vdgtuВестник Дагестанского государственного технического университета. Технические наукиHerald of Dagestan State Technical University. Technical Sciences2073-61852542-095XDaghestan State Technical University10.21822/2073-6185-2022-49-3-104-115vdgtu-1127Research ArticleИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИINFORMATION TECHNOLOGY AND TELECOMMUNICATIONSМатематическое обеспечение процесса вакуумной СВЧ – сушки как предначальная стадия создания САПР сушилок нового поколенияMathematical support of the drying process as a pre – stage of the new generation CAD dryers designХвостовА. А.HvostovA. A.

 доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Прикладная математика и механика»

 394006, г. Воронеж, ул. 20 – летия Октября, 84, Россия 

 Dr. Sci. (Eng.), Prof., Prof, Department of Applied Mathematics and Mechanics 

 84, 20th anniversary of October Str., Voronezh 394006, Russia 

khvtol1974@yandex.ruРяжскихВ. И.RyazhskikhV. I.

 доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Прикладная математика и механика»

 394006, г. Воронеж, ул. 20 – летия Октября, 84, Россия 

 Dr. Sci. (Eng.), Prof., Head. Department of Applied Mathematics and Mechanics 

 84, 20th anniversary of October Str., Voronezh 394006, Russia 

Ryazhskih_vi@mail.ruШевцовА. А.ShevtsovA. A.

 доктор технических наук, профессор, профессор кафедры общепрофессиональных дисциплин

 394064, г. Воронеж, ул. Старых Большевиков, 54а, Россия 

 Dr. Sci. (Eng.), Prof., Prof, Department of general professional disciplines 

 54a, Stary Bolsheviks Str., Voronezh 394064, Russia 

shevalol@rambler.ruТкачВ. В.TkachV. V.

 кандидат технических наук, доцент кафедры общепрофессиональных дисциплин

 394064, г. Воронеж, ул. Старых Большевиков, 54а, Россия 

 Cand. Sci. (Eng.), Assoc. Prof., Department of general professional disciplines 

 54a, Stary Bolsheviks Str., Voronezh 394064, Russia 

tkachbalian@yandex.ruВоронежский государственный технический университетРоссияVoronezh State Technical UniversityRussian FederationВоенный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина»РоссияMilitary Training and Research Center Air force «N.E. Zhukovsky and Y. A. Gagarin the Air Force Academy»Russian Federation202208112022493104115Copyright © Хвостов А.А., Ряжских В.И., Шевцов А.А., Ткач В.В., 20222022Хвостов А.А., Ряжских В.И., Шевцов А.А., Ткач В.В.Hvostov A.A., Ryazhskikh V.I., Shevtsov A.A., Tkach V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.dgtu.ru/jour/article/view/1127Цель

Цель. Целью исследования является математическое обеспечение процесса вакуумной СВЧ, проектирование установки в САПР, изготовление опытного образца, моделирование полей температур и влагосодержания.

Метод

Метод. Математическая модель реализована численно методом конечных элементов в среде Comsol Multiphysics на сетке из 3678 элементов с использованием её деформирования для изменения высоты.

Результат

Результат. На лабораторной вакуумной СВЧ – установке получены экспериментальные данные, позволившие выявить закономерности при сушке вспененных материалов. Проведен анализ параметров сушки, а также свойств исходного и высушенного материала. Выполнено проектирование с применением САПР вакуумной установки пилотного типа и изготовлен действующий прототип. Осуществлено моделирование поля температуры и зон влагосодержания в динамике процесса.

Вывод

Вывод. Математическое моделирование процесса сушки дает возможность с высокой точностью определять температурные поля и влагосодержание материала при сравнительно небольшом количестве необходимых экспериментальных данных.

Objective

Objective. The aim of the study is the mathematical support of the vacuum microwave process, the design of the installation in CAD, the manufacture of a prototype, the modeling of temperature and moisture content fields.

Method

Method. The mathematical model was implemented numerically by the finite element method in the Comsol Multiphysics environment on a grid of 3678 elements, using its deformation to change the height.

Result

Result. Experimental data were obtained on a laboratory vacuum microwave installation, which made it possible to identify patterns in the drying of foamed materials. The drying parameters, as well as the properties of the initial and dried material, were analyzed. A pilot-type vacuum plant was designed using CAD and a working prototype was made. The modeling of the temperature field and moisture content zones in the dynamics of the process has been carried out.

Conclusion

Conclusion. Mathematical modeling of the drying process makes it possible to determine the temperature fields and moisture content of the material with a high accuracy with a relatively small amount of necessary experimental data.

проектированиеСВЧ – установкасушкавспененные материалывакууммоделированиеdesigningmicrowave installationdryingfoamed materialsvacuummodelingReferencesНестеренко, Е. С. Основы систем автоматизированного проектирования [Электронный ресурс]: электрон. Конспект лекций / Е. С. Нестеренко; Минобрнауки России, Самар. гос.аэрокосм. ун – т им. С. П. Королева (нац. исслед. ун – т) – Электрон. текстовые и граф. дан. (0,31 Мбайт). – Самара, 2013.Nesterenko, E. S. Fundamentals of computer–aided design systems [Electronic resource]: electron. Lecture notes / E. S. Nesterenko; Ministry of Education and Science of Russia, Samara State Aerospace. Un – t named after S. P. Korolev (National Research un – t) – Electron. text and graph. dan. (0.31 MB). Samara, 2013. (In Russ)Ли К. Основы САПР (CAD, CAM, CAE). – Спб.: Питер, 2004. – 560 с.: ил.Lee K. CAD basics (CAD, CAM, CAE). St. Petersburg: Peter, 2004; 560. (In Russ)Рогов И.А. Сверхвысокочастотный нагрев пищевых продуктов. / И.А. Рогов, С.В. Некрутман. – М.: Агропромиздат, 1986. – 351 с.Rogov I.A., S.V. Nekrutman Ultra – high – frequency heating of food products..: Agropromizdat, 1986; 351. (In Russ)Рогов И.А. Электрофизические методы обработки пищевых продуктов. – М.: Агропромиздат, 1988. – 272 с.Rogov I.A. Electrophysical methods of food processing. M.: Agroprom – izdat. 1988; 272. (In Russ)Гинзбург А.С. Расчет и проектирование сушильных установок пищевой промышленности. – М.: Агропромиздат, 1985. – 336 с.Ginzburg A.S. Calculation and design of drying plants of the food industry. M.: Agropromizdat, 1985; 336. (In Russ)Тепляшин В.Н. Технологии и оборудование для сушки растительного сырья[Электронный ресурс]: учеб. пособие / В.Н. Тепляшин, Л.И. Ченцова, В.Н. Невзоров; Краснояр. гос. аграр. ун–т. – Красноярск, 2019 – 173 с.Teplyashin V.N. Technologies and equipment for drying vegetable raw materials [Electronic resource]: textbook. manual / V.N. Teplyashina, L.I. Chentsova, V.N. Nevzorov; Krasnoyar. State Agrarian. un – t. Krasnoyarsk. 2019; 173. (In Russ)Абрамов Я.К. Интенсификация тепло – массообменных процессов при непрерывном вакуумировании / Тезисы докл. на 3 юбилейной научно – практической конф. Бийск: БТИ, 1995. С. 76.Abramov Y.K. Intensification of heat and mass transfer processes with continuous accumulation / Abstracts of the 3rd anniversary scientific – practical conference. Biysk: BTI, 1995; 76. (In Russ)Пат. на пол. модель № 72536 РФ, МПК F26B 5/06 (2006.01). Вакуумная СВЧ – установка для лабораторных исследований процесса обезвоживания пищевых сред [Текст] /Г.О. Магомедов, С.В. Шахов, М.Г. Магомедов, В.В. Ткач, В.В. Новиков. – заявитель и патентообладатель: Г.О. Магомедов, С.В. Шахов, М.Г. Магомедов, В.В. Ткач, В.В. Новиков. – № 2007145105/22; заявл. 04.12.2007; опубл. 20.04.2008. Бюл. № 11.Pat. on the floor. Model No. 72536 RF, IPC F26B 5/06 (2006.01). Vacuum microwave installation for laboratory studies of the process of dehydration of food media [Text] /G.O. Magomedov, S.V. Shakhov, M.G. Magomedov, V.V. Tkach, V.V. Novikov. – applicant and patent holder: G.O. Magomedov, S.V. Shakhov, M.G. Magomedov, V.V. Tkach, V.V. Novikov. – No. 2007145105/22; application 04.12.2007; publ. 20.04.2008; 11. (In Russ)Пат. № 2755850 РФ, МПК F26B 9/06. Установка для вакуумной сушки [Текст] /C.В. Макеев, Е.С. Бунин, А.А. Шевцов, В.В. Ткач. – заявитель и патентообладатель Воронеж. гос. универ. инженерных технол. – № 2020141027; заявл. 14.12.2020; опубл. 22.09.2021. Бюл. № 27.Pat. No. 2755850 RF, IPC F26B 9/06. Installation for vacuum drying [Text] /C.V. Makeev, E.S. Bunin, A.A. Shevtsov, V.V. Tkach. – applicant and patent holder Voronezh. State. University. Engineering technol. – No. 2020141027; application No. 14.12.2020; publ. 22.09.2021; 27. (In Russ)Лыков А.В. Теория сушки. – М.: Энергия 1968. – 471 c.Lykov A.V. Theory of drying. M.: Energiya 1968; 471. (In Russ)Nastaj, J. F. A parabolic cylindrical stefan problem in vacuum freeze drying of random SOLIDS. International Communications in Heat and Mass Transfer, 30(1), 2003. с. 93 – 104.Nastaj, J. F. A parabolic cylindrical stefan problem in vacuum freeze drying of random SOLIDS. International Communications in Heat and Mass Transfer. 2003; 30(1): 93 – 104.L.N. Gupta. An approximate solution to the generalized Stefan's problem in a porous medium, Int. J. Heat Transfer 17 (1974), с. 313 – 321.L.N. Gupta. An approximate solution to the generalized Stefan's problem in a porous medium, Int. J. Heat Transfer 17 1974; 313 – 321.Tong, T.H., Lund, D.B. Microwave Heating of Baked Dough Products with Simultaneous Heat and Moisture Transfer. Journal of Food Engineering 19 (1993), 319 – 339 – 286.Tong, T.H., Lund, D.B. Microwave Heating of Baked Dough Products with Simultaneous Heat and Moisture Transfer. Journal of Food Engineering. 1993; 19: 319 – 339 – 286.Bonacina, C., Comini, G., Fasano, F., Primicerio, V., Numerical solution of phase–change problems. International Journal Heat Mass Transfer vol. 16 (1973), pp. 1825 – 1832.Bonacina, C., Comini, G., Fasano, F., Primicerio, V., Numerical solution of phase–change problems. International Journal Heat Mass Transfer. 1973; 16: 1825 – 1832.Davies, Brian (2002). "Heaviside step function". Integral Transforms and their Applications (3rd ed.). Springer. p. 28.Davies Brian "Heaviside step function". Integral Transforms and their Applications (3rd ed.). Springer.2002; 28.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.