Производство пресс-вакуумных и
вакуумных сушильных камер
+7 (347) 252-69-44
г. Уфа, ул. Владивостокская,
1а, офис 50

     

         Улучшенная звукопроводность древесины. Использование ультразвука.

Разобраться с физической сущностью поля упругих колебаний в твердых средах удалось в результате экспериментального обнаружения ряда новых, неизвестных ранее физических эффектов и явлений, одним из которых является эффект акустического резонансного поглощения (АРП). Акустическая отзывчивость во многом зависит от пластичности древесины,  которая поглощает энергию «струны» превращает ее в тепло. Скорость волны вдоль волокон в 4 раза выше, чем поперек волокон. Чем выше вакуум тем скорость звука ниже. В камере ПВСК-3 с помощью струйного резонатора при вакууме 0.8 кПа был достигнут резонанс на частоте 100 герц. С помощью сейсмических датчиков были определены зоны с максимальным и минимальным резонансом.
Эффект АРП заключается в том, что при нормальном прозвучивании гармоническим сигналом пластины, имеющей толщину h, на частоте f0 часть излучаемого поля переориентируется так, что переизлучается этой пластиной в ортогональном (относительно первичного) направления через свои торцы. Связь между f0 и h выражается следующим соотношением: f0 = Vсдв / h , где Vсдв — скорость поперечных (сдвиговых) волн.
Частота f0 — это собственная частота, которой характеризуются гармонические затухающие колебания, возникающие в результате ударного воздействия на пластину-резонатор толщины h. То есть тот колебательный процесс, который всегда воспринимали как помеху, на самом деле, спектрально связан с размерами прозвучиваемого объекта, а, стало быть, может использоваться, в частности, при сушке пиломатериала. В камере ПВСК-3, эксперимент проводился на частоте 100 и 200 герц, результаты положительные.
Нетрудно заметить, что все вышесказанное существенно расходится с общепринятыми подходами к кинематическим характеристикам продольных и поперечных волн. Но ведь и в самом деле, давно уже следовало отдать себе отчет, что характеризовать какой-либо тип упругих колебаний параметрами смещения колеблющихся частиц в упругой волне, как минимум, неправомерно, поскольку на сегодняшний день просто не существует технических средств, позволяющих эти параметры оценить. Ни для амплитуды смещения колеблющихся частиц, ни для скорости либо ускорения их смещения, ни для механического напряжения в упругой волне — датчиков не существует. То есть понятия продольных и поперечных волн возникли чисто умозрительно, и подкреплялись результатами измерений.
В свете рассмотрения свойств поля упругих колебаний с учетом эффекта АРП это уже не теряет свою актуальность. Сейчас стало ясно, что все сигналы, имеющие вид затухающего гармонического колебания, сформировались в результате возбуждения соответствующих древесных структур и переходов дерево-металл, проявивших свойства колебательных систем. И привлекать для их описания какой-либо тип упругих колебаний не имеет смысла.

Практический интерес представляет возможность ускорения сушки ультразвуком, в частности, реакции  ферментативного гидролиза древесной целлюлозы для получения растворимых сахаров. Однако результат ультразвуковой обработки зависит не только от его параметров, но и от условий воздействия. Так, предварительная обработка твердого целлюлозного субстрата ультразвуком промышленной частоты в растворе фермента при 0 ○С в течение 15 минут в 1,5-3 раза увеличивает скорость последующей  ферментативной конверсии целлюлозы в сахара при 50оС. Воздействие же ультразвуком частотой 35 кГц, с плотностью мощности 0,5 Вт/см3 в течение 10 минут при температуре 200 С ежечасно в процессе реакции практически не влияет на скорость ферментативного гидролиза. Приведенные данные позволяют построить модель механизма действия ультразвука на процесс ферментативного гидролиза. Если белки иммобилизованы – связаны с поверхностью клеточных мембран или нерастворимых гранул-носителей, то ультразвук даже малых интенсивностей (0,2 Вт/см2, 0,88 МГц) заметно увеличивает скорость ферментативных реакций. Этот эффект скорее всего, обусловлен ультразвуковыми микропотоками, разрушающими граничные слои жидкости у поверхности носителя и облегчающими диффузию субстрата к ферменту. Так, при исследовании влияния ультразвука на скорость ферментативного гидролиза сульфатной целлюлозы, обнаружен эффект предварительной ультразвуковой активации процесса гидролиза.  Ультразвуковая обработка целлюлозы в растворе целлюлолитического фермента при 0○С, увеличивает скорость последующей ферментативной реакции в 1,5-2 раза при 50○ С. Во время ультразвуковой обработки раствора, содержащего фермент- субстратный комплекс при 0○С, реакция гидролиза не протекает, так как интервал температур, в котором фермент проявляет каталитическую активность составляет 30-70○С (таблица 2).

Когда предлагаемая в настоящей работе точка зрения окажется общепринятой и будет принято считать реальную часть поля упругих колебаний продольными волнами, а мнимую поперечными, то будут пересмотрены и свойства субстанций, известных сегодня под этими названиями. Так, должна отойти в небытие легенда о том, что поперечные волны не распространяются в жидких и газообразных средах. И действительно, как показано в работе /1/, при определенных условиях резонаторы (на поперечных, естественно, волнах) формируются и в этих средах. И, наконец, о причинах необъяснимо низкого затухания сигналов в отдельных случаях. Не вдаваясь здесь в частности, отметим лишь, что поскольку сигналы формируются мнимой «ударной» частью поля, то требовать исполнения закона сохранения при рассмотрении затухания нельзя. Практические испытания проводились в камере ПВСК-3, резонаторный объем 3500х1500х500мм., на частотах 100, 200 и 400 гц. Возбуждаемые колебания струйным резонатором вакуумного насоса и при его работе низкочастотных колебаний практически не слышно.
Известно, что чем больше сжимаемость рабочей среды, тем выше эффективность преобразования тепловой энергии среды в механическую работу. В камере ПВСК — это эффект пресса. Новым в термодинамике двухфазных потоков является учёт свойства повышенной сжимаемости среды именно в двухфазных потоках. Свойство достаточно хорошо известное специалистам, работающим в этой области, но исключительно редко используемое ими практически в целях оптимизации процессов энерго-, массо- и теплопереноса. Вот эта основная особенность двухфазного потока и послужила базой для развития нового направления в термодинамике.

Поток пара на выходе с камеры имеет скорость, равную или большую локальной скорости звука. Камера сушки является теплообменником (массообменником) смесительного типа. В результате обмена количеством движения рабочих тел в камере сушки не становится однородным и скорость звука и упругих волн передается по сжатому штабелю древесины ( в металле больше 1000, в воде на половину меньше, а в паро-газовой и пузырьках совсем малое) контактным способом. Поэтому низ высыхает быстрее. Благодаря тому, что поток на выходе камеры обладает очень развитой поверхностью (он имеет либо туманно образную, либо пенно-образную структуру в зависимости от соотношения паровой и водяной фаз), размеры устройства откачки многократно меньше по сравнению с любыми теплообменниками поверхностного типа (включая пластинчатые) где и удается погасить звуковую волну.