналітичний огляд, розробка, розрахунки, апробація конструкції, опис винаходу.
Декл. пат. № 70543 А України, МКИ В 02 С 19/06, В 07 В 4/00, 7/04. Спосіб і пристрій вихрового диспергування і аеромеханічного розподілу зернистих матеріалів / Н.В. Костенко, О.В. Шіхабутінова (Україна) – № 20031211085 Заявл. 05.12.2003; Опубл.15.10.2004, Бюл. № 10. – 4 с.
Халатов А.А., Костенко Н.В., Шихабутинова О.В. Особенности течения вихревых потоков в криволинейных каналах переменных параметров с многократным вдувом//Промышленная теплотехника.–2004.–Т.26, № 4–С.13–18. Особистий внесок: Дослідження впливу визначальних факторів на гідродинамічні процеси.
Костенко Н.В. Акустически вихревой метод интенсификации процессов диспергирования // Тр. Междунар. конф. «Тепломассообмен в технологических процессах».– Юрмала.–1991.–С.165–166.
Костенко Н.В., Селезнева Е.Ю. Метод интенсификации диспергирования материалов в вихревой камере // Тр. Межгосударственной конференции «Обработка жидких сред электромагнитными полями», «Тепломассообмен и гидродинамика в турбулентных течениях».–Алушта. – 1992. – С. 107–108. Особистий внесок: Обґрунтування методу інтенсифікації одержання дисперсних систем.
Хранение и переработка сахара – сырца / Костенко Н.В., Заборсин А.Ф., Бренман С.А., Лодос Х. – М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983. – 57 с. Особистий внесок: Теоретичні і експериментальні дослідження впливу визначальних факторів.
Костенко Н.В., Долінський А.А. Нове тепломасообмінне обладнання і ресурсозберігаючі технології // Вісник АН Української РСР. – 1986. – № 12. – С. 64–67. Особистий внесок: Аналіз тепломасообмінних установок і ресурсозберігаючих технологій.
Способ утилизации теплоты уходящих газов: А.с. № 1695075 СССР, МКИ F 25 В 29/00 / Н.В. Костенко, А.А. Халатов (CCCР) – № 4689428/06; Заявл.05.05.89; Опубл. 30.11.91, Бюл.№ 44–3с.
Установка утилизации теплоты уходящих газов: А.с. № 1765641 СССР, МКИ F 25 B 9/02/ Н.В. Костенко, А.А. Халатов, В.А. Сафонов, С.Л. Кобзар (СССР) – № 4681272/06; Заявл. 20.04.89; Опубл. 30.09.92, Бюл. № 36 – 3с.
Установка для использования теплоты и очистки уходящих газов: А.с. № 1624247 СССР, МКИ F 23 J 15/00/ Н.В. Костенко, А.А. Халатов, С.Л. Кобзар, И.Н. Житарь (CCCР)–№ 4636555/33;Заявл.08.12.88;Опубл.30.01.91, Бюл. №4–3 с.
Способ очистки дымовых газов от вредных примесей: А.с. № 1635360 СССР, МКИ D 01 D 53/14 / Н.В. Костенко, А.А. Халатов, И.Н. Житарь (CCCР)–№ 4479424/26; Заявл. 05.09.88; Опубл. 15.11.90. – 2с.
Устройство для получения смеси: А.с. № 1607915 А1 СССР, МКИ D 01 F 5/00 / Н.В. Костенко, А.А. Халатов, С.Л. Кобзар (CCCР) – № 4631898/31–26;Заявл. 04.01.89; Опубл. 23.11.90, Бюл. № 43. – 2с.
Пат. № 21411 А України, МКИ В 02С 9/00, 9/04. Спосіб одержання борошна і установка для його здійснення / Н.В. Костенко, С.Л. Кобзар, А.А. Халатов (Україна) – № 94032671; Заявл. 25.03.94; Опубл. 02.12.97, Бюл. № 2, 1998. – 6 с.
Пат. № 20314 А України, МКИ B 01 F 3/04. Спосіб змішування рідини з газом та пристрій для його здійснення / Н.В. Костенко, А.А. Халатов, І.І. Борисов, С.В. Шевцов (Україна) – № 9504702; Заявл. 14.04.95; Опубл. 15.07.97, Бюл. № 1, 1998 – 4 с.
Пат. № 24530 А України, МКИ В 02В 3/00, В 07 В 4/00. Спосіб обробки харчової сировини та установка для його здійснення / Н.В. Костенко, Е.М. Хусточка, О.В. Шіхабутінова (Україна) – № 97052460; Заявл. 28.05.97; Опубл. 21.07.98, Бюл. № 5, 1998. – 3 с.
Пат. № 22382 А України, МКИ В 02В 3/00, В. Спосіб і установка одержання пшеничного зародку / Н.В. Костенко, Ю.Л. Забулонов, О.В. Шіхабутінова (Україна) – № 97052213; Заявл. 14.05.97; Опубл. 03.03.98, Бюл. № 3 – 7 с.
Костенко Н.В., Шіхабутінова О.В. І пшеничні зародки і крупку // Зерно і хліб.–1999.-№ 4.–С.24–25. Особистий внесок: Розробка ідеології, узагальнення експериментальних досліджень.
Костенко Н.В., Шихабутинова О.В. Энергосберегающая технология получения тонкодисперсных материалов// Тр. Междунар. конф. «Региональные проблемы энергосбережения в производстве и потреблении энергии». – Киев, 1999. – С. 114–115. Особистий внесок: Обґрунтування і реалізація нового методу одержання дисперсних систем.
Костенко Н.В. Пшеничні зародки не розплющуються // Зерно і хліб. – 1999.-№ 2. – С. 28–29.
Пат. України на промисловий зразок № 6743, МКИ 15-03; 31-99. Установка одержання пшеничного зародку / Н.В. Костенко, О.В. Шіхабутінова, В.Ф. Стрихар (Україна) - № 2002050673; Заявл. 29.05.2002; Опубл. 16.12.2002, Бюл. № 12. – 3 с.:іл.2.
Костенко Н.В., Шіхабутінова О.В. Не розплющені зародки, збагачені крупи і якісне борошно// Зерно і хліб. – 2003.-№ 3. – С. 40-41. Особистий внесок: Розробка способу і конструкції установки.
Декл. пат. № 72415 А України, МКИ А 62 С 15/00, 3/12. Ранцевий пристрій пожежотушіння / Н.В. Костенко, О.В. Шіхабутінова (Україна) – № 20031213193 Заявл. 30.12.2003; Опубл. 15.02.2005, Бюл. № 2. – 2 с.
Костенко Н.В., Шихабутинова О.В. Влияние параметров вихревых камер на гидродинамические процессы // Тр. Междунар. конф. «Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики». – г. Алушта, 2005. – С.81–83. Особистий внесок: Аналіз впливу параметрів вихрових камер.
Костенко Н.В., Долинский А.А. Совершенствование техники и технологии сушки сельскохозяйственных и пищевых продуктов в соответствии с Продовольственной программой // Промышленная теплотехника. – 1984. – Т.6, № 6. С. 97 – 99. Особистий внесок: Аналіз стану техніки і технології сушки.
Костенко Н.В., Долинский А.А. О некоторых результатах выполненных в ИТТФ АН УССР исследований тепломассообмена // Промышленная теплотехника – 1987. – Т.9, №1. – С. 105 – 107. Особистий внесок: Аналіз досліджень тепломасообміну.
Правила по технике безопасности и производственной санитарии в сахарной промышленности / Костенко Н.В., Прилуцкий И.И., Ефименко В.Ф., Любарец П.А. – М.: Пищевая промышленность, 1974. – 120 с. Особистий внесок: Розробка проекту Правил.
Костенко Н.В., Заборсин А.Ф. Сахарная пыль как объект взрыва // ЦНИИТЭИ, Пищепром. – М.:ЭИ, 1975. – вып.4 – С. 1 – 18. Особистий внесок: Аналіз умов виникнення вибуху.
Костенко Н.В., Заборсин А.Ф., Яресько В.П., Лодос Х. Результаты исследований и промышленных испытаний установки для охлаждения сахара – сырца // Промышленная теплотехника. – 1980. – Т.2, № 2. – С. 78–81. Особистий внесок: Дослідження і випробування установки.
Костенко Н.В., Ильина В.П., Каныгова В.А. Сушилка для сахара – песка в виброкипящем слое // Пищевая промышленность. Серия 11, Сахарная промышленность. Науч.–техн.рефер. сборник. – М.:ЦНИИТЭИ Пищепром, 1980, вып.10. – С. 1 – 4. Особистий внесок: Аналіз сушили.
Костенко Н.В., Шіхабутінова О.В.Адсорбційне очищення олії // Харчова і переробна промисловість. – 1999. – № 1-2. – С.18 – 19. Особистий внесок: Розробка технології очистки.
Костенко Н.В., Прилуцкий И.И., Евфименко В.Ф. Указания по безопасной эксплуатации сушильных отделений и складов бестарного хранения сахара – песка. – Киев: Ротапринт ОММ, НПО «Сахар», 1980. – 28 с. Особистий внесок: Підготовка проекту «Указаний».
Костенко Н.В., Полторак П.В., Заборсин А.Ф., Лодос Х. и др. Опыт хранения и перевозки сахара–сырца в Республике Куба //Науч.техн. реф. Сборник Сахарная промышленность. – М.:ЦНИИТЭИ Пищепром,1976, вып.7. – С.1–12. Особистий внесок: Аналіз досвіду зберігання і транспортування.
Костенко Н.В. Установка для утилизации теплоты и очистки уходящих газов // Химическая технология. – 1991. – № 5. – С. 99–101.
Костенко Н.В. Особенности создания вихревых энергосберегающих технологий и установок для получения дисперсных систем с высокоинтенсивными и совмещенными процессами. // Промышленная теплотехника. – 2006. – Т.28, № 3. – С. 90–97.
