Như đã trình bày sơ lược chương 1, phần sấy, sấy với sự hỗ trợ c a 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 được truyền qua môi trư ng không khí sau đó mới tiếp xúc với vật liệu sấy. Bản chất c a sóng siêu âm cũng là sóng cơ học nên chúng cũng có các tác động cơ học lên vật liệu sấy.
Sấy siêu âm gián tiếp có hiệu quảcao đối với các vật liệu sấy nhạy với nhiệt. Tác động cơ học c a sóng siêu âm làm mỏng, xé mảnh lớp biên ẩm ngăn cách giữa vật liệu sấy với môi trư ng bên ngoài nên tăng khả năng khuếch tán ẩm ra môi trư ng. Tác dụng này cũng tương tựnhư cách chúng ta sử dụng các phương pháp khác đểlàm tăng diện tích bề mặt tiếp xúc c a vật liệu sấy với môi trư ng như trong sấy mẻ tĩnh, sấy tầng sôi...Tuy nhiên, với sóng siêu âm tác dụng này là mạnh mẽ và hiệu quả hơn vì với nhiệt độ môi trư ng chúng ta vẫn sấy được và hiệu quả khá cao. Tuy nhiên, sấy siêu âm gián tiếp có một tr ngại lớn là tr kháng âm c a môi trư ng không khí thấp. Vấn đề này sẽ làm 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 quảhơn 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 ng suất bên trong c a vật liệu sấy, tăng co bóp…tạo ra vô số các mao dẫn bên trong và mặt biên c a vật liệu sấy. Kết quả là tăng hiệu quả c a quá trình khuếch tán ẩm ra môi trư ng bên ngoài. Hiệu ng này gọi là hiệu ng bọt biển (sponge effect) (J. A. Gallego-Juárez et al, 1999; Gallego- Juárez, 2009, 2010).
Luận văn cao học GVHD : TS. Phạm Huy Tuân
HVTH : Nguyễn Văn Thái Dương 20
Hiệu quả c a quá trình sấy bằng sự hỗ trợ c a siêu âm không những phụ thuộc vào năng lượng sóng âm mà còn phụ thuộc vào nhiều biến quá trình khác như: tốc độ quạt thổi khí nóng, độẩm môi trư ng sấy, nhiệt độ sấy, tốc độ quạt hút, mẫu sấy…Như đã trình bày phần tổng quan, sấy với sự hỗ trợ c a siêu âm đã được khẳng định là hiệu quả với nhiều vật liệu sấy khác nhau, nhưng đặc biệt hiệu quảđối với các vật liệu nhạy với nhiệt.
Luận văn cao học GVHD : TS. Phạm Huy Tuân
HVTH : Nguyễn Văn Thái Dương 21
CH NG 3
TệNH TOÁN, THIẾT KẾ CHI TIẾT HORN D NG TRỤC
BẬC VÀ T M BẬC
Horn dạng trục bậc là chi tiết trung gian nằm trong cụm thiết bị hỗ trợ siêu âm quá trình sấy có nhiệm vụ khuếch đại dao động một phần từ bộ chuyển đổi siêu âm kiểu Langevin tới chi tiết tấm bậc. Chi tiết khuếch đại trung gian này có thể là một trong các biên dạng như biên dạng hàm mũ, dạng bậc, dạng sin, dạng hình nón, biên dạng catenoidal (Abramov O.V, 1998) hoặc như các biên dạng mới được phát triển
gần đây như biên dạng Bezier (Wang D.A et al., 2011) hay B-Spline (Nguyen H.T et
al., 2013). Tuy nhiên, biên dạng trục bậc được cho là dễ dàng trong việc chế tạo và có
hệ số khuếch đại dao động lớn hơn các biên dạng khác khi cùng kích thước và đây là
yêu cầu cơ bản trong việc tính toán chi tiết khuếch đại dao động trong ng dụng sấy. Vì vậy, horn biên dạng trục bậc được chọn để tính toán trong đề tài này. Trong khi đó,
tấm bậc là một chi tiết có biên dạng ph c tạp. Hiện tại, kiểu chi tiết khuếch đại và có diện tích phát xạ siêu âm mở rộng loại này chưa có công th c giải tích để tính toán; do
đó việc tính toán ch yếu dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn và giải thuật tối ưu.
Bài toán phân tích dao động được xây dựng trên nền code viết theo phần mềm Ansys
14 để tìm tần sốdao động riêng và dạng dao động c a chi tiết tấm bậc. Một giải thuật
tối ưu được sử dụng được viết bằng phần mềm Matlab để tìm ra giá trị tần số tối ưu
(20 kHz) để có thể cộng hưởng với các chi tiết dao động khác trong cụm phát sóng siêu
âm. Việc tính toán sử dụng đồng thời các phương pháp đểđánh giá chính xác nhất các
Luận văn cao học GVHD : TS. Phạm Huy Tuân
HVTH : Nguyễn Văn Thái Dương 22