Анотація до роботи:

Поліщук Н. В. Інтенсифікація тепломасопереносу в макропористих тілах у процесах зволоження та сушіння під дією сильних електричних полів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14.06 – технічна теплофізика та промислова теплоенергетика. – Інститут технічної теплофізики НАН України, Київ, 2006 .

Дисертація присвячена теоретичному і експериментальному обґрунтуванню інтенсифікації процесів тепло- і масопереносу при зволоженні і сушінні твердих дисперсних систем під впливом сильних неоднорідних електричних полів, які максимально інтенсифікують теплоперенос за рахунок електроконвективного масопереносу. Показано, що дискретно-імпульсне введення енергії на межу розділу фаз успішно реалізується за допомогою розрядних неоднорідних електричних полів, які пришвидшують процеси зволоження і сушіння гетерогенних капілярно-пористих і макропористих тіл. При цьому зменшуються енергозатрати і тривалість як зволоження, так і сушіння, а також шкідливі викиди в атмосферу.

Виявлено, що ефективна теплопровідність кварцових капілярних трубок у неоднорідному електричному полі, в яких здійснюється конвективний перенос гарячої води, на 6 – 7 порядків більша ніж істинна теплопровідність нерухомих твердої і рідкої фаз окремо. При цьому величина теплопровідності залежить від радіуса капілярної трубки і кута нахилу до горизонту (вплив гравітації). Для капілярних трубок з полівінілхлориду теплопровідність при конвективному русі нагрітої води в неоднорідному електричному полі збільшується ще на порядок. Аналогічні явища інтенсифікації теплопереносу за дії неоднорідного електричного поля спостерігаються в макропористому тілі (кварцовий пісок) і капілярно-пористих тілах (силікагелі КСМ-5 і КСК-2). Розроблені способи електронно-іонного сушіння пористих тіл і регенерації адсорбентів при осушенні повітря в промислових адсорберах.

Дисертаційна робота спрямована на розвиток ефективних методів інтенсифікації тепломасопереносу при сушінні пористих тіл та всмоктування води в капілярні трубки різних радіусів і різної фізико-хімічної природи внутрішніх каналів, при різних температурах та градієнтах температури і різній орієнтації їх відносно гравітаційного поля, під дією неоднорідних електричних полів. Вона сприяє розв’язанню інженерних потреб зволожувальної і сушильної техніки, за умови використання електронно-іонних технологій, зокрема, при розробці енергозберігаючих електронно-іонних методів зволоження і сушіння твердих дисперсних систем. Узагальнення одержаних теоретичних та експериментальних результатів приводить до таких висновків.

1. Установлено механізми і закономірності впливу як дорозрядних, так і розрядних неоднорідних електричних полів на теплоперенос через інтенсифікацію масопереносу в модельних капілярних трубках, макропористих і капілярно-пористих тілах різної фізико-хімічної природи. Одержані аналітичні і графічні залежності вказують на суттєвий вплив неоднорідних електричних полів, особливо розрядних, на положення рідини в пористих тілах, їх масопереносні і теплофізичні параметри, які характеризують інтенсивність процесів тепломасопереносу.

2. Запропоновано узагальнені вирази для пондеромоторних сил неоднорідних електричних полів та руху рідини в капілярних трубках, які детально з’ясовують фізичні механізми впливу на гідродинаміку капілярного усмоктування і сушіння різних силових факторів неоднорідного електричного поля.

3. Виявлено, що довжина стовпчиків води за впливу полів, особливо розрядних, при різних температурах і їх градієнтах аж до температури кипіння в капілярних трубках, збільшується в кілька разів, а швидкість у кінці всмоктування зростає як у горизонтальних, так і в розміщених під різними кутами до напрямку гравітаційного поля в гідрофільних і гідрофобних капілярних трубках на порядки.

4. Показано, що ефективні коефіцієнти теплопровідності кварцових і полівінілхлоридних капілярних трубок, спрямованих під різними кутами до гравітаційного поля, при всмоктуванні гарячої води в сильних полях у результаті виникнення і взаємодії додаткових електрогідродинамічних і термоградієнтних потоків, на кілька порядків більші, ніж окремо в нерухомих твердій і рідкій фазах. Аналогічні ефекти виявлено в макропористих і капілярно-пористих тілах.

5. Дослідження зміни температури вологих тіл і питомих енергозатрат при їх сушінні показали, що фактори інтенсифікації, зокрема, велика енергоємкість, строга просторова спрямованість і концентрація дії плазми коронного, іскрового та часткових розрядів лише на найбільш вологих, практично точкових, ділянках макропористих чи капілярно-пористих тіл, роблять ці газові розряди при атмосферному тиску спорідненими з методами дискретно-імпульсного енергопідводу й ефективними засобами пришвидшення сушіння макропористих і капілярно-пористих тіл зі зменшенням теплових затрат на видалення вологи різних станів і форм зв’язку.

6. Числа подібності для тепломасопереносу, при всмоктуванні рідинного теплоносія в капілярні трубки і сушінні капілярно-пористих тіл, суттєво залежать від наявності неоднорідних електричних полів, особливо розрядних. На цю залежність справляють значний вплив такі фактори, як радіус капілярної трубки, температура, градієнт температури і кути нахилу капілярних трубок до напрямку гравітаційного поля. Це необхідно враховувати при створенні надійних систем термостатування, забезпеченні стабільних умов транспортування тепла при різній орієнтації теплоносія, розширенні і поглибленні досліджень гідродинаміки і теплообміну в електричних полях, у тому числі і при фазових перетвореннях.

7. Показано, що сильні електричні поля відносяться до ефективних засобів інтенсифікації тепломасоперносу в макропористих тілах і їх можна використати при розв’язанні важливих інженерних теплофізичних задач: розробка ЕГД випаровувальних і конденсаційних систем; конструювання ЕГД пристроїв автоматики і теплових труб; при модернізації адсорбційної технології і техніки; при здійсненні екстракції та фільтрації; для проектування та експлуатації зволожувальних (просочування) і сушильних установок з електронно-іонним сушінням (зокрема, ниток) при практично дискретно – імпульсному введенні енергії в точки максимальної концентрації вологи в пористих тілах.

Результати дисертаційної роботи запропоновані до впровадження у виробничий процес на Рівненському льонокомбінаті з електронно-іонного сушіння ниток та впровадженні на Рівненському заводі „Технопривод” для інтенсифікації роботи осушувальних адсорберів.

Основний зміст дисертації висвітлено в публікаціях

1. Полищук Н.В. Влияние электрических полей на капиллярные постоянные // Электронная обработка материалов. – 2004. – № 1. – С. 32 – 41.

2. Поліщук Н.В. Вплив електричного і гравітаційного полів на швидкість переміщення води в макрокапілярах неорганічного полімерного матеріалу // Фізика конденсованих високомолекулярних систем. – Рівне: РДГУ, 2004. – Вип. 10. – С. 59 – 66.

3. Поліщук Н.В. Вплив електричних полів на підняття води у капілярних трубках з полівінілхлориду // Фізика конденсованих високомолекулярних систем. – Рівне: РДГУ, 2005. – Вип. 11.– С. 38 – 43.

4. Панченко И.М., Панченко М.С., Мосиевич А.С., Панасюк А.Л., Полищук Н.В. Сорбционные и влагопереносные свойства ионитов в электрических полях // Электронная обработка материалов. – 2001. – № 4. – С. 36 – 43.

5. Панченко И.М., Панченко М.С., Полищук Н.В. Влияние электрических полей на процесс переноса тепла во влажном микропористом теле // Электронная обработка материалов. – 2002. – № 1. – С. 46 – 51.

6. Полищук Н.В., Панченко И.М., Панченко М.С., Карпович И.Н. Эффекты воздействия и последействия электрических полей на поднятие воды в макрокапиллярах // Электронная обработка материалов. –2002. –№ 4. –С. 54– 67.

7. Полищук Н.В., Панченко И.М., Панченко М.С., Карпович И.Н. Влияние электрического поля на скорость перемещения воды в широком капилляре, расположенном под малым углом к горизонту // Электронная обработка материалов. – 2003. – № 6. – С. 25 – 33.

8. Polishchuk N.V., Panchenko I.M., Panchenko M.S., and I.N. Karpovich. Influence of electric fields on water displacement in capillary tubes // Surface engineering and applied electrochemistry. – 2003. – N 4. – P. 27 – 37.

9. Полищук Н.В., Панченко И.М., Панченко М.С. Влияние влагопереноса на теплоперенос под воздействием неоднородного электрического поля в конических капиллярах // Инженерно-физический журнал. – 2004. – Т. 77, № 4. – С. 121 – 127.

10. Полищук Н.В., Панченко И.М., Панченко М.С. Интенсификация влаго- и теплопереноса при сушке капиллярно-пористых тел в сильных электрических полях // Электронная обработка материалов. – 2004. – № 5. – С. 26 – 37.

11. Поліщук Н.В., Панченко І.М., Панченко М.С., Мосієвич О.С., Панасюк А.Л. Підняття води у макрокапілярах кремнійвмісного полімеру в умовах дії електричних полів // Фізика конденсованих високомолекулярних систем. – Рівне: РДГУ, 2004. – Вип. 10. – С. 10 – 20.

12. Полищук Н.В., Панченко И.М., Панченко М.С., Мосиевич А.С., Панасюк А.Л. Энергограммы изотермической сушки капиллярно-пористого тела в сильных электрических полях // Электронная обработка материалов. – 2005. – № 3. – С. 58 – 69.

13. Полищук Н.В., Панченко И.М., Панченко М.С., Мосиевич А.С. О возможностях влияния интенсификации массопереноса в электрических полях на теплоперенос в пористых телах // Промышленная теплотехника. – 2005. – Т. 27, № 4. – С. 36 – 42.

14. Поліщук Н.В., Панасюк А.Л., Панченко М.С., Панченко І.М., Мосієвич О.С. До теорії інтенсифікації капілярного просочування волокнистих полімерних матеріалів в електричному полі // Фізика конденсованих високомолекулярних систем. – Рівне: РДГУ, 2005. – Вип. 11. – С. 49 – 53.

15. Поліщук Н.В., Панченко І.М., Панченко М.С., Мосієвич О.С. Прискорення капілярного просочування твердої полімерної системи дією неоднорідного електричного поля // Фізика конденсованих високомолекулярних систем. – Рівне: РДГУ, 2005. – Вип. 11. – С. 35 – 38.

16. Полищук Н.В., Панченко И.М., Панченко М.С. Влияние влагопереноса на теплоперенос под действием неоднородного электрического поля в капиллярных трубках // Электронная обработка материалов. – 2005. – № 6. – С. 27 – 39.

17. Поліщук Н.В., Панченко І.М., Панченко М.С., Панасюк А.Л., Мосієвич О.С., Полюхович С.О., Карпович І.М. Вплив електричних полів на переміщення води в капілярних трубках з кремнійвмісного полімеру // Тези доповідей VII Всеукраїнської наукової конференції „Фундаментальна та професійна підготовка фахівців з фізики”. – К.: НПУ, 2002. – С. 116.

18. Полищук Н.В., Панченко И.М., Панченко М.С., Мосиевич А.С. Интенсификация влаго- и теплопереноса при капиллярном впитывании воды макропористой средой при совместном действии неоднородных температурного, электрического и гравитационного полей // Тезисы докладов и сообщений V Минского международного форума по тепло- и массообмену. – Минск: Институт тепло- и массобмена имени А.В. Лыкова НАН Беларуси, 24 – 28 мая 2004. – Т. 2. – С. 241 – 242.

19. Полищук Н.В., Панченко И.М., Панченко М.С., Мосиевич А.С. Интенсификация влаго- и теплопереноса при капиллярном впитывании воды макропористой средой при совместном действии неоднородных температурного, электрического и гравитационного полей // Труды V Минского международного форума по тепло- и массообмену. – Минск: «ИТМО имени А.В. Лыкова» НАНБ, 2004. – 10 с.

20. Поліщук Н.В., Панченко М.С., Панченко І.М., Мосієвич О.С. Залежність ефективного коефіцієнта теплопровідності макропористого тіла від вологовмісту та градієнту напруженості неоднорідного електричного поля // Тези доповідей IX Всеукраїнської наукової конференції „Фундаментальна та професійна підготовка фахівців з фізики”. – Київ: НПУ, 2004. – С. 81.

21. Поліщук Н.В., Панченко М.С., Панченко І.М., Мосієвич О.С. Залежність ефективного коефіцієнта теплопровідності макропористого тіла від вологовмісту та градієнту напруженості неоднорідного електричного поля // Матеріали IX Всеукраїнської наукової конференції „Фундаментальна та професійна підготовка фахівців з фізики”. – Київ: НПУ, 2004. – С. 53 – 58.

22. Поліщук Н.В., Панченко М.С., Панченко І.М., Мосієвич О.С., Панасюк А.Л. Підняття води у макрокапілярах гідрофобного полімеру в умовах дії неоднорідних електричних полів // Тези доповідей X Всеукраїнської наукової конференції „Фундаментальна та професійна підготовка фахівців з фізики”. – Миколаїв: МДУ, НПУ, 2005. – С. 109 – 110.

Особистий внесок здобувача в спільних публікаціях:

[4 – 5] – розробка математичного і програмного забезпечення при дослідженні сорбційних і теплопереносних властивостей зразків; [6 – 14] – модифікація установок і розробка методик, підготування зразків та проведення експериментальних досліджень, розроблення комп’ютерного прикладного програмного забезпечення для обробки експериментальних даних, аналіз результатів, узагальнення досліджень та написання рукописів статей, [15 – 17] – виведення основних співвідношень та рівнянь, розв’язування задач та їх числова реалізація на ЕОМ, проведення експериментів та інтерпретація їх результатів, написання рукописів статей, [18 – 22] – проведення експериментальних досліджень, обґрунтування області застосування і розробка практичних рекомендацій з удосконалення технологій з використанням електрофізичного впливу на тепло-і масоперенос у макропористих тілах.