nghiên cứu ứng dụng sóng siêu âm trong sấy chất lượng cao sản phẩm nông sản quy mô công nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN THÁI DƯƠNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG SÓNG SIÊU ÂM TRONG SẤY CHẤT LƯỢNG CAO SẢN PHẨM NÔNG SẢN QUY MÔ CÔNG NGHIỆP NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103 S K C0 3 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN THÁI DƯƠNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG SÓNG SIÊU ÂM TRONG SẤY CHẤT LƯỢNG CAO SẢN PHẨM NÔNG SẢN QUY MÔ CÔNG NGHIỆP NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN THÁI DƯƠNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG SÓNG SIÊU ÂM TRONG SẤY CHẤT LƯỢNG CAO SẢN PHẨM NÔNG SẢN QUY MÔ CÔNG NGHIỆP NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103 Hướng dẫn khoa học: TS PHẠM HUY TUÂN Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2014 LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Nguyễn Văn Thái Dương Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 01/01/1988 Nơi sinh: Khánh Hòa Quê quán: Khánh Hòa Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: 326 Bình Lợi, Bình Thạnh, TpHCM Điện thoại: 0986586207 E-mail: thaiduong_nls88@yahoo.com.vn II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Đại học: Hệ đào tạo: quy Thời gian đào tạo: năm 2006 - 2010 Nơi học: Trường Đại học Nông Lâm Tp.HCM Ngành học: Cơ Khí Nông Lâm Tên đồ án, luận án môn thi tốt nghiệp: “ Khảo nghiệm đánh giá khả ứng dụng máy gieo Boktseeder” Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án thi tốt nghiệp: bảo vệ đồ án tốt nghiệp vào năm 2010 khoa khí khí công nghệ Người hướng dẫn: TS Bùi Ngọc Hùng, ThS Nguyễn Hải Triều III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian 11/2010 đến Nơi công tác Công ty TNHH Dynaplast Pakeging VN i Công việc đảm nhiệm Production Supervisor IV CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI: [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) ii LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công 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 hoàn 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 hoàn thiện đề tài Tôi xin cảm ơn quý 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 Cô quản lý chương trình cao học tạo điều kiện tốt trình học Xin cảm ơn tác giả tài liệu mà sử dụng suốt trình nghiên cứu hoàn 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 động viên, 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 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 toán di truyền phân tích phần tử hữu hạn Toàn cấu trúc làm việc tần số 20kHz Một phân tích trường áp suất âm với mô hình cấu trúc rắn - lưu chất thực để điều tra phân bố áp suất âm môi 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 công bố 1.1.1 Các 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 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 siêu âm 5.2.2 Thảo luận 5.2.2.1 Thảo luận kết sấy Thí nghiệm thực đề tài không bố trí cách chuẩn mực để đánh giá đầy đủ thông số động học sấy, tìm thông 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 trình sấy so với sấy siêu âm Căn vào kết hình 5.3, tác giả có số nhận xét sau: - Rõ ràng, sóng siêu âm giúp tăng tốc độ trình sấy so với sấy 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 thông thường trì Điều giải thích nguyên lý tách ẩm sóng siêu âm Khi lớp ẩm bề mặt mẫu sấy bị tách ra, khả tách ẩm vật liệu bị hạn chế hình thành lớp ẩm ngăn cách bên bên 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 nhiều Nhìn vào đồ thị hình 5.3, trình diễn không mạnh mẽ lượng sóng siêu âm chưa đủ lớn Tuy nhiên, điều thấy - Quá 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 nguyên Còn chất lượng có tốt hay không 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 không 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 khô không 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 toán công 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 không 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 không 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 không 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 tồn vấn đề: chưa kiểm soát 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 toán cho biên dạng phức tạp Tác giả có nghiên cứu tìm hướng giải tốt hi vọng giải vấn đề - Về kết tính nguyên cụm: mô tính toán 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 không đưa vấn đề mô tính toán nguyên cụm để thực Tác giả thực tính toán mô 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 trình sấy nông sản tác giả tính toán, chế tạo thử nghiệm thành công đề tài Các bước tiến hành tính toán chi tiết khuếch đại dạng trục bậc, tính toán 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 toán 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 không 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 Quá trình tính toán, mô phỏng, tác giả giới thiệu công cụ hiệu để giải toán tính dao động Tần số dao động riêng ứng với dạng dao động chi tiết cụm phát sóng siêu âm hàm mục tiêu tính toán, điều giải sử dụng công cụ giải tích thông thường Tác giả đưa mô hình tính toán 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 toán, mô với điều kiện biên thực tế làm việc Tần số làm việc hệ tính toán 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 trình sấy thông thường 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 thông số 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 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 toán 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 tồn Qua thực tế tính toán thí nghiệm, tác giả thấy 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 toán chi tiết phát sóng siêu âm có biên dạng phức tạp đề tài cần thiết phải sử dụng phương pháp tính toán tối ưu giải Hiện tại, tác giả sử dụng kỹ thuật tính tối ưu cho toán dao động tảng phương pháp phần tử hữu hạn, sử dụng kết hợp phần mềm Matlab Ansys Tuy nhiên, trình tối ưu tính toán mô hình 2D, hạn chế việc xây dựng mô hình áp đặt điều kiện biên với chi tiết có biên dạng phức tạp Việc tính toán phải qua nhiều công đoạn, phải mô kiểm tra, điều chỉnh lại công cụ 3D xác Chính bất tiện nên tác giả thấy cần phát triển phương pháp để tính toán hiệu Hiện tại, nghiên cứu tác nhiều nghiên cứu khác tác giả giới, hạn chế phương pháp tính toán… 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 toán trở kháng phần khí công 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 không kiểm soát Chính thế, tính toán, mô 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 toán cho chi tiết có diện tích phát sóng siêu âm mở rộng áp dụng cho trình sấy Một kỹ thuật tối ưu mô hình 3D 2D tác giả sử dụng Đó kết hợp phần mềm mô hình 3D mạnh mẽ SolidWorks phần mềm tính toán, mô đa trường Ansys Việc xây dựng mô 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 soát Do đó, áp suất âm lên môi 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 trình khác công 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 Toán 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 mô 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 mô 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 không 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) công 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 [...]... thiết kế thiết bị siêu âm hỗ trợ cho quá trình sấy nóng ứng dụng cho các sản phẩm nông nghiệp có giá trị cao, chưa được nghiên cứu để sấy bảo quản với việc phân tích các ảnh hưởng của nhiệt sấy tới chất lượng của sản phẩm Đề tài sử dụng mô hình sấy gián tiếp (sấy đối lưu với sự hỗ trợ của siêu âm) để tiến hành thử nghiệm hiệu quả của việc ứng dụng siêu âm vào hỗ trợ sấy và đánh giá chất lượng cũng như... thống sấy siêu âm Nguồn: (Gallego-Juárez, 2009, 2010) - Ngoài ra, siêu âm năng lượng cao còn được ứng dụng trong nhiều khía cạnh khác như trong vấn đề môi trường, làm sạch, gia công cơ khí Trong khuôn khổ nghiên cứu của đề tài này, tác giả chỉ quan tâm đến lĩnh vực ứng dụng của sóng siêu âm năng lượng cao trong công nghiệp thực phẩm, mà đặc biệt là quá trình sấy HVTH : Nguyễn Văn Thái Dương 4 Luận văn cao. .. chuyển đổi siêu âm dạng trụ và một mô phỏng phần tử hữu hạn cho dao động của ống trụ Nguồn: (Gallego-Juárez, 2009, 2010) - Ứng dụng siêu âm trong ngành công nghiệp thực phẩm Ứng dụng của năng lượng siêu âm trong công nghệ chế biến thực phẩm là một trong những lĩnh vực hứa hẹn nhất cho tiến bộ trong tương lai của siêu âm Cách làm sạch của năng lượng siêu âm như một chất hóa học không gây ô nhiễm, không... các ứng dụng siêu âm trong chống tạo bọt, sấy và quá trình khai thác chất lỏng siêu tới hạn… Hình 1.3 giới thiệu mô hình chống tạo bọt bằng siêu âm trong công nghiệp HVTH : Nguyễn Văn Thái Dương 3 Luận văn cao học GVHD : TS Phạm Huy Tuân Hình 1.3 Mô hình chống tạo bọt bằng siêu âm Nguồn: (Gallego-Juárez, 2009, 2010) Hình 1.4 giới thiệu một mô hình sấy đối lưu có sự hỗ trợ của năng lượng sóng siêu âm. .. trình sấy 1.2 Mục đích của đề tài Nghiên cứu tính toán, chế tạo và thử nghiệm cụm thiết bị phát sóng siêu âm năng lượng cao làm việc ở tần số 20 kHz (Hình 1.6) hỗ trợ quá trình sấy khô, kiểu sấy nóng với dòng không khí cưỡng bức được áp dụng cho các sản phẩm nông nghiệp chất lượng cao ở quy mô công nghiệp như hạt gấc, mật ong, nhân sâm, lúa gạo, hạt giống HVTH : Nguyễn Văn Thái Dương 7 Luận văn cao. .. giảm năng lượng sóng siêu âm trước khi nó tiếp xúc với vật liệu sấy Trong khi đó, sấy siêu âm trực tiếp được đánh giá là hiệu quả hơn sấy gián tiếp Vật liệu sấy được đặt trực tiếp lên tấm công tác, vì thế sóng âm sẽ tác dụng trực tiếp với vật liệu sấy Tác dụng sóng âm sẽ làm tăng ứng suất bên trong của vật liệu sấy, tăng co bóp…tạo ra vô số các mao dẫn bên trong và mặt biên của vật liệu sấy Kết quả... Tốc độ sấy khô có thể được tăng lên bằng cách kết hợp đầy đủ các nguồn năng lượng, chẳng hạn như vi sóng, bức xạ hồng ngoại, siêu âm năng lượng cao So với các công nghệ sấy khác, sấy đối lưu với sự hỗ trợ của siêu âm giới thiệu một cách hiệu quả để nâng cao tốc độ sấy dưới điều kiện hiệu ứng nhiệt thấp và làm hạn chế sự mất mát về chất lượng trong sản phẩm Đã có nhiều kết luận trong các nghiên cứu về... et al., 2006) hoặc năng lượng siêu âm được sử dụng (García-Peréz et al., 2009) Ngoài ra, đặc tính sản phẩm cũng tác động đến ảnh hưởng của siêu âm vào các quá trình sấy khô Do đó, những sản phẩm có độ xốp cao dễ bị ứng suất cơ học (do sự cản trở cơ học thấp của chúng) sẽ hiệu quả hơn trong sấy bằng siêu âm Vì vậy, rất khó để dự đoán hiệu quả của ứng dụng siêu âm vào một sản phẩm cụ thể nào đó do ảnh... sự mô tả cụ thể hơn giải thuật này sẽ được tác giả trình bày trong phần 3.3.2.2.1 hoặc bạn đọc có thể tham khảo từ tác giả Wang.D.A et all, 2011 2.4 Nguyên lý tách ẩm bằng sóng siêu âm Như đã trình bày sơ lược ở chương 1, phần sấy, sấy với sự hỗ trợ của sóng siêu âm năng lượng cao hiện nay có 2 phương pháp: sấy siêu âm gián tiếp và sấy siêu âm trực tiếp Đối với sấy gián tiếp, năng lượng sóng siêu âm. .. các biến sản phẩm Nghiên cứu về ảnh hưởng siêu âm đến quá trình chuyển đổi khối lượng phải được thực hiện khi một ứng dụng siêu âm được thiết kế cho một sản phẩm cụ thể không giải quy t trước đó Hình 1.5 giới thiệu mô hình sấy đối lưu với sự hỗ trợ của sóng siêu âm Hình 1.5 Sơ đồ sấy đối lưu không khí với sự hỗ trợ của siêu âm Nguồn: (Ortuno et al., 2010) HVTH : Nguyễn Văn Thái Dương 6 Luận văn cao học