CHƯƠNG 1.1 Cơ sở tính toán của phương pháp phần tử hữu hạn .1 Giới thiệu về phương pháp phần tử hữu hạn giải bài toán dao động (Nad, 2010).2 Phương pháp giải bài toán bằng phần tử hữu hạn.2 Các lý thuyết để tính toán chi tiết horn dạng trục bậc và tấm bậc. 10 Trang i Luan van 1.1 Sơ đồ nguyên lý cụm thiết bị phát sóng siêu âm dùng trong sấy .2 Tính toán horn dạng trục bậc .1 Giải pháp phân tích các dao động tự do của một chi tiết khuếch đại sóng .2 Các công thức tính toán được tổng quát cho horn dạng bậc .3 Tính toán cho tấm bậc có diện tích phát sóng mở rộng .3 Giải thuật tối ưu hóa đa mục tiêu GENE .4 Nguyên lý tách ẩm bằng sóng siêu âm. TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CHI TIẾT HORN DẠNG TRỤC BẬC VÀ TẤM BẬC .1 Mục tiêu cần đạt được trong vấn đề thiết kế chi tiết horn dạng trục bậc và tấm bậc19 2.2 Lựa chọn vật liệu và phương pháp tính toán .1 Chọn vật liệu .2 Phương pháp tính toán .1 Đối với horn dạng trục bậc .2 Đối với tấm bậc .3 Tính toán và thiết kế .1 Sơ đồ thiết kế horn dạng trục bậc và tấm bậc .2 Tiến hành tính toán, mô phỏng .1 Tính horn dạng trục bậc .2 Tính toán cho tấm bậc .4 Mô phỏng kiểm tra tần số, ứng suất của cụm horn dạng trục bậc và tấm bậc .5 Mô phỏng trường áp suất sóng âm của tấm lên môi trường không khí. 40 CHƯƠNG 3 CHẾ TẠO MẪU VÀ ĐO TRỞ KHÁNG CƠ.1 Chế tạo mẫu .2 Đo trở kháng âm và tần số cộng hưởng .3 Vấn đề kết nối trở kháng .1 Giới hạn công suất điện, cơ và kết nối trở kháng trong các tinh thể áp điện.2 Kết nối trở kháng các chi tiết khác trong cụm siêu âm.
50 CHƯƠNG 4 THÍ NGHIỆM SẤY, KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. 51 Trang ii Luan van 4.1 Mô hình thí nghiệm sấy .1 Chuẩn bị mẫu sấy .2 Dữ liệu sấy .2 Kết quả và thảo luận .1 Kết quả sấy sơ bộ .2 Kết quả sấy đến độ ẩm cân bằng.3 Thảo luận về kết quả tính horn và tấm bậc. 58 CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ .1 Tần số dao động riêng của cụm phát sóng siêu âm và trở kháng đo được .2 Kết luận về hiệu quả quá trình sấy có sự hỗ trợ của sóng siêu âm .1 Các vấn đề còn tồn tại .2 Hướng phát triển của đề tài. 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO.
CODE TÍNH CHO HORN. CODE TÍNH CHO TẤM BẬC. HƯỚNG DẪN CAO HỌC. BÀI BÁO THAM DỰ HỘI NGHỊ, TẠP CHÍ TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC.
BẢN SAO THUYẾT MINH ĐỀ TÀI ĐÃ ĐƯỢC PHÊ DUYỆT. 73 Trang iii Luan van DANH MỤC CÁC BẢNG BẢNG Trang Bảng 2.1 Các thuộc tính của thép SS 41(Wang 2011) .2 Các thuộc tính của hợp kim nhôm AA7075-T6 (Nguyen 2014).3 Kết quả tính toán horn dạng trục bậc bằng công thức lý thuyết.4 Kết quả mô phỏng của horn dạng trục bậc ở các mức chia lưới khác nhau.5 Các kích thước của horn được thiết kế .6 Tần số dao động của tấm tương ứng với các Mode khác nhau .7 Các kích thước của tấm bậc sau khi đã tối ưu .8 Kết quả mô phỏng tấm bậc trong AnsysWorkbench với các mức chia lưới khác nhau .9 Kết quả mô phỏng cho cụm chi tiết với các mức chia lưới khác nhau.1 Số liệu sấy qua hai mẻ sấy: có sự hỗ trợ của siêu âm và không có sự hỗ trợ siêu âm .54 Trang iv Luan van DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT GA : Genetic Algorithm CNC : Computer Numerical Control PLC : Programmable Logic Controller Trang v Luan van DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1 Cấu trúc cơ bản của một bộ chuyển đổi siêu âm dạng đĩa có bậc và một bộ chuyển đổi dạng tấm có bậc.2 Hình 2 Cấu trúc cơ bản của bộ chuyển đổi siêu âm dạng trụ và một phỏng phần tử hữu hạn cho dao động của ống trụ.2 Hình 3 Mô hình chống tạo bọt siêu âm.3 Hình 4 Hệ thống sấy siêu âm.4 Hình 5 Sơ đồ của sấy đối lưu không khí với sự hỗ trợ của siêu âm.6 Hình 6 Mô hình thiết bị phát sóng siêu âm năng lượng cao gồm: Bộ chuyển đổi kiểu Langevin (1) – Horn khuếch đại cơ dạng bậc (2) – Tấm bậc (3).1 Sơ đồ nguyên lý cụm thiết bị phát sóng siêu âm ứng dụng trong sấy.2 Horn dạng trục bậc .1 Sơ đồ thiết kế chi tiết horn dạng trục bậc.2 Sơ đồ thiết kế tấm bậc.3 Đồ thị biểu diễn biên độ dao động của horn ứng với tần số 19,2 kHz.4 Xây dựng mô hình horn trong Geometry của AnsysWorkbench.5 Chia lưới mô hình horn trong Model.6 Thiết lập các điều kiện biên.7 Lấy kết quả bài toán trong Result.9 Lưu đồ giải thuật tối ưu để xác định tần số làm việc và các kích thước của tấm được thiết kế.10 Một số dạng dao động của tấm được thiết kế.31 Trang vi Luan van Hình 2.11 Phân bố chuyển vị của tấm phẳng có chiều dài 260 mm, dầy 29 mm dao động ở Mode 8.12 Phân bố chuyển vị của tấm bậc được thiết kế tại tần số 19,2 kHz .13 Chia lưới cho mô hình ở mức mịn 53766 phần tử; 83924 nút.14 Dạng Mode 8 của tấm với tần số làm việc 20030 Hz .15 Bản vẽ thiết kế tấm bậc .16 Chia lưới cho cụm tấm và horn với mối ghép ren M12 với mức mịn (147425 phần tử; 236671 nút).17 Dạng dao động của cụm horn và tấm bậc tại tần số 19987 Hz.18 Phân bố ứng suất Von-Mises của cụm.19 Mô hình phân tích phân bố áp suất sóng âm lên môi trường của 2 trường hợp: (a,b) tấm phẳng, và (c,d) tấm bậc.1 Cụm chi tiết phát sóng siêu âm với horn dạng bậc và tấm bậc.2 Kết quả đo trở kháng của cụm phát sóng siêu âm .3 Cụm phát sóng siêu âm dùng trong ứng dụng sấy.4 Mạch điện tương đương cho các tấm tinh thế sứ áp điện: (a) Mạch cơ khí; (b) Mạch điện tương đương (Gallego-Juárez, 2006) .5 Mô hình mạch điện phân tích trở kháng cho cụm siêu âm (Tao 2011).1 Hệ thống sấy siêu âm gián tiếp được xây dựng để thí nghiệm.2 Lát cà rốt được chuẩn bị trước khi đem vào sấy .3 Cân điện tử METTLER TOLEDO, model: RW00-1220-301 được sử dụng để cân mẫu sấy.4 Đồ thị so sánh tốc độ sấy khi xử dụng hai phương pháp sấy có và không có sự hỗ trợ của siêu âm.55 Trang vii Luan van Hình 4.5 Mẫu 1: Mẻ cà rốt chưa sấy; Mẫu 2: Mẻ cà rốt đã sấy với siêu âm; Mẫu 3: Mẻ cà rốt đã sấy không có siêu âm.6 Mô hình bố trí thí nghiệm để sấy đến độ ẩm cân bằng .7 Đồ thị giảm ẩm của vật liệu theo thời gian sấy tới khi đạt độ ẩm cân bằng có sử dụng dụng và không sử dụng siêu âm.58 Trang viii Luan van TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Độc lập - Tự do - Hạnh phúc KHOA CƠ KHÍ MÁY Tp. HCM, ngày 27 tháng 2 năm 2016 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 1. Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu, thử nghiệm thiết bị phát sóng siêu âm ứng dụng trong sấy sản phẩm nông nghiệp - Mã số: T2015-08TĐ - Chủ nhiệm: TS.
Phạm Huy Tuân - Cơ quan chủ trì: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh - Thời gian thực hiện: 12 tháng (từ tháng 1/2015 đến tháng 12/2015) 2. Mục tiêu: — Nghiên cứu phát triển công nghệ siêu âm hỗ trợ quá trình sấy khô, kiểu sấy nóng với dòng không khí cưỡng bức nhằm hướng đến sấy các sản phẩm nông nghiệp chất lượng cao ở quy mô bán công nghiệp hoặc công nghiệp như các loại gỗ quý, thuốc, thảo dược (màng lụa hạt gấc, sâm tươi),. Tính mới và sáng tạo: — Công nghệ sấy với sự hỗ trợ của năng lượng siêu âm là một hướng nghiên cứu hoàn toàn mới tại Việt Nam. Hướng nghiên cứu này cũng đã được nghiên cứu ở nước ngoài nhưng với mức độ khá hạn chế do nhiều nguyên nhân như quy trình thiết kế khá phức tạp, trang thiết bị phục vụ nghiên cứu đắt tiền.
Tuy nhiên một số kết quả ban đầu đã chỉ ra rằng việc ứng dụng sóng siêu âm hỗ trợ sấy giúp giảm đáng kể năng lượng tiêu hao và đặc biệt là lưu giữ tối đa hàm lượng dinh dưỡng trong các sản phẩm sấy. Trang ix Luan van — Đề tài nghiên cứu thiết kế thiết bị phát siêu âm hỗ trợ cho quá trình sấy nóng ứng dụng cho các sản phẩm nông nghiệp có giá trị cao kết hợp với việc phân tích ảnh hưởng của nhiệt độ sấy tới chất lượng của sản phẩm. Tác giả sử dụng mô hình sấy gián tiếp (sấy đối lưu với sự hỗ trợ của siêu âm) để tiến hành thử nghiệm hiệu quả của việc ứng dụng siêu âm vào hỗ trợ sấy và đánh giá chất lượng cũng như hiệu quả của quá trình sấy. Kết quả nghiên cứu: — Đề tài đã đề xuất được quy trình thiết kế tấm phát xạ dao động ở tần số siêu âm dạng tấm bậc dốc sử dụng công cụ phần tử hữu hạn kết hợp giải bài toán tối ưu dùng giải thuật di truyền.
Dựa trên kết quả tính toán, một mô hình hệ thống sấy dùng siêu âm đã được chế tạo và đưa vào sấy thực nghiệm sản phẩm nông nghiệp. Kết quả thí nghiệm cho thấy mẻ sấy có sử dụng năng lượng siêu âm phát ra từ thiết bị được chế tạo có thời gian sấy giảm so với sấy truyền thống. — Thành công của đề tài này sẽ mở ra một hướng mới cho công nghệ sấy sản phẩm nông nghiệp sau thu hoạch vốn là một thế mạnh của Việt Nam trong khu vực Đông Nam Á.1 Sản phẩm khoa học [1]. Pham Huy Tuan, Nguyen Van Thai Duong, Nguyen Xuan Quang, 2014, “Computational Modeling and Design of a High-Intensity Ultrasonic Transducer with Extensive Radiator for Food Dehydration ,” The 2nd International Conference on Green Technology and Sustainable Development (GTSD2014), HCMC University of Technology and Education, Oct.
30th – 31st, HCM city, Vietnam, pp. Phạm Huy Tuân, Nguyễn Xuân Quang, Nguyễn Ngọc Phương, 2016, “Thiết kế chế tạo thiết bị phát sóng siêu âm tập trung cho ứng dụng sấy thực phẩm” Tạp chí Khoa học & Công nghệ các trường ĐHKT, Vol.2 Sản phẩm đào tạo: Hướng dẫn thành công 1 học viên cao học — Tên học viên: Nguyễn Văn Thái Dương Trang x Luan van — Ngành : Kỹ thuật cơ khí Khóa: 2012-2014(B) — Tên đề tài : “Nghiên cứu ứng dụng sóng siêu âm trong sấy chất lượng cao sản phẩm nông sản quy mô công nghiệp” — Điểm : 8.