Анотація до роботи:

Левченко О.В. Удосконалення електротехнологічної дії на мікроорганізми на основі аналізу електричного поля. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.13 – техніка сильних електричних і магнітних полів. - Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Харків, 2005.

Дисертація присвячена удосконаленню електротехнологічної дії на мікроорганізми на основі аналізу електричного поля в біологічній клітині та у робочій камері установки для інактивації мікроорганізмів.

Розроблено математичну модель дії імпульсного електричного поля на систему зовнішнє середовище – біологічна клітина, засновану на використанні перехідних функцій з урахуванням електрофізичних характеристик елементів біологічної клітини. Розраховано стали часу ф₁ і ф₂, котрі характеризують перехідні функції напруженості електричного поля в клітині та спад напруги на мембрані. За допомогою математичної моделі системи зовнішнє середовище – біологічна клітина досліджено вплив параметрів імпульсу зовнішнього електричного поля у формі різниці двох експонент на розподіл імпульсного електричного поля в біологічній клітині. Сформульовано критерії щодо вибору параметрів імпульсів. Запропоновано алгоритм визначення коефіцієнтів розв'язку задачі розрахунку поля в багатошаровій сферичній діелектричній оболонці. Досліджено електричне поле в робочій камері електрофізичної технологічної високовольтної установки конструкції НДПКІ «Молнія» для інактивації мікроорганізмів у рідких продуктах харчування. Сформульовано практичні рекомендації щодо параметрів імпульсів і основних розмірів робочої камери.

Дисертаційна робота присвячена аналізу розподілу імпульсного електричного поля в біологічній клітині та електричного поля в робочій камері для удосконалення електротехнологічної дії сильного імпульсного електричного поля на мікроорганізми за рахунок вибору параметрів імпульсів і основних розмірів робочої камери високовольтної електрофізичної технологічної установки для інактивації мікроорганізмів. Теоретично підтверджена ідея обробки рідких продуктів харчування за допомогою аперіодичних імпульсів з коротким фронтом 1-10 нс і тривалістю 100 нс – 1 мкс, що реалізована в технологічних установках НДПКІ «Молнія». Основні висновки.

1. Проведений аналіз існуючих конструкцій установок для обробки харчових продуктів електричним полем і моделей дії електричного поля на біологічну клітину показав, що в відомих джерелах недостатньо досліджений вплив параметрів імпульсу зовнішнього електричного поля на розподіл поля в клітині, спад напруги на мембрані. Крім того, відсутні моделі, що враховують всі електрофізичні характеристики елементів клітини та дію імпульсного електричного поля.

2. Розроблено математичну модель дії імпульсного електричного поля на систему зовнішнє середовище – біологічна клітина, засновану на використанні перехідних функцій з урахуванням електрофізичних характеристик елементів біологічної клітини. Перехідні функції напруженості електричного поля в клітині та спад напруги на мембрані характеризуються сталими часу ф₁ і ф₂. Стала часу ф₁ дорівнює приблизно 100 нс – 1мкс і визначає час досягнення спаду напруги на мембрані максимального значення, а стала часу ф₂ має порядок 1 нс і визначає час проникнення електричного поля усередину клітини.

3. За допомогою математичної моделі системи зовнішнє середовище – біологічна клітина досліджено вплив параметрів імпульсу зовнішнього електричного поля у формі різниці двох експонент на розподіл імпульсного електричного поля в біологічній клітині. Показано, що зі зменшенням тривалості фронту імпульсу щодо сталої ф₂ зростає максимальне значення напруженості поля, що проникнуло, а зі збільшенням тривалості імпульсу щодо сталої ф₁ збільшується максимальне значення спаду напруги на мембрані.

4. Рекомендовано в електрофізичних технологічних установках для інактивації мікроорганізмів створювати імпульси електричного поля із тривалістю фронту менш 1 нс і тривалістю імпульсу, рівної декільком значенням сталої ф₁.

5. Досліджено електричне поле в робочій камері електрофізичної технологічної установки конструкції НДПКІ «Молнія» для інактивації мікроорганізмів у рідких продуктах харчування. Установлено форму області практично однорідного поля та вплив на розміри цієї області діаметра головних електродів, діаметра отвору в дисковому електроді і відстані між електродами. Рекомендується вибрати діаметр головного електрода не менш 38 мм, а діаметр отвору в дисковому електроді не більше 6 мм.

Публікації автора:

1. Бойко М.І., Бондіна Н.М., Левченко О.В., Михайлов В.М. Использование потока для анализа воздействия полей на поляризующиеся тела// Технічна електродинаміка. - Київ: ІЕД НАНУ. -2001. - №6. - С. 6-10.

Здобувач запропонувала алгоритм визначення коефіцієнтів розв'язку задачі розрахунку поля за допомогою потоку, проаналізувала результати моделювання проникнення поля в біологічну клітину.

2. Бойко М.І., Бондіна Н.М., Левченко О.В., Михайлов В.М. Моделирование воздействия электрического поля на объекты, имеющие многослойную структуру// Електронне моделювання. - Київ: Інститут проблем моделювання в енергетиці НАНУ. - 2002. - №1. том 24.- С. 70 - 82.

Здобувач запропонувала алгоритм визначення коефіцієнтів розв'язку задачі розрахунку поля в багатошаровій сферичній діелектричній оболонці.

3. Бойко М.І., Бондіна Н.М., , Донець С.Е., Левченко О.В., Михайлов В.М. Поляризация сферических оболочек и распределение электрического поля в биологической клетке// Технічна електродинаміка. - Київ: ІЕД НАНУ. -2002. - №6. - С. 13-19.

Здобувач одержала розподіл поляризаційних зарядів, потенціали електричного поля та спаду напруги на сферичній оболонці з ідеального діелектрика, обумовлені поляризаційними зарядами.

4. Левченко О.В. Сферическая оболочка из реального диэлектрика в постоянном электрическом поле// Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». - Харків: НТУ «ХПІ». - 2002. - Вип.14. - С. 43-48.

5. Левченко О.В. Распределение зарядов и электрического поля в рабочей камере установки для инактивации микроорганизмов// Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». - Харків: НТУ «ХПІ». - 2003. - Вип.11. - С. 82-88.

6. Бойко М.І., Бондіна Н.М., Левченко О.В., Михайлов В.М. Переходные процессы и моделирование проникновения импульсного электрического поля в биологическую клетку// Технічна електродинаміка. – Київ: ІЕД НАНУ. –2004. - №2. - С. 7-12.

Здобувач застосувала перехідні функції для аналізу розподілу імпульсного електричного поля, побудувала картини силових ліній імпульсного електричного поля.

7. Левченко О.В., Михайлов В.М. Моделирование воздействия импульсного электрического поля на биологическую клетку// Електронне моделювання. - Київ: Інститут проблем моделювання в енергетиці НАНУ.- 2004. - №5. том 26. - С. 99 - 110.

Здобувач одержала перехідні функції спаду напруги на оболонці та напруженості електричного поля усередині оболонки з недосконалого діелектрика, дослідила вплив параметрів імпульсів зовнішнього електричного поля на проникнення поля в клітку та спаду напруги на мембрані, визначила практичні рекомендації щодо параметрів імпульсу.