(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng sóng siêu âm trong sấy chất lượng cao sản phẩm nông sản quy mô công nghiệp

(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng sóng siêu âm trong sấy chất lượng cao sản phẩm nông sản quy mô công nghiệp(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng sóng siêu âm trong sấy chất lượng cao sản phẩm nông sản quy mô công nghiệp(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng sóng siêu âm trong sấy chất lượng cao sản phẩm nông sản quy mô công nghiệp(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng sóng siêu âm trong sấy chất lượng cao sản phẩm nông sản quy mô công nghiệp(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng sóng siêu âm trong sấy chất lượng cao sản phẩm nông sản quy mô công nghiệp(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng sóng siêu âm trong sấy chất lượng cao sản phẩm nông sản quy mô công nghiệp(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng sóng siêu âm trong sấy chất lượng cao sản phẩm nông sản quy mô công nghiệp(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng sóng siêu âm trong sấy chất lượng cao sản phẩm nông sản quy mô công nghiệp(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng sóng siêu âm trong sấy chất lượng cao sản phẩm nông sản quy mô công nghiệp(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng sóng siêu âm trong sấy chất lượng cao sản phẩm nông sản quy mô công nghiệp(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng sóng siêu âm trong sấy chất lượng cao sản phẩm nông sản quy mô công nghiệp(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng sóng siêu âm trong sấy chất lượng cao sản phẩm nông sản quy mô công nghiệp(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng sóng siêu âm trong sấy chất lượng cao sản phẩm nông sản quy mô công nghiệp(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng sóng siêu âm trong sấy chất lượng cao sản phẩm nông sản quy mô công nghiệp(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng sóng siêu âm trong sấy chất lượng cao sản phẩm nông sản quy mô công nghiệp(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng sóng siêu âm trong sấy chất lượng cao sản phẩm nông sản quy mô công nghiệp

LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 201… (Ký tên ghi rõ họ tên) iii LỜI CẢM TẠ Tôi xin gởi lời tri ân chân thành sâu sắc đến người Thầy hướng dẫn TS PHẠM HUY TUÂN Thầy động viên giúp đỡ nhiều mặt học thuật, vật chất lẫn tinh thần để tơi hồn thành tốt luận văn Tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành đến Thầy Ths Nguyễn Xuân Quang hỗ trợ có đóng góp tích cực giúp tơi hồn thiện đề tài Tơi xin cảm ơn q Thầy Cô tận tâm giảng dạy suốt trình học trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Xin cảm ơn Ban Giám Hiệu Thầy Cơ quản lý chương trình cao học tạo điều kiện tốt trình học Xin cảm ơn tác giả tài liệu mà sử dụng suốt q trình nghiên cứu hồn thiện đề tài Tôi xin cảm ơn tập thể lớp cao học CKM12B hỗ trợ suốt thời gian học tập trường Cuối xin biết ơn gia đình ln động viên, ln dõi theo bước chân suốt năm học vừa qua Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 201… Nguyễn Văn Thái Dương iv TÓM TẮT Sấy đối lưu với hỗ trợ sóng siêu âm công nghệ xanh bền vững Phương pháp giới thiệu cách hiệu để cải thiện tốc độ sấy việc bảo quản sản phẩm nông nghiệp hiệu ứng nhiệt thấp nâng cao chất lượng sản phẩm bảo quản So với công nghệ sấy truyền thống khác, phương pháp chứng minh có khả tiết kiệm lượng Một số chuyển đổi siêu âm lượng cao với diện tích phát sóng mở rộng đề xuất sử dụng để sấy nguyên liệu nhạy với nhiệt sản phẩm chất lượng cao Tuy nhiên, phương pháp thiết kế cho thiết bị cịn q trình rắc rối thực cho biên dạng Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng sóng siêu âm sấy chất lượng cao sản phẩm nông sản quy mô công nghiệp” giới thiệu phương pháp thiết kế đơn giản cho phát sóng siêu âm có diện tích mở rộng chi tiết khuếch đại sóng dạng trục bậc cách sử dụng chương trình tối ưu hóa thuật tốn di truyền phân tích phần tử hữu hạn Tồn cấu trúc làm việc tần số 20kHz Một phân tích trường áp suất âm với mơ hình cấu trúc rắn - lưu chất thực để điều tra phân bố áp suất âm mơi trường Một thí nghiệm sấy tiến hành để đánh giá hiệu thiết kế Từ khóa: siêu âm lượng cao, chuyển đổi siêu âm, phân tích kết hợp rắn-lỏng, phân tích âm, giải thuật di truyền, sấy siêu âm v ABSTRACT Ultrasound-assisted convective drying is a green and sustainable technology that offers an interesting way to improve dehydration rate in agriculture products processing due to a low heating effect, and increase the quality of the preserved food In comparison to other traditional drying technologies, this method has been proven to have the energy savings potential A number of high-power ultrasonic transducers with extensive radiators have been proposed and used to dry heat sensitive materials and high-quality dry products Nevertheless the design methodology for those devices is still a troublesome process and only works with basic geometries In this thesis: “Research on ultrasonic assisted drying of high quality agricultural products at industrial scale”, a simple design method for a rectangular plate of stepped profile and stepped amplification horn using a genetic algorithm optimization scheme and finite element analyses is developed The whole structure would be resonated at 20kHz An acoustic analysis with a coupled fluid-structure model is also undertaken to investigate the scattering pressure inside the drying medium The drying experiments were conducted to evaluate the effectiveness of the design Keywords: High-intensity ultrasonic, transducers, coupled fluid-structure analysis, acoustic analysis, genetic algorithm, ultrasonic drying vi MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Xác nhận giảng viên hướng dẫn Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan iii Lời cảm tạ iv Tóm tắt v Mục lục vii Danh sách chữ viết tắt xi Danh sách hình xii Danh sách bảng xiv Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chung lĩnh vực nghiên cứu, kết nghiên cứu nước cơng bố 1.1.1 Các q trình xử lý siêu âm lượng cao, phát triển gần tiến tiềm 1.1.2 Sấy siêu âm: nghiên cứu nước 1.1.3 Nhận xét chung hướng nghiên cứu đề tài 1.2 Mục đích đề tài 1.3 Nhiệm vụ giới hạn đề tài 1.3.1 Nhiệm vụ nghiên cứu 1.3.2 Giới hạn đề tài 1.4 Phương pháp nghiên cứu Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10 vii 2.1 Cơ sở tính tốn phương pháp phần tử hữu hạn 10 2.1.1 Giới thiệu phương pháp phần tử hữu hạn giải toán dao động 10 2.1.2 Phương pháp giải toán phần tử hữu hạn 11 2.2 Các lý thuyết để tính tốn chi tiết horn dạng trục bậc bậc 12 2.2.1 Sơ đồ nguyên lý cụm thiết bị phát sóng siêu âm dùng sấy 12 2.2.2 Tính tốn horn dạng trục bậc 13 2.2.2.1 Giải pháp phân tích dao động tự chi tiết khuếch đại sóng 14 2.2.2.2 Các cơng thức tính toán tổng quát cho horn dạng trục bậc 16 2.2.2.3 Tính tốn cho bậc có diện tích phát sóng mở rộng 18 2.3 Giải thuật tối ưu hóa đa mục tiêu GENE 18 2.4 Nguyên lý tách ẩm sóng siêu âm 19 Chƣơng TÍNH TỐN, THIẾT KẾ CHI TIẾT HORN DẠNG TRỤC BẬC VÀ TẤM BẬC 21 3.1 Mục tiêu cần đạt vấn đề thiết kế chi tiết horn dạng trục bậc bậc 22 3.2 Lựa chọn vật liệu phương pháp tính tốn 23 3.2.1 Chọn vật liệu 23 3.2.2 Phương pháp tính tốn 25 3.2.2.1 Đối với horn dạng trục bậc 25 3.2.2.2 Đối với bậc 26 3.3 Tính toán thiết kế 26 3.3.1 Sơ đồ thiết kế horn dạng trục bậc bậc 26 3.3.2 Tiến hành tính tốn, mơ 28 3.3.2.1 Tính horn dạng trục bậc 28 3.3.2.1.1 Tính horn cơng thức lý thuyết viii 28 3.3.2.1.2 Tính tốn horn Ansys 14 28 3.3.2.1.3 Kết tính horn 31 3.3.2.2 Tính tốn cho bậc 32 3.3.2.2.1 Lưu đồ tính tốn tối ưu cho bậc 32 3.3.2.2.2 Lựa chọn dạng dao động cho 34 3.3.2.2.3 Tính sơ phẳng để xác định đường tiết điểm 36 3.3.2.2.4 Sử dụng phần mềm Ansys 14 Mechanical ADPL Matlab để tính tối ưu cho bậc 38 3.3.2.2.5 Sử dụng Ansys Workbench để mô kiểm tra cho bậc 39 3.3.2.2.6 Bản vẽ thiết kế bậc 41 3.4 Mô kiểm tra tần số, ứng suất cụm horn dạng trục bậc bậc 42 3.5 Mô trường áp suất sóng âm lên mơi trường khơng khí 45 Chƣơng CHẾ TẠO MẪU VÀ ĐO TRỞ KHÁNG CƠ 47 4.1 Chế tạo mẫu 47 4.2 Đo trở kháng âm tần số cộng hưởng 48 4.3 Vấn đề kết nối trở kháng 51 4.3.1 Giới hạn công suất điện, kết nối trở kháng tinh thể áp điện 51 4.3.2 Kết nối trở kháng chi tiết khác cụm siêu âm 55 Chƣơng THÍ NGHIỆM SẤY, KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 56 5.1 Mơ hình thí nghiệm sấy 56 5.1.1 Chuẩn bị mẫu sấy 58 5.1.2 Dữ liệu sấy 60 5.2 Kết thảo luận 61 5.2.1 Kết sấy 61 5.2.2 Thảo luận 62 5.2.2.1 Thảo luận kết sấy 62 5.2.2.2 Thảo luận kết tính horn bậc 64 ix Chƣơng KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ 65 6.1 Kết luận 65 6.1.1 Tần số dao động riêng cụm phát sóng siêu âm trở kháng đo 65 6.1.2 Kết luận hiệu q trình sấy có hỗ trợ sóng siêu âm 66 6.1.3 Tổng kết 66 6.2 Đề nghị 67 6.2.1 Các vấn đề tồn 67 6.2.2 Hướng phát triển đề tài 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 PHỤ LỤC 72 x DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT FEM: Finite Element Method GA: Genetic Algorithm xi DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1: Cấu trúc chuyển đổi siêu âm dạng đĩa có bậc chuyển đổi dạng có bậc Hình 1.2: Cấu trúc chuyển đổi siêu âm dạng trụ mô phần tử hữu hạn cho dao động ống trụ Hình 1.3: Mơ hình chống tạo bọt siêu âm Hình 1.4: Hệ thống sấy siêu âm Hình 1.5: Sơ đồ sấy đối lưu khơng khí với hỗ trợ siêu âm Hình 1.6: Mơ hình thiết bị phát sóng siêu âm lượng cao gồm: Bộ chuyển đổi kiểu Langevin (1) – Horn khuếch đại dạng trục bậc (2) – Tấm bậc (3) Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý cụm thiết bị phát sóng siêu âm ứng dụng sấy 13 Hình 2.2: Horn dạng trục bậc 17 Hình 3.1: Sơ đồ thiết kế chi tiết horn dạng trục bậc 27 Hình 3.2: Sơ đồ thiết kế bậc 27 Hình 3.3: Đồ thị biểu diễn biên độ dao động horn ứng với tần số 19,2 kHz 29 Hình 3.4: Chia lưới mơ hình horn Model 30 Hình 3.5: Lấy kết tốn Result 30 Hình 3.6: Xác định điểm x0 32 Hình 3.7: Lưu đồ giải thuật tối ưu để xác định tần số làm việc kích thước thiết kế 33 Hình 3.8: Một số dạng dao động thiết kế 35 Hình 3.9: Phân bố chuyển vị phẳng có chiều dài 260 mm, dầy 29 mm dao động Mode 37 Hình 3.10: Phân bố chuyển vị bậc thiết kế tần số 19,2 kHz 39 Hình 3.11: Chia lưới cho mơ hình mức mịn 53766 phần tử; 83924 nút 41 xii Luận văn cao học GVHD : TS Phạm Huy Tuân Hình 5.5 Mẫu 1: Mẻ cà rốt chưa sấy; Mẫu 2: Mẻ cà rốt sấy với siêu âm; Mẫu 3: Mẻ cà rốt sấy khơng có siêu âm 5.2.2 Thảo luận 5.2.2.1 Thảo luận kết sấy Thí nghiệm thực đề tài khơng bố trí cách chuẩn mực để đánh giá đầy đủ thông số động học sấy, tìm thơng số động học sấy tối ưu giải toán sấy cụ thể Thí nghiệm đơn đánh giá sơ hiệu hỗ trợ lượng sóng siêu âm lên q trình sấy so với sấy khơng có siêu âm Căn vào kết hình 5.3, tác giả có số nhận xét sau: - Rõ ràng, sóng siêu âm giúp tăng tốc độ q trình sấy so với sấy khơng có hỗ trợ siêu âm Trong khoảng - 45 phút trình sấy, tốc độ sấy hai phương pháp thay đổi tương đồng Tuy nhiên, giai đoạn sau tình sấy từ phút 45 đến 75, tốc độ sấy phương pháp sấy có hỗ trợ siêu âm thay đổi rõ nét Trong đó, tốc độ phương pháp sấy thơng thường trì Điều giải thích nguyên lý tách ẩm sóng siêu âm Khi lớp ẩm bề mặt ngồi mẫu sấy bị tách ra, khả tách ẩm vật liệu bị hạn chế hình thành lớp ẩm ngăn cách bên bên ngồi Sóng siêu âm giúp làm mỏng lớp ẩm này, đồng thời gia tăng ứng suất bên khối vật liệu sấy, hình thành mao dẫn HVTH : Nguyễn Văn Thái Dương 62 Luận văn cao học GVHD : TS Phạm Huy Tuân giúp phân tử nước thoát ngồi nhiều Nhìn vào đồ thị hình 5.3, q trình diễn khơng mạnh mẽ lượng sóng siêu âm chưa đủ lớn Tuy nhiên, điều thấy - Q trình sấy lâu ảnh hưởng đến màu sắc chất lượng sản phẩm sấy Căn vào kết hình 5.4, cảm quan đánh giá sơ chất lượng sản phẩm sấy Tốc độ sấy nhanh sấy thông thường nhiệt độ thấp làm màu sắc mẻ sấy siêu âm giữ ngun Cịn chất lượng có tốt hay khơng cần có phân tích thành phần hóa học cho mẫu sấy kết luận Tuy nhiên, sấy nhiệt độ thấp, tốc độ sấy nhanh giúp cho sản phẩm sấy bảo tồn nhiều chất dinh dưỡng hơn, đặc biệt vi chất - Trong suốt trình sấy, tần số siêu âm trì mức 20,3 kHz Điều khác với mô phỏng, tần số làm việc mong muốn 20 kHz Khi tiến hành thí nghiệm thực tế, tác giả thấy tần số 20,3 kHz dao động bề mặt bậc mạnh tần số 20 kHz Ở tần số làm việc 20,3 kHz, dạng dao động bậc khơng cịn dạng uốn ngang Tuy nhiên, trình bày phần trước, cụm phát sóng siêu âm làm việc nhiều điểm tần số cộng hưởng khác Vấn đề đo đạc, đánh giá dạng dao động hay độ lớn biên độ dao động bậc tác giả không đủ phương tiện để thực - Bằng cảm quan thấy rằng, lát cà rốt mẫu sấy với siêu âm khơ khơng đồng Điều nhiều nguyên nhân, có phân bố không áp suất âm lên môi trường sấy mẫu sấy Sự không đồng phân bố chuyển vị không bậc Đây hạn chế thiết kế Một số thảo luận kết tính horn bậc phân tích bên để làm rõ vấn đề 5.2.2.2 Thảo luận kết tính horn bậc - Về kết tính chi tiết horn: horn dạng trục bậc chi tiết có biên dạng đơn giản tính tốn cơng thức giải tích Trên lý thuyết, vị trí điểm nút HVTH : Nguyễn Văn Thái Dương 63 Luận văn cao học GVHD : TS Phạm Huy Tuân (điểm có biên độ dao động 0) có độ lớn nửa chiều dài horn Trên thực tế, điều khơng Kết hình 3.6 nói lên điều Việc xác định xác điểm nút quan trọng Cụm chi tiết phát sóng siêu âm liên kết với khung máy qua mặt bích qua điểm nút Liên kết khơng xác làm giảm lượng sóng siêu âm phá hủy kết cấu máy Horn chế tạo sử dụng thí nghiệm có mặt bích liên kết với khung máy qua điểm chiều dài horn Thực tế, cụm phát sóng siêu âm rung nhiều, điều chứng tỏ vị trí mặt bích thiết kế khơng xác Năng lượng siêu âm bị triệt tiêu truyền dao động qua khung máy - Về kết tính bậc: bậc thiết kế có biên độ dao động lớn nhiều so với phẳng có kích thước dạng dao động Tuy nhiên, hai dạng có phân bố chuyển vị dọc theo chiều dài không đồng Đây hạn chế chi tiết loại Điều làm cho phân bố áp suất âm lên môi trường sấy vật liệu sấy không đồng Hiện tại, thiết kế bậc cịn tồn vấn đề: chưa kiểm sốt giá trị biên độ dao động chưa kiểm soát phân bố chuyển vị Để giải hai vấn đề này, phương pháp thiết kế nên áp dụng để giải hiệu tính tốn cho biên dạng phức tạp Tác giả có nghiên cứu tìm hướng giải tốt hi vọng giải vấn đề - Về kết tính ngun cụm: mơ tính tốn nên thực để đánh giá tần số dao động riêng dạng dao động chi tiết cụm Như trình bày, tác giả có kế thừa số thiết kế cụm phát siêu âm nên khơng đưa vấn đề mơ tính tốn ngun cụm để thực Tác giả thực tính tốn mơ cho cụm horn bậc Có thể mô nguyên cụm với chuyển đổi (transducer) kết sai lệch HVTH : Nguyễn Văn Thái Dương 64 Luận văn cao học GVHD : TS Phạm Huy Tuân CHƢƠNG KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ 6.1 Kết luận Một phát sóng siêu âm lượng cao với diện tích phát sóng mở rộng ứng dụng cho q trình sấy nơng sản tác giả tính tốn, chế tạo thử nghiệm thành cơng đề tài Các bước tiến hành tính tốn chi tiết khuếch đại dạng trục bậc, tính tốn bậc, kết nối trở kháng, chế tạo sấy thử nghiệm…đều tác giả trình bày cụ thể Trọng tâm đề tài giải phần khí, tính tốn phát sóng siêu âm lượng cao có diện tích phát sóng mở rộng ứng dụng công nghiệp sấy nông sản nên vấn đề khác liên quan đến nghiên cứu, tác giả cố gắng đưa vào để giải thích số tượng khơng tập trung giải Cuối cùng, thí nghiệm sấy với vật liệu sấy cà rốt thực để minh chứng cho hiệu thiết kế khí Một vài kết luận tác giả đưa 6.1.1 Tần số dao động riêng cụm phát sóng siêu âm trở kháng đo đƣợc Q trình tính tốn, mơ phỏng, tác giả giới thiệu công cụ hiệu để giải tốn tính dao động Tần số dao động riêng ứng với dạng dao động chi tiết cụm phát sóng siêu âm hàm mục tiêu tính tốn, điều khơng thể giải sử dụng cơng cụ giải tích thơng thường Tác giả đưa mơ hình tính tốn cho chi tiết khuếch đại dạng trục bậc, chi tiết bậc có diện tích phát xạ mở rộng Tần số dao động riêng hệ hai chi tiết kết nối với qua mối ghép ren tính tốn, mơ với điều kiện biên thực tế làm việc Tần số làm việc hệ tính tốn đạt 19987 Hz, thực tế làm việc 20,3 kHz Tuy có sai lệch điều khẳng định phần tính đắn phương pháp thiết kế HVTH : Nguyễn Văn Thái Dương 65 Luận văn cao học GVHD : TS Phạm Huy Tuân Kết nối trở kháng phần khí phần điện phần quan trọng cần phải giải nghiên cứu khác Trở kháng đo cụm phát sóng siêu âm có miền giá trị lớn, có tần số cộng hưởng xung quanh điểm thiết kế 20 kHz phù hợp cho việc kết nối trở kháng, tạo điều kiện thuận lợi để thiết kế mạch điện - điện tử dao động 6.1.2 Kết luận hiệu trình sấy có hỗ trợ sóng siêu âm Một thí nghiệm sấy cho vật liệu sấy cà rốt thực Phòng thực hành điều khiển PLC truyền động servo, Trung tâm công nghệ cao, Đại học sư phạm kỹ thuật TpHCM chứng minh hiệu trình sấy với hỗ trợ sóng siêu âm Vật liệu sấy tác động trực tiếp từ sóng siêu âm tạo thuận lợi cho trình tách ẩm vật liệu Với nhiệt độ sấy thấp, màu sắc chất lượng mẫu sấy đảm bảo Tốc độ sấy tăng lên đáng kể so sánh với q trình sấy thơng thường khơng có hỗ trợ sóng siêu âm Những kết luận phù hợp với kết luận tác giả khác mà tác giả trình bày phần tổng quan Tuy nhiên, cần phải thực nhiều thí nghiệm, thay đổi nhiều thơng số q trình sấy, có đủ thiết bị đo đạc đánh giá hiệu sấy siêu âm 6.1.3 Tổng kết Tác giả giải tất nội dung đề cập phần nhiệm vụ đề tài Một cụm chi tiết phát sóng siêu âm nghiên cứu, chế tạo để ứng dụng cho q trình sấy Một thí nghiệm sấy thực để minh chứng hiệu phương pháp sấy Đề tài không giải toán sấy cụ thể mà tập trung vào thiết bị sấy siêu âm với nhiệm vụ tính tốn cụm phát sóng siêu âm lượng cao có diện tích phát sóng mở rộng Rõ ràng, nhiều vấn đề liên quan đến nghiên cứu mà tác giả chưa giải triệt để, hướng mở cho nghiên cứu khác tác giả phân tích cụ thể phần đề nghị HVTH : Nguyễn Văn Thái Dương 66 Luận văn cao học GVHD : TS Phạm Huy Tuân 6.2 Đề nghị 6.2.1 Các vấn đề cịn tồn Qua thực tế tính tốn thí nghiệm, tác giả thấy cịn nhiều vấn đề cần phải xem xét, tìm hướng giải tốt đưa nghiên cứu vào ứng dụng sản xuất được: - Về phương pháp thiết kế: việc tính tốn chi tiết phát sóng siêu âm có biên dạng phức tạp đề tài cần thiết phải sử dụng phương pháp tính tốn tối ưu giải Hiện tại, tác giả sử dụng kỹ thuật tính tối ưu cho tốn dao động tảng phương pháp phần tử hữu hạn, sử dụng kết hợp phần mềm Matlab Ansys Tuy nhiên, q trình tối ưu tính tốn mơ hình 2D, hạn chế việc xây dựng mơ hình áp đặt điều kiện biên với chi tiết có biên dạng phức tạp Việc tính tốn phải qua nhiều cơng đoạn, phải mơ kiểm tra, điều chỉnh lại công cụ 3D xác Chính bất tiện nên tác giả thấy cần phát triển phương pháp để tính tốn hiệu Hiện tại, nghiên cứu tác nhiều nghiên cứu khác tác giả giới, hạn chế phương pháp tính tốn… tiết có biên dạng đáp ứng độ đồng biên độ dao động, áp suất âm…vẫn chưa nghiên cứu, phổ biến - Về vấn đề kết nối trở kháng: đề tài này, tác giả không tính tốn trở kháng phần khí cơng thức lý thuyết Như trình bày phần trước, kết nối trở kháng vấn đề phức tạp cần phải có nghiên cứu riêng biệt Trong nghiên cứu này, trở kháng phần đo đạc quan đo đạc chuyên dụng để xác định giá trị trở kháng, làm sở để thiết kế mạch dao động Điều giống kết kéo theo khơng kiểm sốt Chính thế, tính tốn, mơ trở kháng phải nghiên cứu, kiểm soát tần số cộng hưởng cụm chi tiết, tránh sai số không cần thiết HVTH : Nguyễn Văn Thái Dương 67 Luận văn cao học GVHD : TS Phạm Huy Tuân - Về vật liệu chế tạo chi tiết cụm phát sóng siêu âm: vật liệu chế tạo cần phải chọn lựa kỹ, phải tuân thủ quy tắc mà tác giả đề cập phần trước Tuy nhiên, khó khăn khó có vật liệu đủ chuẩn mà không bị khuyết tật, thiết kế Điều ảnh hưởng lớn đên tuổi thọ hiệu làm việc chi tiết 6.2.2 Hƣớng phát triển đề tài Từ vài vấn đề tồn trên, tác giả đề xuất phương pháp thiết kế để tính tốn cho chi tiết có diện tích phát sóng siêu âm mở rộng áp dụng cho trình sấy Một kỹ thuật tối ưu mơ hình 3D khơng phải 2D tác giả sử dụng Đó kết hợp phần mềm mơ hình 3D mạnh mẽ SolidWorks phần mềm tính tốn, mơ đa trường Ansys Việc xây dựng mơ hình tham số hóa biến thiết kế SolidWorks thực Quá trình tối ưu với hàm mục tiêu cụ thể Ansys giải Với việc sử dụng công cụ thiết kế hiệu hơn, tác giả phát triển nhiều chi tiết phát sóng siêu âm có biên dạng phức tạp để giải khuyết điểm tồn bậc nghiên cứu Biên độ dao động đồng kiểm sốt Do đó, áp suất âm lên mơi trường lưu chất vật liệu sấy mạnh mẽ đồng Nếu giải vấn đề này, họ phát sóng siêu âm có diện tích phát sóng mở rộng đời, góp phần nâng cao hiệu trình sấy, đồng thời giải hàng loạt q trình khác cơng nhiệp HVTH : Nguyễn Văn Thái Dương 68 Luận văn cao học GVHD : TS Phạm Huy Tuân TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT [1] Nguyễn Hoài Sơn, Lê Thanh Phong, Mai Đức Đãi, Ứng Dụng Phương Pháp Phần Tử Hữu Hạn Trong Tính Tốn Kết Cấu, NXB Đại học Quốc gia Tp.HCM, Trang 3, 2011 TIẾNG NƢỚC NGOÀI [2] Abramov O.V., High-intensity ultrasonic: theory and industrial applications, 1998, page 435, 447 [3] Chee Keong Ng, et al., Experimental study of micro- and nano-scale cutting of aluminum 7075-T6, Int J of Machine Tools and Manufacture, 46, 2006 pp 929–936 [4] Cesar Ozuna., Juan A Carcel., Jose V García-Pérez∗ and Antonio Mulet., Improvement of water transport mechanisms during potato drying by applying ultrasound, Society of Chemical Industry, 2011 [5] Cárcel JA., García-Peréz JV., Riera E and Mulet A., Influence of high intensity ultrasound on drying kinetics of persimmon, Dry Technol 25:185–193 (2007) [6] Cárcel JA., Nogueira RI., García-Pérez JV., Sanjuan N., Riera E., UI-trasound effects on the mass tranfers during drying kinetic of olive leave (Olea europea, var serrana), Deffect Diffus Forum 297–301:1083–1090 (2010) [7] Da-Mota VM and Palau E., Acoustic drying of onion, Dry Technol 17:855–867 (1999) [8] García-Pérez JV., Cárcel JA., Benedito J and Mulet A., Power ultrasound mass transfer enhancement in food drying, Food Bioprod Process 85:247–254 (2007) [9] García-Pérez JV., Rosello C., Cárcel JA., De la Fuente S and Mulet A., Effect of air temperature on convective drying assisted by high power ultrasound, Deffect Diffus Forum 258–260:563–74 (2006) HVTH : Nguyễn Văn Thái Dương 69 Luận văn cao học GVHD : TS Phạm Huy Tuân [10] Gallego-Juárez JA., Some applications of power ultrasound to food processing, in Ultrasound in Food Processing, ed by Povey MJW and Mason TJ Blackie Academic and Professional, Glasgow (1998) [11] García-Perez JV., Cárcel JA., Riera E and Mulet A., Influence of the applied acoustic energy on the drying of carrots and lemon peel, DryTechnol 27:281–287 (2009) [12] Gallego-Juárez JA., High power ultrasound processing: recent devel- opments and prospective advances, Physics Procedia 3:35–47 (2010) [13] Gallego-Juárez JS., Rodriguez-Corral G., Galvez-Moraleda JC and Yang TS., A new high intensity ultrasonic technology for food dehydration, Dry Technol 17:597– 608 (1999) [14] Gallego-Juárez JA., Rodriguez G., Acosta V and Riera E., Power ultrasonic transducers with extensive radiators for industrial processing, Ultrasonics Sonochemistry, Vol 17 (2010), pp 953–964 [15] Huxsoll CC and Hall CW., Effects of sonic irradiation on drying rates of wheat and shelled corn, Trans ASAE 13:21–24 (1970) [16] Huu-Tu Nguyen, et al., A nonrational B-spline profiled horn with high displacement amplification for ultrasonic welding, Ultrasonics, 54 , pp 2063–2071, 2014 [17] Iula, A., et al., A high displacement ultrasonic actuator based on a flexural mechanical amplifier, Sensors and Actuators A, 125 (2006), pp 118–123 [18] J A Gallego-Juarez., High power ultrasonic processing: recent developments and prospective advances, International Congress on Ultrasonics, January 2009 [19] Juan A Gallego-Juárez., High Power Ultrasonic Transducers, Institute of Acoustics, CSIC Serrano, 144, 28006 Madrid, Spain HVTH : Nguyễn Văn Thái Dương 70 Luận văn cao học GVHD : TS Phạm Huy Tuân [20] Muralidhara HS and Ensminger D., Acoustic drying of green rice, Dry Technol 4:137–143 (1986) [21] M Nad., Ultrasonic horn design for ultrasonic machining technologies, Applied and Computational Mechanics (2010) 79–88 [22] Nakagawa S, Yamashita T and Miura H, Ultrasonic drying of walleye pollack surimi Nippon Shokuhin Kagaku Kaishi 43:388–394 (1996) [23] Ortuno C., García-Pérez JV., Cárcel JA., Femenia A and Mulet A., Modelling of ultrasonically assisted convective drying of eggplant, in Proceedings of the 17th International Drying Symposium (IDS 2010), Magdeburg, Germany (2010) [24] Ortuno C., Perez-Munuera I., Puig A., Riera E and García-Pérez JV., In-fluence of power ultrasound application on mass transport and microestructure of orange peel during hot air drying, Physics Procedia 3:153–159 (2010) [25] Tao Li., Jan Ma and Adrian F Low., Horn-Type Piezoelectric UltrasonicTransducer: Modelling and Applications, Advances in Piezoelectric Transducers, Dr Farzad Ebrahimi (Ed.), ISBN: 978-953-307-931-8, InTech, 2011 [26] Wang D.A., Chuang W.Y., Hsu K., Pham H.T., Design of a Bézier-profile horn for high displacement amplification, Ultrasonics, 51, pp 148-156, 2011 HVTH : Nguyễn Văn Thái Dương 71 Luận văn cao học GVHD : TS Phạm Huy Tuân PHỤ LỤC Code tính cho horn ! Create: Jan 2014 ! Modified: FINISH /CLEAR /TITLE, harmonic analysis eps0=8.854e-5 !free space permittivity [uF/cm] /PREP7 ET,1,plane82, , ,1 !2d 2nd order axisymmetric element EMUNIT,epzro,eps0 /COM, Steel material properties MP,EX,1,2.100000e+011 MP,NUXY,1,3.000000e-001 MP,DENS,1,7.80000000e+003 !KEYOPT,1,3,3 !Plane stress with thickness (TK) real constant input K , , 0.000000e+000 , 0.000000e+000 K , , 0.000000e+000 , 0.129 K , , 0.02 , 0.129 K , , 0.02, 0.062 K , , 0.03 , 0.062 K , , 0.03 , L,1,2 L,2,3 L,3,4 L,4,5 L,5,6 L,6,1 AL,ALL SMRTSIZE,5 AMESH , ALL NSEL,S,LOC,X,0 CM, nset_xsymm,NODE NSEL,ALL NSEL,S,NODE,2 CM, nset_monitor,NODE NSEL,ALL NSEL,S,LOC,Y,0 CM, nset_bot,NODE NSEL,ALL NSEL,S,LOC,X,0 NSEL,R,LOC,Y,0 CM, nset_botcenter,NODE NSEL,ALL FINISH /SOLU ANTYPE,HARMIC HARFRQ,1e3,50e3 NSUBST,200 KBC,1 D,nset_xsymm,UX,0.0 F,nset_bot,FY,0.1 NSEL,ALL SOLVE FINISH HVTH : Nguyễn Văn Thái Dương Phần tiêu đề Phần khai báo phần tử vật liệu Phần xây dựng mơ hình horn Phần chia lưới chuẩn bị tập node để đặt điều kiện biên Phần đặt điều kiện biên giải toán 72 Luận văn cao học GVHD : TS Phạm Huy Tuân PHỤ LỤC Code tính cho bậc ! Create by: Duong ! Date: March 2014 ! Modified by: Dr Pham Huy Tuan ! Date: 30.3.2014 ! FINISH /CLEAR /TITLE, Mode analysis eps0=8.854e-5 !free space permittivity [uF/cm] /PREP7 ET,1,plane183,0, ,2 !2D 8-node structural solid, (plane strain?) EMUNIT,epzro,eps0 /COM, General Aluminium Alloy material properties MP,EX,1,7.170000e+005 MP,NUXY,1,3.300000e-001 MP,DENS,1,2.810000e+000 !KEYOPT,1,3,3 !Plane stress with thickness (TK) real constant input K , , 0.000000e+000 , 5.458828e-001 K , , 0.000000e+000 , 2.322812e+000 K , , 1.755000e+000 , 2.322812e+000 K , , 2.755000e+000 , 2.868695e+000 K , , 5.370000e+000 , 2.868695e+000 K , , 6.370000e+000 , 2.322812e+000 K , , 1.040000e+001 , 2.322812e+000 K , , 1.140000e+001 , 2.868695e+000 K , , 1.460000e+001 , 2.868695e+000 K , 10 , 1.560000e+001 , 2.322812e+000 K , 11 , 1.963000e+001 , 2.322812e+000 K , 12 , 2.063000e+001 , 2.868695e+000 K , 13 , 2.324500e+001 , 2.868695e+000 K , 14 , 2.424500e+001 , 2.322812e+000 K , 15 , 2.600000e+001 , 2.322812e+000 K , 16 , 2.600000e+001 , 5.458828e-001 K , 17 , 2.424500e+001 , 5.458828e-001 K , 18 , 2.324500e+001 , 0.000000e+000 K , 19 , 2.063000e+001 , 0.000000e+000 K , 20 , 1.963000e+001 , 5.458828e-001 K , 21 , 1.560000e+001 , 5.458828e-001 K , 22 , 1.460000e+001 , 0.000000e+000 K , 23 , 1.140000e+001 , 0.000000e+000 K , 24 , 1.040000e+001 , 5.458828e-001 K , 25 , 6.370000e+000 , 5.458828e-001 K , 26 , 5.370000e+000 , 0.000000e+000 K , 27 , 2.755000e+000 , 0.000000e+000 K , 28 , 1.755000e+000 , 5.458828e-001 L,1,2 L,2,3 L,3,4 L,4,5 L,5,6 L,6,7 L,7,8 L,8,9 L , , 10 L , 10 , 11 L , 11 , 12 L , 12 , 13 L , 13 , 14 L , 14 , 15 L , 15 , 16 L , 16 , 17 HVTH : Nguyễn Văn Thái Dương Phần tiêu đề Phần khai báo phần tử vật liệu Phần xây dựng mơ hình cho bậc 73 Luận văn cao học L , 17 , 18 L , 18 , 19 L , 19 , 20 L , 20 , 21 L , 21 , 22 L , 22 , 23 L , 23 , 24 L , 24 , 25 L , 25 , 26 L , 26 , 27 L , 27 , 28 L , 28 , AL,ALL SMRTSIZE,5 AMESH , ALL NSEL,S,LOC,Y,0 NSEL,U,LOC,X,0,11.425 NSEL,U,LOC,X,14.575,26 CM, nset_fix,NODE NSEL,ALL FINISH ! /SOLU ANTYPE,MODAL MODOPT,LANB,8 MXPAND,8 TOTAL,10,1 D,nset_fix,ALL,0.0 NSEL,ALL SOLVE FINISH ! /POST1 *GET,LoadSteps,ACTIVE,0,SET,SBST !lay so Substep (SBST) cuoi sung *DIM,disp,ARRAY,LoadSteps,2 !luu vao ma tran cot *DO,count,1,LoadSteps,1 SET,1,count *GET,frequency_Mode,ACTIVE,0,SET,FREQ !lay tan so cua current Mode disp(count,1) = count disp(count,2) = frequency_Mode *ENDDO /OUTPUT, mode_response.txt *VWRITE,disp(1,1),disp(1,2) %15g %15g /OUTPUT FINISH GVHD : TS Phạm Huy Tuân Phần chia lưới chuẩn bị tập node để đặt điều kiện biên Phần đặt điều kiện biên giải toán Phần lấy liệu Để giải toán đề tài này, tác giả sử dụng nhiều code khác Do hạn chế dung lượng trang để trình bày nên tác giả khơng đưa vào Bạn đọc liên hệ trực tiếp tác giả có nhu cầu HVTH : Nguyễn Văn Thái Dương 74 Luận văn cao học GVHD : TS Phạm Huy Tuân PHỤ LỤC Danh sách nội dung (trang sau) cơng trình công bố: [1] Pham Huy Tuan., Nguyen Van Thai Duong., Nguyen Xuan Quang., Computational Modeling and Design Of A High-Intensisty Ultrasonic Transducer With Extensive Radiator For Food Dehydration, The 2014 International Conference on Green Technology and Sustainable Development (GTSD2014), HCM city University of Technical Education, Oct 30th – 31th, HCM city, Vietnam (Accepted) HVTH : Nguyễn Văn Thái Dương 75 ... ẩm sóng siêu âm Như trình bày sơ lược chương 1, phần sấy, sấy với hỗ trợ sóng siêu âm lượng cao có phương pháp: sấy siêu âm gián tiếp sấy siêu âm trực tiếp Đối với sấy gián tiếp, lượng sóng siêu. .. sấy siêu âm Vì vậy, khó để dự đốn hiệu ứng dụng siêu âm vào sản phẩm cụ thể ảnh hưởng hai trình biến sản phẩm Nghiên cứu ảnh hưởng siêu âm đến trình chuyển đổi khối lượng phải thực ứng dụng siêu. .. nhiệt sấy tới chất lượng sản phẩm Đề tài sử dụng mơ hình sấy gián tiếp (sấy đối lưu với hỗ trợ siêu âm) để tiến hành thử nghiệm hiệu việc ứng dụng siêu âm vào hỗ trợ sấy đánh giá chất lượng hiệu