Висновки

У роботі отримано наступні основні результати:

1. Обґрунтовано актуальність дослідження процесів харчових технологій із застосуванням геометричних моделей та системного розгляду. Системний аналіз узагальненої моделі технологічного процесу теплової обробки ІЧ-випромінюванням показав, що більшість зв'язків між її елементами носять геометричний характер.

2. Виявлено, що основною задачею удосконалення ІЧ-установки, геометричного моделювання та керування процесом теплової обробки харчових продуктів, є конструювання та розрахунок опромінюючої підсистеми, основним елементом якої є відбивач-рефлектор. Відповідно, актуальною є проблема проектування відбивальних систем, які б забезпечили формування пучка променів із наперед заданими властивостями.

3. Геометричне керування величиною сумарного теплового потоку від джерела випромінювання, обладнаного відбивачем, можна здійснювати зміною параметрів прямого випромінювання (зміною розташування випромінювача) та відбитого від рефлектора випромінювання (видом кривої, що описує форму рефлектора).

4. Розвинуто теорію фокусуючих систем шляхом введення поняття керуючої розподілом відбитих променів функції та отримано її опис на основі розв'язання основного диференціального рівняння. Виконання низки тестових прикладів доводить, що в роботі одержано метод визначення форми профілю циліндричного рефлектора, який дозволяє формувати пучки відбитих променів із заданими властивостями, у тому числі, забезпечити рівномірний розподіл променевого потоку в ІЧ- установці.

5. Розроблена геометрична модель процесу теплопередачі ІЧ-випромінюванням одержана на базі основних фізичних закономірностей і дозволяє визначати кількісні характеристики променевого теплового потоку як у діатермічному, так і у поглинаючому газовому середовищах.

6. Запропонований експрес-метод на основі фотографування та подальшої комп'ютерної обробки інформації дозволяє оперативно отримувати дані про характер енергетичної освітлюваності, і на підставі цього робити висновки про розподіл опромінення на продукті та про відбивальні властивості рефлекторів.

7. Проведені експерименти дозволили визначити характер та значення теплового потоку в камерах реальних апаратів харчових та переробних виробництв. Порівняння результатів розрахунків на основі моделі з теоретичними та експериментальними даними доводить, що створена комп'ютерна модель є прийнятною для інженерних розрахунків.

8. Результати роботи впроваджено в технологічну практику харчових виробництв та в навчальний процес.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Тормосов Ю.М. Метод визначення сім'ї фігур на площині рівня, що забезпечують однаковий тепловий потік.-Сучасні проблеми геометричного моделювання: Зб. праць міжнар. наук.-практ. конф. /Харк. держ. академія технол. та орг. харчування.-Харків, 2001.- С.50-54.

2. Тормосов Ю.М. Про циліндричний відбивач, який забезпечить рівномірне нагрівання смуги площини. Прикладна геометрія та інженерна графіка. Праці/ Таврійська державна агротехнічна академія - Вип. 4, т. 12. -Мелітополь: ТДАТА, 2001.- С.71-74.

3. Тормосов Ю.М. Визначення теплового потоку випромінювання від циліндричного ТЕНа до прямокутника. // Проблемы пожарной безопасности. Сб. науч. тр. АПБ Украины - Вып. 10.-Харьков: Фолио, 2001.-С.182-186.

4. Тормосов Ю.М., Максимова М.О. Властивості синусоїди як відбивача променів тепла. Прикладна геометрія та інженерна графіка. Праці/ Таврійська державна агротехнічна академія - Вип. 4, т. 14.-Мелітополь: ТДАТА, 2001.- С.108-112.

5. Y.M.Tormosov, Ph.D. Determination of a family of figures in a level plane Providing ldentical Heat Flow // Прикладна геометрія та інженерна графіка: Міжвідомчий науково-технічний збірник. Випуск 70. Відповід. редактор

В.Є. Михайленко.- К.: КНУБА, 2002. -С. 258-262.

6. Тормосов Ю.М., Максимова М.О. Синусоїдальний відбивач теплових променів.-Праці/ Таврійська державна агротехнічна академія - Вип. 4, т. 15. -Мелітополь: ТДАТА, 2002.- С.52-57.

7. Михайленко В.Є., Черевко О.І., Тормосов Ю.М. Геометричне моделювання променевого теплообміну для оптимізації конструкцій ІЧ-установок харчової промисловості. // Геометричне та комп'ютерне моделювання: Збірник наукових праць. Випуск 1. Відповід. редактор Л.М. Куценко.-Харк. держ. акад. технол. та орг. харчування.-Харків, 2002. - С.6-11.

8. Тормосов Ю.М. О форме цилиндрического отражателя для равномерного нагрева полосы плоскости. // Проблемы пожарной безопасности. Сб. науч. тр. АПБ Украины - Вып. 11.-Харьков: Фолио, 2002.- С.201-205.

9. Тормосов Ю.М. Обчислення інваріантів променевого теплового випромінювання за допомогою RP-проекцій. // Прикладна геометрія та інженерна графіка: Міжвідомчий науково-технічний збірник. Випуск 71. Відповід. редактор В.Є. Михайленко.- К.: КНУБА, 2002. - С. 113-116.

10. Тормосов Ю.М. Метод визначення щільності теплового потоку від циліндричної поверхні скінчених розмірів.// Вестник Херсонского государственного технического университета. Вып. 2(15).- Херсон: ХГТУ, 2002.- С.469-473.

11. Tormosov Yuriy M. About the shape of a cylindrical reflector for uniform heating of a strip of the plane. //The Tenth International Conference on Geometry and Graphics, Ukraine, Kyiv, 2002. July 29-Аugust 2.- P.41-43.

12. Тормосов Ю.М., Саєнко С.Ю. Властивості кривих другого порядку як відбивачів променів тепла. // Стратегічні напрямки розвитку підприємств харчових виробництв і торгівлі: Тези доповідей міжнародної науково-методичної конференції, присвяченої 35-річчю академії. Харк. держ. акад. технол. та орг. харчування.-Харків, 2002.- С.186-188.

13. Тормосов Ю.М. Лебединец И.В. Принципы построения жарочных шкафов с учетом эффекта “теплового резонанса“. // Проблемы пожарной безопасности. Сб. науч. тр. АПБ Украины - Вып. 12.-Харьков: Фолио, 2002.-С.170-174.

14. Тормосов Ю.М. Фокусирующие системы: формирование пучка отраженных лучей с заданными свойствами. // Геометричне та комп'ютерне моделювання: Збірник наукових праць. Випуск 2. Відповід. редактор

Л.М. Куценко.-Харк. держ. акад. технол. та орг. харчування.-Харків, 2002.- С.38-46.

15. Тормосов Ю.М. Метод опису кривої, що узагальнює фокальні властивості еліпса.-Праці/ Таврійська державна агротехнічна академія - Вип. 4, т. 17.-Мелітополь: ТДАТА, 2002.- С.96-100.

16. Тормосов Ю.М. Метод визначення форми профілю циліндричного рефлектора. // Прикладна геометрія та інженерна графіка: Міжвідомчий науково-технічний збірник. Випуск 72. Відповід. редактор В.Є. Михайленко.-К.: КНУБА, 2003. - С. 77-82.

17. Тормосов Ю.М. Нахождение линии мнимых источников для цилиндрического отражателя. // Вестник Херсонского государственного технического университета. Вып. 3(19).- Херсон: ХГТУ, 2003.- С.420-423.

18. Тормосов Ю.М. Визначення координат точок рефлектора з однаковими відбивальними властивостями. // Прикладна геометрія та інженерна графіка. Праці/ Таврійська державна агротехнічна академія - Вип. 4, т. 21. - Мелітополь: ТДАТА, 2003.- С.76-80.

19. Тормосов Ю.М., Саєнко С.Ю. Свойства кривих второго порядка как отражателей лучай тепла. // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”. Збірник наукових праць. Тематичний випуск: Енергетичні і теплотехнічні процеси і устаткування. - Харків: НТУ “ХПІ”. - 2003. - №9, т.2. - С.176-179.

20. Тормосов Ю.М., Білогуб О.В., Саєнко С.Ю., Костенко С.М. Оптичний метод оцінки рівномірності теплового потоку. // Геометричне та комп'ютерне моделювання: Збірник наукових праць. Випуск 3. Відповід. редактор Л.М. Куценко. - Харк. держ. університет харчування та торгівлі.- Харків, 2003. - С.49-54.

21. Тормосов Ю.М. Геометричне моделювання процесу променевого теплообміну у поглинаючих газових середовищах. // Праці НУ “Львівська політехніка” (спецвипуск): Матеріали Міжнар. наук. - практ. конф.

/ Національний університет “Львівська політехніка”.-Львів, 2003.- С.195-199.

22. Тормосов Ю.М. Дослідження диференціального рівняння для опису форми профілю рефлектора, що забезпечує заданий закон розподілу відбитих променів. // Прикладна геометрія та інженерна графіка: Міжвідомчий науково-технічний збірник. Випуск 73. Відповід. редактор В.Є. Михайленко.-К.: КНУБА, 2003. - С. 110-115.

23. Тормосов Ю.М. Визначення площі радіальної проекції елементарної площадки координатної площини для розрахунку щільності потоку інтегрального теплового випромінювання від ТЕНа. // Геометричне та комп'ютерне моделювання: Збірник наукових праць. Випуск 5. Відповід. редактор Л.М. Куценко.-Харк. держ. університет харчування та торгівлі.-Харків, 2004.- С.42-48.

24. Тормосов Ю.М., Костенко С.М. Апаратне оформлення процесу

ІЧ-обробки харчових продуктів. // Прикладна геометрія та інженерна графіка. Праці/ Таврійська державна агротехнічна академія - Вип. 4, т. 23.- Мелітополь: ТДАТА, 2004.- С.44-50.

25. Тормосов Ю.М. Розрахунок теплового потоку ІЧ-випромінювання у поглинаючих газових середовищах різного складу та параметрів. // Прикладна геометрія та інженерна графіка. Праці/ Таврійська державна агротехнічна академія - Вип. 4, т. 26. -Мелітополь: ТДАТА, 2004.- С.34-37.

26. Михайленко В.Є., Тормосов Ю.М. Моделювання процесу теплообміну випромінюванням при виробництві харчових продуктів на основі геометричного підходу. // Сборник научных трудов: Межведомственный научно-технический сборник. Спецвыпуск. - К.: Випол, 2004. - С.64-71.

27. MYKHAILENKO Vsevolod Ye., TORMOSOV Yuriy M. Problems and Perspectives of Geometric Modeling of Heat Exchange Process by Means of Radiation in the Production of Culinary Products. //The 11TH International Conference on Geometry and Graphics, 1-5 August, 2004, Guangzhou, China.- P.162-167.

Анотація

Тормосов Ю.М. Геометричне моделювання та оптимізація процесу теплової променевої обробки харчових продуктів.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.01.01 - „Прикладна геометрія, інженерна графіка”. - Київський національний університет будівництва та архітектури. - Київ, 2004.

Дисертацію присвячено питанням геометричного моделювання та оптимізації теплопередачі випромінюванням в інфрачервоних установках при тепловій обробці харчових продуктів. Запропоновано основні напрямки розв'язання науково - прикладної проблеми зменшення енергоспоживання та підвищення ефективності процесу теплової обробки за рахунок оптимізації зовнішнього і внутрішнього теплоперенесення з використанням низки конструкторських і технологічних рішень.

Виконано системне уявлення технологічного процесу теплової обробки харчових продуктів ІЧ-випромінюванням, побудовано графоаналітичну модель процесу променевої теплопередачі в ІЧ-установці та виявлено взаємозв'язки між її підсистемами й елементами, більшість з яких носять геометричний характер. Розроблено способи геометричного керування величиною прямого та відбитого теплових потоків відповідно до умов технологічного процесу. Уведено поняття керуючою розподілом відбитих променів функції, за допомогою якої розв'язується проблема формування пучка променів із наперед заданими властивостями.

Запропоновано геометричну модель процесу променевої теплопередачі, яка встановлює зв'язок між фізичною та геометричною картинами процесу. Досліджено закономірності моделювання ІЧ-випромінювання в поглинаючих газових середовищах.

Створено експериментальну установку. Запропоновано експрес-метод оцінки відбивальних властивостей рефлекторів, застосування якого на практиці дозволяє підвищити ефективність проектування відбивальних систем.

Результати досліджень впроваджено у виробництво апаратів харчової промисловості та в навчальний процес.

Ключові слова: геометричне моделювання, теплопередача, ІЧ- випромінювання, перебіг променів, відбивальна система, рефлектор, керуюча функція, поглинаюче газове середовище.

Аннотация

Тормосов Ю.М. Геометрическое моделирование и оптимизация процесса тепловой лучевой обработки пищевых продуктов.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.01.01 - „Прикладная геометрия, инженерная графика”. - Киевский национальный университет строительства и архитектуры. - Киев, 2004.

Диссертация посвящена вопросам геометрического моделирования и оптимизации теплопередачи излучением в инфракрасных установках для тепловой обработки пищевых продуктов.

На основе анализа методов моделирования и расчета технологических процессов показана необходимость усовершенствования существующих и разработки новых ИК-аппаратов для обеспечения оптимальных режимов и условий протекания технологического процесса тепловой обработки, уменьшения энергопотребления и повышения качества готовых изделий, с применением системного подхода. Предложены пути решения научно- прикладной проблемы уменьшения энергопотребления и повышения эффективности процесса тепловой обработки за счет оптимизации внешнего и внутреннего теплопереноса с использованием конструкторских и технологических решений.

Разработана обобщенная технологическая модель процесса тепловой обработки пищевых продуктов ИК-излучением, исследованы взаимосвязи между ее подсистемами и элементами, что дало возможность определить место задач геометрического моделирования в процессе проектирования ИК- установок и наметить пути оптимизации технологических процессов.

Геометрическое моделирование теплових потоков в ИК-установках осуществлено с использованием аппарата линейчатой геометрии. Ядром модели теплового потока является базовая конгруэнция - множество лучей от точечного источника излучения, падающих на элементарную площадку теплопринимающей поверхности. Предложенные локальная, интегральная и динамическая интегральная модели позволяют воспроизвести различные условия протекания процесса лучевой теплопередачи.

Уравнение баланса энергии для процесса теплопередачи приведено к виду, в котором зависимость для теплоты, падающей на поверхность продукта, выражается через оптико-геометрические и энергетические характеристики облучающей системы. Такой подход позволил предложить способы геометрического управления лучевым потоком (как прямым, так и отраженным) с целью оптимизации технологического процесса.

Введено понятие управляющей распределением отраженных лучей функции, с помощью которой осуществляется формирование пучка лучей с наперед заданными свойствами. Выполнен ряд тестовых примеров для различных законов распределения отраженных лучей, в том числе, и для равномерного облучения теплопринимающей поверхности.

Геометрическая модель процесса теплопередачи, построенная на базе основных физических закономерностей, позволила установить связь между физической и геометрической картинами процесса. Исследованы особенности моделирования ИК-излучения в поглощающих газовых средах.

Созданная экспериментальная установка и ряд экспериментов позволили определить характер распределения и значения тепловых потоков в рабочих камерах ИК-аппаратов с широкой номенклатурой излучателей и отражателей. С целью повышения эффективности проектирования отражательных систем предложен экспресс-метод оценки отражательных свойств рефлекторов.

Результаты исследований внедрены в производство аппаратов пищевой промышленности и в учебный процесс.

Ключевые слова: геометрическое моделирование, теплопередача,

ИК-излучение, ход лучей, отражательная система, рефлектор, управляющая функция, поглощающая газовая среда.

The summary

Tormosov Yu.M. Geometric simulation and optimization of the process of thermal ray treatment of foodstuffs.- Manuscript.

Thesis for a doctor's degree in engineering sciences. Specialty: 05.01.01 - “Applied geometry, engineering graphics”. - Kyiv National University of Building and Architecture. - Kyiv, 2004.

The thesis is dedicated to questions of geometric simulation and optimization of heat transmission by means of radiation in infra-red installations under thermal treatment of foodstuffs.

The main directions of solving the scientific and engineering problem of power consumption reduction and increase in the effectiveness of thermal treatment are proposed at the expense of optimization of internal and external heat transmission with the use of a range of engineering and technological solutions.

The system representation of the technological process of thermal treatment of foodstuffs is carried out by means of IR-radiation, the graphic-analytical model of the process of ray heat transmission in IR-installation is built and correlations between its subsystems and elements, most of which are of geometric nature are found. The ways of geometric handling the value of direct and reflected heat flows according to the conditions of the technological process are developed. The notion of a function controlling the distribution of reflected rays is introduced, with the help of which the problem of forming a beam of rays with known set properties is solved.

The geometric model of the process of heat transmission is proposed, which establishes the connection between physical and geometric representation of the process. The regularity of simulation of IR-radiation in the absorbing gas media is studied.

The experimental installations are created. The express method of the evaluation of reflective properties of reflectors, the application of which in practice allows to increase the effectiveness of the projection of reflective systems.

The results of the research are introduced into the production of apparatus of food industry and into educational process.

Key words: geometric simulation, heat transmission, IR-radiation, course of rays, reflective system, reflector, controlling function, absorbing gas medium.

Размещено на Allbest.ru