CC BY
11
XXXX ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ ЖХЖЖ
Научная статья
УДК 636.92, 621.385.6
DOI: 10.24412/2227-9407-2022-4-41 -51
Обоснование параметров конвективно-сверхвысокочастотной хмелесушилки
Марьяна Валентиновна Просвирякова1, Наталья Геннадьевна Горячева2,
Ольга Валентиновна Михайлова3, Галина Владимировна Новикова4, Александр Анатольевич Синицин5
1 3 4, 5 Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, г. Княгинино, Россия 2Академия гражданской защиты МЧС России, г.о. Химки, Россия
1 prosviryakova. maryana@yandex. гы, http://orcid. org/0000-0003-3258-260X
3 [email protected]. гы, https://oгcid. о^/0000-0003-1045-2003
4NovikovaGalinaV@yandex. гы, https://oгcid. о^/0000-0001-9222-6450 5sinitzin.alexandeг777@yandex.гы, http://oгcid.о^/000-0001-6273-4657
Введение. В статье описана эндогенно-конвективная хмелесушилка непрерывно-поточного действия с ме-таллодиэлектрическими резонаторами; приведены результаты исследования электродинамических параметров (ЭД) тороидального резонатора; рассмотрены некоторые аспекты влаго- и теплообмена между поверхностью сырья и окружающей средой.
Материалы и методы. Пользуясь трехмерным моделированием в программах CST Microwave Studio, SolidWorks, разработано конструкционное исполнение хмелесушилки; при статистической обработке результатов исследований использованы программы MS Office, включая Excel, Mathcad 14, Statgrahics Plus Windows. Теоретические исследования влаго- теплообмена между поверхностью шишек хмеля и окружающей средой проводили с учетом влияния форм связи влаги с сырьем на кинетику сушки.
Результаты и обсуждение. Хмелесушилка содержит последовательно расположенные в вертикальной плоскости тороидальные резонаторы с чередованием резонаторов в виде астроид с усеченными вершинами и керамическими двояковыпуклыми перфорированными дисками. Использование резонаторов в виде астроид повышает радиационную добротность резонатора, которая зависит от соотношения геометрических размеров резонатора, диэлектрической проницаемости двояковыпуклого диска и типа колебаний. Использование керамических перфорированных двояковыпуклых дисков позволяет поддерживать свободные электромагнитные колебания разных видов. При проектировании резонаторов учитывали, чтобы размеры их обеспечивали совпадение спектра возбуждаемых в ней частот многомодового электромагнитного поля стоячих волн со спектром частот аномальных дисперсий свободной и связанной влаги на различных этапах их удаления из хмеля. Результаты исследования ЭД показывают, что в конденсаторной части тороидального резонатора можно обеспечить напряженность электрического поля в пределах 1-3 кВ/см, что обеспечивает улучшение микробиологических показателей хмеля при достаточно высокой скорости сушки.
Заключение. Предварительные результаты исследования процесса сушки свежеубранного хмеля эндогенно-конвективным способом показывают, что в металлодиэлектрическом резонаторе нагрев шишек хмеля и испарение влаги происходит в щадящем режиме.
Ключевые слова: металлодиэлектрический тороидальный резонатор, резонатор в виде астроида, хмелесушил-ка, эндогенно-конвективный способ, электродинамические параметры
© Просвирякова М. В., Горячева Н. Г., Михайлова О. В., Новикова Г. В., Синицин А. А., 2022
Аннотация
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License. The content is available under Creative Commons Attribution 4.0 License.
XXXXXX ELECTROTECHNOLOGY AND ELECTRIC EQUIPMENT IN AGRICULTURE XXXXXX_
Для цитирования: Просвирякова М. В., Горячева Н. Г., Михайлова О. В., Новикова Г. В., Синицин А. А. Обоснование параметров конвективно-сверхвысокочастотной хмелесушилки // Вестник НГИЭИ. 2022. № 4 (131). С. 41-51. DOI: 10.24412/2227-9407-2022-4-41-51
Substantiation of the parameters of the convective-ultrahigh-frequency hop dryer
Mariana V. Prosviryakova1, Natalia G. Goryacheva2, Olga V. Mikhailova3, Galina V. Novikova4, Alexander A. Sinitsin5
1 Nizhny Novgorod State University of Engineering and Economics, Knyaginino, Russia
2 Academy of Civil Protection of the Ministry of Emergency Situations of Russia, Khimki, Russia
1 [email protected], http://orcid.org/0000-0003-3258-260X
[email protected], https://orcid.org/0000-0003-1045-2003 [email protected], https://orcid.org/0000-0001-9222-6450 [email protected], http://orcid.org/000-0001-6273-4657
Abstract
Introduction. The article describes an endogenous-convective continuous-flow hop dryer with metal-dielectric resonators; the results of a study of the electrodynamic parameters (ED) of a toroidal resonator are presented; some aspects of moisture and heat exchange between the raw material surface and the environment are considered. Materials and methods. Using three-dimensional modeling in CST Microwave Studio programs, SolidWorks developed the design of the hop dryer; MS Office programs, including Excel, Mathcad 14, Statgrahics Plus Windows, were used for statistical processing of research results. Theoretical studies of moisture-heat exchange between the surface of hop cones and the environment were carried out taking into account the influence of forms of moisture bonding with raw materials on the drying kinetics.
Results and discussion. The hop dryer contains toroidal resonators arranged in series in a vertical plane with alternating resonators in the form of astroids with truncated tops and ceramic biconvex perforated disks. The use of resonators in the form of astroids increases the radiative quality factor of the resonator, which depends on the ratio of the geometrical dimensions of the resonator, the dielectric constant of the biconvex disk, and the type of oscillations. The use of ceramic perforated biconvex discs makes it possible to maintain free electromagnetic oscillations of various types. When designing the resonators, it was taken into account that their dimensions ensured that the spectrum of the frequencies of the multimode electromagnetic field of standing waves excited in it coincide with the frequency spectrum of anomalous dispersions of free and bound moisture at various stages of their removal from hops. The results of the study of ED show that in the capacitor part of the toroidal resonator, it is possible to provide an electric field strength in the range of 1-3 kV/cm, which improves the microbiological parameters of hops at a sufficiently high drying rate. Conclusion. Preliminary results of the study of the process of drying freshly harvested hops by the endogenous-convective method show that in the metal-dielectric resonator, the heating of hop cones and the evaporation of moisture occur in a sparing mode.
Keywords: metal-dielectric toroidal resonator, astroid-shaped resonator, hop dryer, endogenous-convective method, electrodynamic parameters
For citation: Prosviryakova M. V., Goryacheva N. G., Mikhailova O. V., Novikova G. V., Sinitsin A. A. Substantiation of the parameters of the convective-ultrahigh-frequency hop dryer // Bulletin of the NGIEI. 2022. № 4 (131). P. 41-51. DOI: 10.24412/2227-9407-2022-4-41-51
Введение
В настоящее время в России пользуются хме-лесушилкой ХС-400, реализующей конвективный способ сушки [1; 2]. При этом из-за длительности процесса сушки потребительские характеристики
хмеля оставляют желать лучшего. До 15 % первосортный хмель может переходить во второй сорт из-за развития микрофлоры, появления плесени [3]. Известно, что компоненты горьких веществ в шишках хмеля легко окисляются кислородом воздуха, и
_ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ
особенно этот процесс увеличивается при повышении температуры. В течение 1 часа при температуре 110 оС окисляется 67,5 % альфа-кислоты (рис. 1), 59 % бета-кислоты и 56,2 % ксантогумолы. Наиболее интенсивно процесс окисления происходит в первый час нагрева шишек хмеля [4].
- 50
.а н
■е -
0,5
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 Продолжительность нагрева хмеля при температуре 110 оС, ч
Рис. 1. Влияние температуры на окисление горьких веществ хмеля, по данным И. Г. Рейтмана Fig. 1. The effect of temperature on the oxidation of hop bitter substances according to I. G. Reitman Источник: составлено автором на основании данных1
Анализ химического состава шишек хмеля показывает, что он очень сложный и под действием ряда факторов (кислорода воздуха, температуры, продолжительности хранения, механических воздействий) трансформируется в менее ценные вещества, тем самым происходят потери качества хмеля. Шишки хмеля являются трудным объектом сушки, чтобы сохранить максимум ценных веществ, необходимо соблюдать особые технологические режимы, которые должны быть реализованы в конструкционных особенностях хмелесушилки, работающей по принципу эндогенно-конвективного подвода тепла. С учетом среднего валового сбора хмеля по Чувашской Республике (252 т/год) можно оценить необходимое количество эндогенно-конвективных хмелесушилок, производительностью 200 кг/ч, для фермерских хозяйств. Необходимое количество хмелесушилок, производительностью 200 кг/ч, равно 9-10 шт., если учесть, что уборка хмеля происходит за 60 дней при круглосуточной продолжительности работы хмелесушилки (24 ч) с энергоподводом в электромагнитном поле сверхвысокой частоты [5].
Поэтому разработка хмелесушилки, обеспечивающей поэтапное обезвоживание и обеззараживание свежеубранного хмеля при сниженных экс-
плуатационных затратах путем энергоподвода в электромагнитном поле, актуальна.
В связи с этим целью настоящей работы является разработка технологии и конвективно-сверхвысокочастотной установки для реализации процесса сушки свежеубранного хмеля.
Научной задачей является разработка хмеле-сушилки непрерывно-поточного действия с энергоподводом в электромагнитном поле, обеспечивающей высокую напряженность электрического поля и электромагнитную безопасность без экранирующего корпуса.
Инновационная идея состоит в том, что хме-лесушилка содержит последовательно расположенные в вертикальной плоскости тороидальные резонаторы с чередованием резонаторов в виде астроид с усеченными вершинами и керамическими двояковыпуклыми перфорированными дисками в середине. Такое чередование резонаторов обеспечивает разную скорость нагрева и сушки хмеля с соблюдением определенной скважности технологического процесса (отношение продолжительности воздействия электромагнитного поля одной напряженности и к продолжительности воздействия другой напряженности).
Материалы и методы
Пользуясь трехмерным моделированием в программах CST Microwave Studio, SolidWorks, разработано конструкционное исполнение хмелесушилки с металлодиэлектрическими резонаторами; при статистической обработке результатов экспериментальных исследований использовали пакет программ MS Office, включая Excel, Mathcad 14, Statgrahics Plus Windows.Теоретические исследования влаго- теплообмена между поверхностью шишек хмеля и окружающей средой проводили с учетом форм связи влаги с сырьем на кинетику сушки.
Результаты и обсуждение
Наряду с цилиндрическими и кольцевыми ме-таллодиэлектрическими резонаторами в режиме возбуждения низших электромагнитных колебаний представляют интерес колебательные системы других сложных форм, таких как: сферические, эллипсоидные, астроидные и т. д. [6]. Рассмотрим важнейшие особенности этих резонаторов, а также теоретические соотношения, позволяющие провести инженерный расчет энергетических характеристик резонаторов. В отличие от резонаторов простой формы (цилиндрических, прямоугольных, сферических, кольцевых) резонаторы сложной формы могут иметь в одной структуре поля несколько не связан-
XXXXXX ELECTROTECHNOLOGY AND ELECTRIC EQUIPMENT IN AGRICULTURE XXXXXX
ных между собой низших типов колебаний, имеющих различные собственные частоты, добротность [7; 8]. Задача по определению этих параметров ме-таллодиэлектрических резонаторов сложной формы полностью не решена.
Рассмотрим некоторые рекомендации по проектированию таких резонаторов, при этом задачу можно упростить, если полагать, что сложные формы получены из известных простейших конструкционных исполнений, методика расчета параметров которых известна [9; 10].
Металлодиэлектрические резонаторы, содержащие элементы из монокристаллических материалов (сапфир, кварц, керамика и др.), представляют интерес, поскольку они имеют высокие значения собственной добротности [10].
Ниже описана хмелесушилка непрерывно-поточного действия, содержащая тороидальные резонаторы, состыкованные с резонаторами в виде астроид 7 с усечёнными вершинами, внутри которых по вертикальной оси расположены керамические двояковыпуклые перфорированные диски 3, диаметром равным диаметру астроиды (рис. 2). Периметры усеченных вершин астроид состыкованы с периметрами соответствующих пластин конденсаторной части 15 тороидального резонатора 5. Через середины конденсаторных частей тороидальных резонаторов и усеченных астроид 7, а также через керамические перфорированные двояковыпуклые диски 3 проложена рабочая ветвь 8 диэлектрического сетчатого транспортера, вдоль которого с двух сторон расположен диэлектрический сетчатый ограничитель 9. Холостая ветвь 12 диэлектрического сетчатого транспортера расположена за пределами рабочей камеры. Загрузочная емкость 1 расположена над рабочей ветвью диэлектрического сетчатого транспортера 10, впереди первой половины усеченной астроиды 2 без магнетронов, а приемная емкость 11 установлена в конце последней усеченной астроиды 16 за ее второй половиной, не содержащей магнетронов. Магнетроны с волноводом 6 расположены со сдвигом на 120 градусов на поверхности торов и в обеих половинах усеченных астроид, кроме первой части первой астроиды и второй половины последней усеченной астроиды. Воздухоотводы 14 и воздуховоды 13 с тепловой пушкой для подачи горячего воздуха пристыкованы к каждому резонатору.
Использование усеченных резонаторов в виде астроид (вогнутые грани) повышает радиационную
добротность. От диаметра усеченной вершины зависят продольные координаты критического сечения [9]. В таких резонаторах в области прорезей для рабочей ветви сетчатого диэлектрического транспортера образуются поверхности, от которых наблюдается полное отражение волн, направленное внутрь резонатора.
Использование керамических перфорированных двояковыпуклых дисков 3 позволяет поддерживать свободные электромагнитные колебания разных видов, удовлетворяющие граничным условиям полного внутреннего отражения [7]. Керамика обладает малыми тепловыми потерями, так как тангенс угла диэлектрических потерь всего 0,003. Падающие и отраженные волны фокусируются в определенных местах, в зависимости от расположения излучателей, выпуклости перфорированных керамических дисков [11]. Перфорация двояковыпуклых дисков обеспечивает циркуляцию воздуха. Суммарный коэффициент поглощения энергии достигает максимального значения в тех зонах резонаторов, где падающий, отраженный и боковой потоки энергии соизмеримы [11]. При проектировании объемных резонаторов надо, чтобы размеры их обеспечивали совпадение спектра возбуждаемых в ней частот многомодового электромагнитного поля стоячих волн со спектром частот аномальных дисперсий свободной и связанной влаги на различных этапах их удаления из хмеля [8].
Керамические перфорированные двояковыпуклые диски 3, расположенные в первой и последней астроидах, ограничивают излучения через прорези, предназначенные для перемещения диэлектрического сетчатого транспортера с сырьем через рабочую камеру, состоящую из нескольких последовательно состыкованных с чередованием тороидальных резонаторов с резонаторами в виде усеченных астроид.
Технологический процесс сушки свежеубран-ного хмеля в хмелесушилке с тороидальными резонаторами с энергоподводом в электромагнитном поле происходит следующим образом. Включить электропривод сетчатого диэлектрического транспортера. Включить вентиляторы с калорифером (тепловая пушка) на определенную производительность и температуру. Открыть заслонку в загрузочной емкости. По мере поступления сырья в резонаторы включить соответствующие магнетроны. При отсутствии сырья в резонаторе нельзя включить магнетроны.
XXXX ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ ХХХХ
г/d д/е
Рис. 2. Многорезонаторная хмелесушилка непрерывно-поточного действия с энергоподводом в электромагнитном поле: а) общий вид в разрезе; б) тороидальный резонатор; в) двояковыпуклый керамический диск; г) резонатор в виде астроиды; д) технологическая схема; 1 — загрузочная емкость с заслонкой; 2 — первая половина усеченной астроиды без магнетронов; 3 — керамические перфорированные двояковыпуклые диски; 4 — вторая половина усеченной астроиды с магнетронами; 5 — тороидальные резонаторы; 6 — магнетроны с волноводом; 7 — усеченные астроиды; 8 — рабочая ветвь диэлектрического сетчатого транспортера; 9 — диэлектрический сетчатый ограничитель; 10 — электропривод диэлектрического сетчатого транспортера; 11 — приемная емкость; 12 — холостая ветвь диэлектрического сетчатого транспортера; 13 — воздуховоды с тепловой пушкой для подачи горячего воздуха; 14 — воздухоотводы влажного воздуха; 15 — конденсаторные части тороидальных резонаторов; 16 — последняя усеченная астроида Fig. 2. Multi-cavity continuous-flow hop dryer with power supply in an electromagnetic field: a) general view in section; b) toroidal resonator; c) biconvex ceramic disc; d) a resonator in the form of an astroid; e) technological scheme; 1 - loading capacity with damper; 2 - the first half of the truncated astroid without magnetrons; 3 - ceramic perforated biconvex discs; 4 - second half of a truncated astroid with magnetrons; 5 - toroidal resonators; 6 - magnetrons with a waveguide; 7 - truncated astroids; 8 - working branch of the dielectric mesh conveyor;
9 - dielectric mesh limiter; 10 - electric drive of the dielectric mesh conveyor; 11 - receiving tank;
12 - idle branch of the dielectric grid conveyor; 13 - air ducts with a heat gun for supplying hot air;
14 - air outlets humid air; 15 - capacitor parts of toroidal resonators; 16 - the last truncated astroid
Источник: разработано авторами
Сырье выравнивается по высоте и ограничивается по бокам с помощью сетчатого радиопрозрачного ограничителя 9. В объемных резонаторах возбуждаются электромагнитные поля сверхвысокой частоты, волны от каждого излучателя интерферируются, обеспечивая высокую напряженность электрического поля в конденсаторной части тороидальных резонаторов (важно для обеззаражива-
ния хмеля). Свежеубранный хмель в электромагнитном поле сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ) нагревается эндогенно, внутренняя влага за счет градиента температуры стремится к наружной поверхности частицы хмеля, которая удаляется теплым воздухом через воздухоотводы. В каждом резонаторе имеются датчики влажности и температуры, позволяющие контролировать режим обез-
ELECTROTECHNOLOGY AND ELECTRIC EQUIPMENT IN AGRICULTURE
Проведены исследования электродинамических (ЭД) показателей тороидального резонатора в программах CST Microwave Studio (рис. 3) [12; 13; 14]. Они свидетельствуют о том, что напряженность электрического поля в конденсаторной части тороидального резонатора составляет в пределах 1-3 кВ/см, что позволяет улучшить микробиологические показатели хмеля при достаточно высокой скорости сушки [15].
воживания хмеля. За счет высокой напряженности электрического поля сырье обеззараживается в процессе обезвоживания. Высушенный в щадящем режиме с сохранением потребительских свойств хмель выгружается в приемную емкость. После окончания процесса сушки в первую очередь выключить генераторы и калорифер. Далее остановить транспортер и в последнюю очередь выключить вентилятор.
6 7
Рис. 3. Электродинамические параметры тороидального резонатора (мода 1): 1 - распределение ЭМП по координатам х, у, z; 2 — колебания сигнала возбуждения, нс; 3 — напряженность электрического поля, В/м; 4 — напряженность магнитного поля, А/м; 5 - плотность силы Лоренца; 6 - напряженность магнитной составляющей, А/м; 7 - добротность резонатора Fig. 3 Electrodynamic parameters of a toroidal resonator (mode 1): 1 - EMF distribution along x, y, - coordinates; 2 - excitation signal oscillations, ns; 3 - electric field strength, V/m; 4 - magnetic field strength, A/m; 5 - Lorentz force density; 6 - magnetic component strength, A/m; 7 - Q-factor of the resonator
Радиационная добротность металлодиэлек-трического резонатора зависит от соотношения геометрических размеров резонатора, диэлектрической проницаемости двояковыпуклого диска и типа колебаний.
Рассмотрим некоторые аспекты влаго- и теплообмена между поверхностью сырья и окружающей средой [11; 16]. Процесс сушки хмеля состоит из перемещения влаги внутри шишек, парообразования и перемещения влаги с поверхности шишек в окружающую среду. При соприкосновении
влажного хмеля с нагретым воздухом конвективным способом жидкость на поверхности шишек испаряется и путем диффузии покидает поверхность, переходя в окружающую среду. Испарение влаги с поверхности шишек хмеля создает перепад влагосодержания между последующими слоями и поверхностным слоем, что вызывает обусловленное диффузией перемещение влаги из нижележащих слоев к поверхностным. При конвективном методе сушки (температура поверхности сырья больше температуры центральных слоев) наличие
В период падающей скорости имеется формула для влагообмена между поверхностью сырья и окружающей средой [16]:
(2)
Jn =ß-P-{ Un - U р )
где в - коэффициент влагообмена, отнесенный к разнице влагосодержания, м/с; ир - равновесное влагосодержание; ип - поверхностное влагосодер-жание.
Если тепло, необходимое для испарения влаги, берется только из окружающего воздуха путем теплообмена конвекцией, а температура сырья постоянна (&Мт = 0), то интенсивность испарения прямо пропорциональна плотности потока тепла на поверхности сырья [16]:
f N-R
Jn =
P
Л
dW dr
iGG- r
(3)
_ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ
температурного градиента внутри сырья осложняет механизм переноса влаги. Под влиянием перепада температуры влага стремится переместиться внутрь сырья, а под влиянием термодиффузии влага перемещается по направлению потока тепла, т. е. перенос влаги происходит против потока тепла [16].
Известно, что сушка сырья протекает по двум закономерностям: в первом периоде сушки изменение влагосодержания во времени (скорость сушки) - величина постоянная. Испарение влаги происходит с поверхности шишек хмеля, т. е. скорость сушки такова, что количество испаренной с поверхности влаги компенсируется поступающей по капиллярам из внутренних слоев шишек. По мере убыли влагосодержания поступление влаги из внутренних слоев уже не успевает компенсировать испарившуюся с поверхности шишек хмеля влагу и зона испарения начинает углубляться. Значит, ухудшаются условия испарения как с точки подвода тепла, так и удаления паров воды по освободившимся от влаги капиллярам.
Во втором периоде скорость сушки начинает уменьшаться (критическое влагосодержание) и становится равной нулю при достижении сырьем равновесного влагосодержания. Температура сырья начинает повышаться, стремясь к температуре сушильного агента. В процессе сушки происходит непрерывный подвод влаги из внутренних слоев к поверхностным слоям сырья, вследствие чего уменьшается влажность не только на поверхности, но и в глубине сырья. Длительный процесс перемещения влаги внутри сырья происходит в виде жидкости и пара. Причем испарение пара происходит на поверхности шишек хмеля. Скорость перемещения влаги внутри шишек зависит от формы связи ее с сырьем. Характер протекания процесса сушки определяется механизмом перемещения влаги внутри сырья, энергетикой испарения и механизмом перемещения влаги с поверхности хмеля в окружающую среду [17; 18; 19; 20].
Общий поток влаги внутри сырья можно определить по методике А. В. Лыкова (метод Дальтона) [16]:
j = am 'Po - ai-Po(1) где am - коэффициент диффузии влаги; ро - плотность сухого сырья; aj - коэффициент термодиффузии; ДТ - приращение температуры; Au -приращение влагосодержания.
100/r
v
где N - скорость сушки в периоде постоянной скорости, % / ч; N = (dW / ; R0 — отношение объема тела к его поверхности; р — плотность сухого сырья; r — удельная теплота испарения.
aq '(tc - tn ) = ар-(pln-p ) = N-po-R/100-r, (4)
aq — коэффициент теплообмена; W - критическое влагосодержание сырья; n - показатель степени, зависящий от свойства сырья.
На сушку свежеубранного хмеля эндогенно-конвективным способом большое влияние оказывает конструкционное исполнение хмелесушилки с объемными резонаторами, СВЧ-генераторами и источниками конвективного тепла. Технологический процесс сушки зависит от режима работы хмелесу-шилки и электрофизических параметров свеже-убранного хмеля. Для исследования влияния каждого фактора на процесс сушки целесообразнее воспользоваться многофакторным экспериментом.
Известно, что скорость потока теплоносителя относительно частицы во взвешенном состоянии больше, чем скорость теплоносителя, проходящего в неподвижном слое хмеля. Вся поверхность хмеля при этом участвует в теплообмене, шишки хмеля перемешиваются, что исключает наличие застойных зон и способствует равномерному отводу испарившейся влаги.
Заключение
Анализ формул показывает, что коэффициент теплообмена в период постоянной скорости сушки хмеля постепенно уменьшается и при достижении равновесного влагосодержания становится равным коэффициенту теплообмена сухого хмеля.
XXXXXX ELECTROTECHNOLOGY AND ELECTRIC EQUIPMENT IN AGRICULTURE XXXXXX
Чтобы определить продолжительность сушки хмеля и расход конвективного и эндогенного тепла, необходимо знать скорость сушки в первом периоде и изменение температуры хмеля во втором периоде.
Предварительные результаты исследования процесса сушки свежеубранного хмеля эндогенно-конвективным способом показывают, что в металлодиэлектрическом резонаторе нагрев шишек хмеля и испарение влаги происходят в щадящем режиме.
Примечание:
1 Рейтман И. Г. Вопросы теории сушки хмеля. Хмелеводство // Урожай. 1975. Вып. 4. С. 79-96.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Чеха О. В. Анализ рынка производства и переработки хмеля в системе обеспечения продовольственной безопасности России // Вопросы региональной экономики. 2021. № 3 (48). С. 95-101.
2. Васильев А. О., Андреев Р. В., Алексеев Е. П., Иванщиков Ю. В. Исследование технологического процесса сушки хмеля в сушилке ПХБ-750 // Вестник Чувашской ГСХА. 2019. № 1 (8). С. 96-102.
3. Зайцев Г. В., Майоров К. П., Зайцев П. В. А. с. № 1220605 (СССР). Установка для сушки сельскохозяйственных продуктов / Заявка № 3724896. 1986. Бюл. изобр. № 12.
4. Зайцев Г. В. Сушка хмеля в электромагнитном поле высокой частоты. Автореф. дисс. ... кандидата технических наук. М. : МГАУ имени В. П. Горячкина, 1995. 18 с.
5. ПросвиряковаМ. В., Сторчевой В. Ф., Горячева Н. Г., Михайлова О. В., Новикова Г. В. Хмелесушилка с источниками эндогенно-конвективного нагрева // Вестник Чувашской сельскохозяйственной академии. Чебоксары : ЧГАУ, 2021, № 2 (17). С. 91-99.
6. Новикова Г. В., Жданкин Г. В., Михайлова О. В., Белов А. А. Анализ разработанных сверхвысокочастотных установок для термообработки сырья // Вестник Казанского ГАУ. Казань : ФГБОУ ВО «Казанский ГАУ». 2016. № 4 (42). С. 89-93.
7. Электродинамика и распространение радиоволн. Учеб. пособие / В ред. В. А. Неганова, С. Б. Раевского. М. : Радиотехника, 2007. 743 с.
8. Коломейцев В. А. Микроволновые системы с равномерным объемным нагревом. Часть 2. Саратов : СГТУ, 2006. 233 с.
9. Дробахин О. О., Салтыков Д. Ю. Исследование возможности применения связанных биконических резонаторов для определения параметров диэлектрических материалов // Прикладная радиоэлектроника. 2014. Том 13. № 1. С. 64-68.
10. Стрекалов А. В. Электромагнитные поля и волны. Ставрополь : Мир данных, 2006. 169 с.
11. Губарева В. В. Расчет и проектирование конвективных сушильных установок. Учебное пособие. Белгород, 2014. 119 с.
12. Афанасьев А. М. Математическое моделирование процессов тепло- и массопереноса при воздействии интенсивного СВЧ излучения на влагосодержащие объекты слоистой структуры : диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Волгоград, 2002. 176 с.
13. Богданов Ю. А., Мочалов М. М., Мочалов В. М., Пастернак Ю. Г., Федоров М. Н. Математическое моделирование распределения электромагнитного поля индуктора установки высокочастотного нагрева при различных параметрах сердечника // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2001. № 4-1. С. 70-73.
14. Курушин А. А., Пластиков А. Н. Проектирование СВЧ устройств в среде CST Microwave Studio. М. : МЭИ, 2012. 152 с.
15. Корчагин Ю. В. Патент № 2161505/А 61L2/12, A61L2/08. Способ стерилизации материалов при помощи СВЧ излучения с высокой напряженностью поля и устройство для реализации способа. Заявка № 99114320/13 от 06.07.1999.
16. Lykov A. V. Mass and heat transfer in building materials // Journal of Engineering Physics. 1966. Т. 8. № 2. С. 103-109.
17. Сивяков Б. К., Григорьян С. В. Математическое моделирование многоволновой СВЧ установки для сушки продуктов // Вопросы электротехнологии. 2019. № 4 (25). С. 5-11.
48
ХХХХ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ ХХХХ
18. Буклагина Г. В. Интенсификация сушки зерна активным вентилированием с использованием электромагнитного поля СВЧ // Инженерно-техническое обеспечение АПК. Реферативный журнал. 2009. № 2. С. 469.
19. Казарцев Д. А. Разработка общих видов математических моделей сушки пищевых продуктов с СВЧ-энергоподводом на основе законов химической кинетики гетрогенных процессов // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2021. Т. 83. № 3. С. 17-22. https://doi.org/10.20914/2310-1202-2021-3-17-22
20. Пестова Л. П., Виневский Е. И., Чернов А. В., Иваницкий К. И. Совершенствование комбинированного способа сушки листьев табака на основе применения СВЧ-излучений // Сборник научных трудов Всероссийского научно-исследовательского института табака, махорки и табачных изделий. 2019. № 182. С. 317-323.
Статья поступила в редакцию 27.01.2022; одобрена после рецензирования 28.02.2022;
принята к публикации 3.03.2022.
Информация об авторах М. В. Просвирякова - д.т.н., доцент, Spin-код: 5642-4560; Н. Г. Горячева - к.т.н., доцент, Spin-код: 3349-8842; О. В. Михайлова - д.т.н., профессор, Spin-код: 9437-0417; Г. В. Новикова - д.т.н., профессор, Spin-код: 3317-5336; А. А. Синицин - ст. преподаватель, Spin-код: 8752-2939.
Заявленный вклад авторов: Просвирякова М. В. - работа над текстом статьи, проведение анализа материалов. Горячева Н. Г. - обоснование электродинамических параметров хмелесушилки. Михайлова О. В. - построение 3Б-модели многомодульной хмелесушилки. Новикова Г. В. - общее руководство проектом, описание хмелесушилки. Синицин А. А. - сбор и обработка материалов, участие в обсуждении материалов статьи.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
REFERENCES
1. Chekha O. V. Analiz rynka proizvodstva i pererabotki hmelya v sisteme obespecheniya prodovol'stven-noj bezopasnosti Rossii [Analysis of the market for the production and processing of hops in the system of ensuring food security in Russia], Voprosy regional'noj ekonomiki [Issues of regional economics], 2021, No. 3 (48), pp. 95-101.
2. Vasil'ev A. O., Andreev R. V., Alekseev E. P., Ivanshchikov Yu. V. Issledovanie tekhnologicheskogo processa sushki hmelya v sushilke PHB-750 [Study of the technological process of drying hops in the dryer PCB-750], Vestnik CHuvashskoj GSKHA [Bulletin of the Chuvash State Agricultural Academy], 2019, No. 1 (8), pp. 96-102.
3. Zajcev G. V., Majorov K. P., Zajcev P. V. A. s. No. 1220605 (SSSR). Ustanovka dlya sushki sel'skoho-zyajstvennyh produktov [Plant for drying agricultural products], Zayavka No. 3724896. 1986. Byul. izobr. No. 12.
4. Zajcev G. V. Sushka hmelya v elektromagnitnom pole vysokoj chastoty [Drying hops in a high frequency electromagnetic field. Ph. D. (Engineering) thesis], Moscow: MGAU imeni V. P. Goryachkina, 1995, 18 p.
5. Prosviryakova M. V., Storchevoj V. F., Goryacheva N. G., Mihajlova O. V., Novikova G. V. Hmelesushilka s istochnikami endogenno-konvektivnogo nagreva [Hop dryer with sources of endogenous-convective heating], Vestnik Chuvashskoj sel'skohozyajstvennoj akademii [Bulletin of the Chuvash Agricultural Academy], Cheboksary : CHGAU, 2021, No. 2 (17), pp. 91-99.
6. Novikova G. V., Zhdankin G. V., Mihajlova O. V., Belov A. A. Analiz razrabotannyh sverhvysokocha-stotnyh ustanovok dlya termoobrabotki syr'ya [Analysis of the developed ultra-high-frequency installations for heat treatment of raw materials], Vestnik Kazanskogo GAU [Bulletin of the Kazan State Agrarian University], Kazan' : FGBOU VO «Kazanskij GAU», 2016, No. 4 (42), pp. 89-93.
XXXXXX ELECTROTECHNOLOGY AND ELECTRIC EQUIPMENT IN AGRICULTURE XXXXXX_
7. Elektrodinamika i rasprostranenie radiovoln [Electrodynamics and propagation of radio waves], Tutorial, In V. A. Neganov, S. B. Raevsky (ed.), Moscow: Radiotekhnika, 2007, 743 p.
8. Kolomejcev V. A. Mikrovolnovye sistemy s ravnomernym ob"emnym nagrevom [Microwave systems with uniform volumetric heating], Part 2, Saratov : SGTU, 2006, 233 p.
9. Drobahin O. O., Saltykov D. Yu. Issledovanie vozmozhnosti primeneniya svyazannyh bikonicheskih rezona-torov dlya opredeleniya parametrov dielektricheskih materialov [Study of the possibility of using coupled biconical resonators to determine the parameters of dielectric materials], Prikladnaya radioelektronika [Applied Radioelectron-ics], 2014, Vol. 13, No. 1, pp. 64-68.
10. Strekalov A. V. Elektromagnitnye polya i volny [Electromagnetic fields and waves], Stavropol' : Mir dann-yh, 2006, 169 p.
11. Gubareva V. V. Raschet i proektirovanie konvektivnyh sushil'nyh ustanovok [Calculation and design of convective drying plants], Tutorial, Belgorod, 2014, 119 p.
12. Afanas'ev A. M. Matematicheskoe modelirovanie processov teplo- i massoperenosa pri vozdejstvii inten-sivnogo SVCH izlucheniya na vlagosoderzhashchie ob"ekty sloistoj struktury [Mathematical modeling of heat and mass transfer processes under the influence of intense microwave radiation on moisture-containing objects of a layered structure. Ph. D. (Physics and Mathematics) diss.], Volgograd, 2002. 176 p.
13. Bogdanov Yu. A., Mochalov M. M., Mochalov V. M., Pasternak Yu. G., Fedorov M. N. Matematicheskoe modelirovanie raspredeleniya elektromagnitnogo polya induktora ustanovki vysokochastotnogo nagreva pri razlichnyh parametrah serdechnika [Mathematical modeling of the distribution of the electromagnetic field of the inductor of a high-frequency heating installation for various parameters of the core], Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta [Bulletin of the Voronezh State Technical University], 2001, No. 4-1, pp. 70-73.
14. Kurushin A. A., Plastikov A. N. Proektirovanie SVCH ustrojstv v srede CST Microwave Studio [Designing microwave devices in CST Microwave Studio], Moscow: MEI, 2012, 152 p.
15. Korchagin Yu. V. Patent No. 2161505/A 61L2/12, A61L2/08. Sposob sterilizacii materialov pri po-moshchi SVCH izlucheniya s vysokoj napryazhennost'yu polya i ustrojstvo dlya realizacii sposoba [A method for sterilizing materials using microwave radiation with a high field strength and a device for implementing the method], Za-yavka No. 99114320/13 ot 06.07.1999.
16. Lykov A. V. Mass and heat transfer in building materials, Journal of Engineering Physics, 1966, Vol. 8, No. 2, pp. 103-109.
17. Sivyakov B. K., Grigor'yan S. V. Matematicheskoe modelirovanie mnogovolnovoj SVCH ustanovki dlya sushki produktov [Mathematical modeling of a multi-wave microwave installation for drying products], Voprosy el-ektrotekhnologii [Voprosy elektrotekhnologii], 2019, No. 4 (25), pp. 5-11.
18. Buklagina G. V. Intensifikaciya sushki zerna aktivnym ventilirovaniem s ispol'zovaniem elek-tromagnitnogo polya SVCH [Intensification of grain drying by active ventilation using microwave electromagnetic field], Inzhenerno-tekhnicheskoe obespechenie APK. Referativnyj zhurnal [Engineering and technical support of APK. Abstract journal], 2009, No. 2, pp. 469.
19. Kazartsev D. A. Razrabotka obshchih vidov matematicheskih modelej sushki pishchevyh produktov s SVCH-energopodvodom na osnove zakonov himicheskoj kinetiki getrogennyh processov [Development of general types of mathematical models for drying food products with microwave energy supply based on the laws of chemical kinetics of heterogeneous processes], Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta inzhenernyh tekhnologij [Proceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies], 2021, Vol. 83, No. 3, pp. 17-22. (In Russ.) https://doi.org/10.20914/2310-1202-2021-3-17-22
20. Pestova L. P., Vinevskij E. I., Chernov A. V., Ivanickij K. I. Sovershenstvovanie kombinirovan-nogo sposoba sushki list'ev tabaka na osnove primeneniya SVCH-izluchenij [Improving the combined method of drying tobacco leaves based on the use of microwave radiation], Sbornik nauchnyh trudov Vseros-sijskogo nauchno-issledovatel'skogo instituta tabaka, mahorki i tabachnyh izdelij [Collection of scientific papers of the All-Russian Research Institute of Tobacco, Shag and Tobacco Products], 2019, No. 182, pp. 317-323.
The article was submitted 27.01.2022; approved after reviewing 28.02.2022; accepted for publication 3.03.2022.
XXXX ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ XXXX
Information about the authors: M. V. Prosviryakova - Dr. Sci. (Engineering), associate professor, Spin-code: 5642-4560 N. G. Goryacheva - Ph. D. (Engineering), associate professor, Spin-code: 3349-8842; O. V. Mikhailova - Dr. Sci. (Engineering), professor, Spin-code: 9437-0417 G. V. Novikova - Dr. Sci. (Engineering), professor, Spin-code: 3317-5336 A. A. Sinitsyn - senior lecturer, Spin-code: 8752-2939.
Contribution of the authors: Prosviryakova M.V. - work on the text of the article, analysis of materials. Goryacheva N. G. - substantiation of the electrodynamic parameters of the hop dryer. Mikhailova O. V. - construction of a 3D model of a multimodule hop dryer. Novikova G. V. - general project management, description of the hop dryer.
Sinitsin A. A. - collection and processing of materials, participation in the discussion of the materials of the article.
The authors declare no conflict of interests.
