Повышение эффективности сушки семян зерновых культур микроволновым излучением на основе свойств поверхностного волновода

Проект ИРН AP13268797 выполняется в рамках грантового финансирования молодых учёных по проекту «Жас ғалым» финансируемого Комитетом науки Министерства науки и высшего образования Республики Казахстан.

Руководитель проекта (постдокторант): Риттер Е.С., доктор PhD (эл. почта kritter315@gmail.com, h-индекс=1, Scopus Author ID: 57217089944, ORCID: 0000-0002-1201-1247). 

Научный консультант: Савостин А.А., к.т.н., ассоциированный профессор (эл. почта alexey.savostin@gmail.com, h-индекс = 2 (Scopus), Scopus Author ID: 57190305485, ORCID: 0000-0002-5057-2942).

Сроки исполнения: 01.05.2022 - 31.12.2024 г.

Продолжительность: 32 месяца.

Общий объем финансирования: 18 990 434 тенге.

Цель проекта: Создание новых способов облучения микроволновой энергией семян зерновых культур для повышения эффективности их сушки с применением открытого поверхностного волновода и устройства концентрации энергии на объекте сушки; разработка вариантов конструкций микроволновых установок для экстренной, малозатратной сушки зерна небольших объемов.

Ожидаемые результаты: Будет проведен анализ модели сверхвысокочастотного облучения зернового материала. Выбор оптимального диапазона частот при сушке видов зерновых культур. Способы равномерного облучения зернового материала микроволновой энергией. Решение проблемы с локальным перегревом зерна в сушильных установках. Заявка на патент на полезную модель. Модель установки для микроволновой сушки зерна на основе поверхностного волновода.

Описание проекта: В данном проекте предложена возможность применения более качественной микроволновой сушки семян зерновых культур путем разработки нового инструментария, позволяющего создавать равномерное распределение электромагнитного поля микроволнового диапазона по всему объему зернового материала.

Устранение даже части из известных недостатков сушильных установок, применяемых в настоящее время для снижения влажности семян различных зерновых культур, в элеваторной, пищевой промышленности и в сельском хозяйстве, позволит решить ряд актуальных практических задач развития АПК Казахстана. 

Проделанная работа:

По результатам научно-исследовательской работы выполнены следующие задачи:

1. Разработана конструкция многовходового устройства возбуждения на основе двух полуволновых вибраторов с запирающим четверть волновым стаканом на конце, для гальванической развязки с фидером.

2. Проведен ряд практических экспериментов с применением маломощных сверхвысокочастотных генераторов для возбуждения поверхностной волны.

3. Предложена схема размещения радиальных вибраторов вокруг провода поверхностного волновода. К каждому такому вибратору подключен автономный сверхвысокочастотный генератор, а сложение мощностей осуществляется непосредственно в теле облучаемого объекта.

4. Проведено исследование неоднородностей в поле поверхностного волновода, показавшее их способность переизлучать Т - волну независимо от характера проводимости. Разница состоит только в том, что переизлучаемое поле проводников интенсивнее, чем диэлектриков.

5. На основе проведенных исследований показано, что с конструктивной точки зрения более эффективной системой возбуждения поверхностных волн с помощью продольной составляющей является отражатель в виде плоского диска, имеющий определенную связь с проводом через четвертьволновой запирающий стакан, который непосредственно одевается на провод линии поверхностных волн. Стоит отметить, что четверть волновой стакан представляет собой отрезок металлической трубы, через которую осуществляется запитывание устройства возбуждения от сверхвысокочастотного генератора.

6. Разработаны новые схемотехнические и конструктивные решения, позволяющие использование многовходового устройства возбуждения в качестве конструкции для поглощающих нагрузок для рассеивания высоких мощностей. Данный вариант конструкции позволяет распределить результирующую мощность в виде тепла на ряд нагрузок меньшей мощности.

7. Проанализированы способы возбуждения волны Е00. Предложен вариант суммирования энергии от ряда некогерентных сверхвысокочастотных генераторов с помощью вибраторного устройства возбуждения поверхностных волн. Предложенный способ сложения мощностей позволит наращивать значения результирующей мощности с помощью относительно маломощных генераторов.

8. В результате проведения экспериментальных исследований было установлено, что при установке около системы возбуждения плоского рефлектора в виде диска, достигается однонаправленное распространение поверхностных волн. При этом появляется возможность крепления элементов возбуждения к рефлектору.

Список статей:

1. Ritter E., Kismereshkin V., Cieslik J., Savostin A., Ritter D., Aytulina A., Kasimov I., Bekkozhina B. Uniform large sized lumber drying system using mw radiation and basing on a single wire E00 wave energy transmission line // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. Vol. 4, No 8 (106), August 2020, PP. 295-300. DOI: 10.15587/1729-4061.2020.210752. https://www.scopus.com/record/display.uri?eid=2-s2.0-85096636527&origin=resultslist (Процентиль Scopus – 56%);
2. Cieslik J., Kismereshkin V., Ritter E., Savostin A., Ritter D., Nabiyev N. Installation for concentrated uniform heating of objects by microwave radiation // International Journal of Electronics and Telecommunications. Vol. 66, No 2. May 2020. PP. 295-300. DOI: 10.24425/ijet.2020.131877. https://www.scopus.com/record/display.uri?eid=2-s2.0-85086143992&origin=resultslist (Процентиль Scopus – 28%);
3. Риттер Е.С., Савостин А.А, Риттер Д.В. Система распределения сверхвысокочастотной энергии на облучаемые объекты // Вестник ПГУ. Энергетическая серия, Павлодар, 2019, №1 - С. 355-360 (https://vestnik.psu.kz/images/pdf/energetika/energetika_1_2019.pdf#page=178 );
4. Риттер Е.С., Кисмирешкин В.П., Кошеков К.Т., Риттер Д.В. Промышленный нагрев на основе однопроводной линии передачи СВЧ энергии // Вестник Алматинского университета нергетики и связи, Алматы-2018г №4(4) (43), С. 102-107 (https://vestnik.aues.kz/index.php/none/issue/view/50/52 );
5. Риттер Е.С., Кошеков К.Т., Риттер Д.В. Сверхвысокочастотная сушка древесины полем волновода на основе однопроводной линии передачи электромагнитной энергии // Вестник  Казахской академии транспорта и коммуникаций имени М. Тынышпаева №2. 2019. С. 268-274 (https://alt.edu.kz/wp-content/assets/docs/Наука/Вестник/2019/2019%20-%202(109).pdf );
6. Кисмирешкин В.П., Риттер Е.С., Зыкова Н.В., Риттер Д.В. Исследование эффективности системы резонансных вибраторов для равномерного распределения поля волны Е₀₀ // Вестник ПГУ. Энергетическая серия, Павлодар 2020, №2 - С. 272-277 (http://rmebrk.kz/journals/6143/71136.pdf ).
7. E. Ritter, A. Savostin, D. Ritter, G. Savostina, A. Smirnov, S. Moldakhmetov Application of a surface waveguide in microwave drying units of the agribusiness industry. International Journal of Agronomy, Published 12 March 2024, Volume 4, Article ID 3689527, https://doi.org/10.1155/2024/3689527
8. Риттер Е.С., Савостин А.А., Риттер Д.В., Савостина Г.В., Смирнов А.П., Микроволновая сушка зерновых культур на основе свойств поверхностного волновода. Вестник «Труды университета»  Карагандинский технический университет имени Абылкаса Сагинова, г. Караганда 2022 3(88), С. 385-389. 
9. Риттер Е. С., Савостин А. А., Риттер Д. В., Савостина Г. В., Фокусировка микроволнового излучения с помощью зеркальных рефлекторов, ВЕСТНИК Торайгыров университета, Энергетическая серия, ISSN 2710-3420, № 3 (2022), с.165-176 
10. Смирнов А.П., Риттер Е. С., Савостин А. А., Риттер Д.В., Молдахметов С.С., Численное моделирование потенциометрического измерителя уровня электропроводной среде и улучшение конструкции измерителя. ВЕСТНИК Торайгыров университета, Энергетическая серия, ISSN 2710-3420, № 4 (2023), С. 323-334.
11. Смирнов А.П., Риттер Д.В., Савостин А. А., Риттер Е. С., Разработка устройства для определения границы  перехода жидкостей с разными проводимостями. Вестник Академии Национальной гвардии Республики Казахстан, Петропавловск 2024, №51(1), С. 302-307.
12. Риттер Е. С., Савостин А. А., Риттер Д.В Молдахметов С.С., Петров П.А., Повышение равномерности распределения электромагнитного поля в микроволновых зерносушилках. Вестник Казахской академии транспорта и коммуникаций имени М. Тынышпаева №1. Алматы 2024. С. 395-403.
13. Смирнов А.П., Риттер Е. С., Савостин А. А., Молдахметов С.С., Моделирование потенциометрического датчика уровня и оценка погрешности. Вестник университета Шакарима технические науки. Семей, 2024, № 1 (13), С 28-38.
14. Смирнов А.П., Риттер Е. С., Риттер Д.В., Савостин А. А., Молдахметов С.С., Моделирование потенциометрического уровнемера в неоднородной жидкости и оценка погрешности. Вестник Казахской академии транспорта и коммуникаций имени М. Тынышпаева №1. Алматы 2024. С. 404-413.
15. Патент №7771 от 27.01.2023 на полезную модель «Способ микроволновой сушки семян зерновых культур».