Дисертація присвячена розробці теоретичних засад розрахунків та проектування циліндричних п'єзокерамічних випромінювачів з внутрішніми екранами з урахуванням взаємодії електричних, механічних та акустичних полів випромінювачів та практичній реалізації цих засад. Розроблені методи дозволяють враховувати вплив конструктивних особливостей випромінювачів на фізичні поля, утворювані випромінювачами в процесі роботи.Визначені методи розв'язку хвильових задач такого типу, які враховують особливості випромінювання звуку досліджуваними перетворювачами. До цих особливостей віднесені зв'язаність електричних, механічних та акустичних полів при перетворенні енергії і взаємодія акустичних полів п'єзокерамічної оболонки та екрану при формуванні акустичних полів, обумовлена многократністю відбиття випромінюваних та розсіяних звукових хвиль. Значна увага приділена процесам: перетворення електричної енергії в механічну, а механічної в акустичну; взаємодії через акустичне поле п'єзокерамічної оболонки і внутрішнього екрану випромінювача; взаємодії процесів перетворення енергії і її випромінення в оточуючі середовища. Досліджено вплив конструктивних характеристик випромінювача на його фізичні поля. Встановлено, що при радіально симетричному електричному збудженні циліндричної п'єзокерамічної оболонки випромінювача введення до його складу внутрішнього акустичного екрану обумовлює появу ряду фізичних особливостей формування механічних полів випромінювача. Визначені закономірності поведінки частотних і кутових залежностей амплітуд і фаз повної коливальної швидкості та її мод в залежності від : розмірів екранів при сталій відстані між поверхнями оболонки та екрану; від відстані між поздовжніми вісями оболонки і екрану при незмінних розмірах екрану; складу застосованої п'єзокераміки; фізичних характеристик рідини у внутрішній порожнині випромінювача; розмірів п'єзокерамічної оболонки – її радіусу і товщини. Встановлено, що при малих розмірах екрану заново генеровані власні резонанси заходять далеко вниз в область низьких частот. При екранах середніх розмірів ці нові власні резонанси механічного поля не утворюються в низькочастотній області, а зосереджені в областях резонансній та високочастотній. Встановлено, що в формуванні закономірностей поведінки акустичних полів випромінювачів з внутрішнім екраном з урахуванням названих вище взаємодій визначальну роль грають такі фізичні фактори як резонансні властивості п'єзокерамічної оболонки та внутрішнього об'єму випромінювача з екраном і степінь асиметрії його побудови. Основні закономірності впливу цих фізичних особливостей на акустичні поля екранованого випромінювача полягають в збагаченні спектру його власних частот і значному поширенні їх в область низьких частот порівняно з власною частотою п'єзокерамічної оболонки в вакуумі без змін розмірів екранованого випромінювача. Кількісні значення цих змін в величинах нових акустичних резонансів та амплітуд акустичного тиску є різними в залежності від характеристик того чи іншого конструктивного фактора. Встановлено, що в областях максимального випромінювання звуку, обумовлених власними резонансами внутрішнього об'єму випромінювача, не змінюються його ненаправлені властивості. В той же час на частотах максимального випромінювання, обумовлених акустичними складовими заново генерованих завдяки асиметрії побудови випромінювача мод коливань, це випромінювання набуває суттєвої направленості. При цьому основна частина акустичної енергії формується в напрямі, протилежному напрямку розміщення внутрішнього екрану. Встановлені якісні і кількісні впливи названих вище конструкційних параметрів екранованих випромінювачів на такі характеристики їх електричних полів як частотні залежності їх струмів та вхідних електричних опорів. Показано, що повний струм збудження випромінювача має дві складові: ємнісну і динамічну. В більшості випадків закономірності змін повного струму в широкому діапазоні досліджуваних частот визначаються закономірностями частотних змін динамічної складової електричного струму. Через дослідження вхідних електричних опорів екранованого випромінювача встановлена спроможність його електричного поля сприйняти електричну енергію від збуджуючого випромінювач генератора. Експериментальним шляхом підтверджена адекватність запропонованих розрахункових моделей та отриманих чисельних результатів реальним циліндричним п'єзокерамічним випромінювачам з внутрішніми екранами. Результати дисертаційної роботи впроваджено на Державному підприємстві «Київський науково-дослідний інститут гідроприладів» при виконанні проектних розрахунків циліндричного випромінювача для КНР.^UThe dissertation is devoted to the development of theoretical principles of calculations and design of cylindrical piezoceramic emitters with internal screens, taking into account the interaction of electric, mechanical and acoustic fields of emitters and the practical implementation of these principles. The developed methods allow to take into account the influence of design features of radiators on the physical fields formed by radiators in the course of work. Methods of the decision of wave problems of this type which consider features of sound emission by the investigated converters are defined. These features include the interconnection of electric, mechanical and acoustic fields in energy conversion and the interaction of the acoustic fields of the piezoceramic shell and the screen in the formation of acoustic fields, due to the multiple reflection of emitted and scattered sound waves. Considerable attention is paid to the processes: conversion of electrical energy into mechanical and mechanical into acoustic; interactions through the acoustic field of the piezoceramic shell and the inner screen of the emitter; interaction of energy conversion processes and its radiation into the environment. The influence of the design characteristics of the radiator on its physical fields is investigated. It is established that at radially symmetrical electric excitation of a cylindrical piezoceramic cover of the radiator introduction to its structure of the internal acoustic screen causes emergence of a number of physical features of formation of mechanical fields of the radiator. The regularities of the behavior of frequency and angular dependences of the amplitudes and phases of the total oscillatory velocity and its modes depending on: the size of the screens at a constant distance between the surfaces of the shell and the screen; from the distance between the longitudinal axes of the shell and the screen at constant screen sizes; composition of applied piezoceramics; physical characteristics of the liquid in the inner cavity of the radiator; the size of the piezoceramic shell - its radius and thickness. It is established that at small screen sizes the newly generated natural resonances go far down into the low frequency range. With medium-sized screens, these new intrinsic resonances of the mechanical field are not formed in the low-frequency region, but are concentrated in the resonant and high-frequency regions. It is established that in the formation of patterns of behavior of acoustic fields of emitters with an internal screen, taking into account the above interactions, physical factors such as resonant properties of the piezoceramic shell and the internal volume of the emitter with a screen and the degree of asymmetry. The main laws of influence of these physical features on the acoustic fields of the shielded emitter are to enrich the spectrum of its natural frequencies and significantly spread them in the low frequency range compared to the natural frequency of the piezoceramic shell in vacuum without changing the size of the shielded emitter. Quantitative values ​​of these changes in the values ​​of new acoustic resonances and amplitudes of acoustic pressure are different depending on the characteristics of a design factor. It is established that in the areas of maximum sound radiation, due to the own resonances of the internal volume of the emitter, its non-directional properties do not change. At the same time, at the frequencies of the maximum radiation caused by the acoustic components newly generated due to the asymmetry of the construction of the emitter modes of oscillations, this radiation acquires a significant direction. The main part of the acoustic energy is formed in the direction opposite to the direction of placement of the internal screen. Qualitative and quantitative influences of the above design parameters of shielded emitters on such characteristics of their electric fields as frequency dependences of their currents and input electric resistances are established. It is shown that the total excitation current of the emitter has two components: capacitive and dynamic. In most cases, the patterns of changes in total current in a wide range of studied frequencies are determined by the patterns of frequency changes of the dynamic component of the electric current. Through the study of the input electrical resistances of the shielded emitter, the ability of its electric field to absorb electric energy from the generator exciting the emitter is established. The adequacy of the proposed calculation models and the obtained numerical results to real cylindrical piezoceramic emitters with internal screens have been experimentally confirmed. The results of the dissertation work were implemented at the State Enterprise "Kyiv Research Institute of Hydraulic Devices" when performing design calculations of a cylindrical radiator for China.

Дисертація присвячена вирішенню актуальної проблеми молочної галузі використання енергії імпульсних електричних полів для подовження терміну зберігання молочних продуктів з обґрунтуванням параметрів процесу. На основі математичного моделювання процесів обробки молока імпульсними електричними полями була розроблена модель процесу виділення енергії в робочій камері, встановлено механізм процесів інактивації мікроорганізмів в молоці в камерах проточного типу. Встановлено відсутність негативних наслідків на фізико-хімічні показники молока після оброблення ІЕП. Запропоновано енергоощадну технологію оброблення рідких молочних продуктів з використанням енергії імпульсних магнітних полів, яка у поєднанні з тепловим обладнанням для рекуперації тепла забезпечує високоефективне оброблення молока шляхом зменшення тривалості його перебування в зоні критичних температур. Результати досліджень впроваджені у виробництво на підприємстві молочної галузі та у навчальний процес Національного університету харчових технологій.^UThe dissertation is devoted to the solving an actual problem of dairy branch of use of energy of pulsed electric fields for prolongation of expiration date of liquid dairy products with the substantiation of process parameters, for introduction of resource and energy saving technologies of intensification of industrial processes of food and biological value improvement. It was established that pulsed electric field treatment is the most energy efficient method for intensification of mass transfer processes and extension of the expiration date based on the analysis of the main electrophysical methods of liquid products processing. It was proved that the processing of milk by PEF in a closed chamber during 10 s heats it by 56oC, with the energy released in the chamber 56 kJ and the average energy consumption – 3.8 kW. It was experimentally established that the processing of whole milk by pulsed electric fields in the range of intensity 15… 30 kV/cm and duration 10 ... 30 s led to an increase in its temperature in the range of 45 ... 85°C due to redistribution of energy of pulsed electric fields into thermal energy. The increase in temperature correlates with the intensity and duration of processing. A mathematical model was developed for modeling the processes of inactivation of microorganisms in milk. It was established that the processing of milk by PEF at a voltage of 15 kV/cm led to irreversible inactivation of microorganisms at a processing time – 7 s, at a voltage of 20 kV/cm – 5 s, at a voltage of 25 kV/cm – 3 s, a voltage of 30 kV/cm – 2 s. A mathematical description of the processes of action of pulsed electric fields in a flow-type chamber with maximum energy efficiency was developed. The value of rational specific energy consumption in the flow mode during processing was set, which is Esp = 5.83 kW·h/m3, which is almost 4 times less than energy consumption during thermal pasteurization. The obtained result indicates that almost all the electromagnetic energy which reached the working chamber is released in it in the form of thermal energy. This is a fundamentally important factor, because both the electromagnetic components (electric and magnetic field strength, voltage and current in the working chamber) and thermal energy are synergistically directed factors. This unidirectional action leads to an increase in the degree of inactivation of microorganisms in processed liquid products. If the thermal energy released in the chamber is transferred by the heat exchanger to the untreated product that has not yet passed through the working chamber, the efficiency of energy ηe for this process is ηe≈85… 99.5%. The absence of a negative effect of PEF on the physicochemical and microbiological parameters of milk, within the rational parameters of the processing, was experimentally proved. The parameters of electropulse processing were determined to ensure processing of whole milk, whey and water with rational parameters. An analytical description of the change in physicochemical parameters of whole milk before and after processing by PEF for different processing parameters was made, which was confirmed by the obtained experimental data. Taking into account the results of scientific research, a new hardware-technological scheme of processing of liquid dairy products by PEF using pulsed magnetic field energy was developed, which in combination with thermal equipment for heat recovery provides highly efficient processing by reducing milk residence time at critical temperatures. The results of scientific research were introduced into production at the dairy plant LLC "Terebovlya Dairy Plant", technological requirements (TU U 10.8-02070938-228: 2017 "Milk-containing products obtained using electromagnetic processing") were developed, they were also introduced to the educational process of the National University of Food Technologies when teaching professional disciplines as well as in the implementation of course projects and diploma projects.