vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8358-2025-70-1-37-43vestift-877Research ArticleЭНЕРГЕТИКА, ТЕПЛО- И МАССООБМЕНPOWER ENGINEERING, HEAT AND MASS TRANSFERК расчету зарядки капель при коронном разряде в камере аэроионной обработки органических материаловOn the calculation of droplet charging during corona discharge in the chamber of air ionic treatment of organic materialshttps://orcid.org/0000-0002-4723-4029ЯнкоМ. В.YankoM. V.

Янко Максим Валерьевич  –  магистр  технических  наук,  старший  преподаватель 

пр. Независимости, 99, 220012, Минск

Maxim V. Yanko – Master of Engineering Sciences, Senior Lecturer

99, Nezavisimosti Ave., 220012, Minsk

ymv.pps@bsatu.byhttps://orcid.org/0000-0003-4716-6123ЧорныйА. Д.ChornyA. D.

Чорный Андрей Дмитриевич – кандидат физико-математических наук, доцент, заведующий лабораторией 

ул. П. Бровки, 15, 220072, Минск

Andrei D. Chorny  – Cand. Sci. (Physics and Mathematics), Associate Professor, Head of the Laboratory 

15, P. Brovka St., 220072, Minsk

anchor@hmti.ac.byhttps://orcid.org/0000-0002-3431-7925ЗаяцЕ. М.ZayatsYa. M.

Заяц Евгений Михайлович – доктор технических наук, профессор, профессор 

пр. Независимости, 99, 220012, Минск

Yauheni M. Zayats – Dr. Sci. (Engineering), Professor, Professor

99, Nezavisimosti Ave., 220012, Minsk

zayatsem@mail.ruБелорусский государственный аграрный технический университетBelarusian State Agrarian Technical UniversityИнститут тепло- и массообмена имени А. В. Лыкова Национальной академии наук БеларусиA. V. Luikov Heat and Mass Transfer Institute of the National Academy of Science of Belarus2025260320257013743Copyright © Янко М.В., Чорный А.Д., Заяц Е.М., 20252025Янко М.В., Чорный А.Д., Заяц Е.М.Yanko M.V., Chorny A.D., Zayats Y.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/877

Представлена в дрейфово-диффузионном приближении математическая модель, которая описывает перенос заряженных частиц в воздухе при действии коронного разряда, а также изменение поверхностного заряда капель в капельно-воздушной среде. Данная модель позволяет рассчитать динамику сообщения заряда каплям органических материалов при их аэроионной обработке с учетом неоднородности электрического поля коронного разряда. Неоднородное электрическое поле создается при приложении электрического напряжения между электродами типа игла и внутренней поверхностью камеры аэроионной обработки органических материалов. Экспериментально показано, что электрический заряд молекул питательной среды и дрожжевой клетки в капле влияет на диффузию питательных веществ внутрь клетки и, как следствие, на развитие и продуктивность дрожжей, которая увеличивается на 12–17 % по сравнению с применением способов, не связанных с аэроионной обработкой органических материалов. Проведенные экспериментальные исследования указывают на возможность применения модели для проектирования реальных камер аэроионной обработки с целью оптимизации их работы.

A mathematical model is presented in the drift-diffusion approximation, which describes the transport of charged particles in the air under the action of a corona discharge, as well as a change in the surface charge of droplets in a droplet-air environment. This model allows us to calculate the dynamics of charge transmission to droplets of organic materials during their aeroion treatment, taking into account the heterogeneity of the electric field of the corona discharge. An inhomogeneous electric field is created when an electric voltage is applied between needle-type electrodes and the inner surface of the chamber for aeroion treatment of organic materials. It has been experimentally shown that the electric charge of nutrient medium and yeast cell molecules in a drop affects the diffusion of nutrients into the cell and, as a result, the development and productivity of yeast, which increases by 12–17 % compared with the use of methods not related to aeroion treatment of organic materials. The conducted experimental studies indicate the possibility of using the model to design real aeroion treatment chambers in order to optimize their operation.

коронный разрядзаряд каплиаэроионная активациядрейфово-диффузионное приближениеcorona dischargedroplet chargeair ionic activationdrift-diffusion approximationReferencesЖакин, А. И. Электрогидродинамика / А. И. Жакин // Успехи физических наук. – 2012. – Т. 182, № 5. – С. 495–520. https://doi.org/10.3367/UFNr.0182.201205b.0495Zhakin A. I. Electrohydrodynamics. Physics–Uspekhi, 2012, vol. 55, iss. 5, pp. 465–488. https://doi.org/10.3367/UFNr.0182.201205b.0495Electrohydrodynamics and its applications: Recent advances and future perspectives / K. Iranshahi, T. Defraeye, R. M. Ros si, U. C. Müller // International Journal of Heat and Mass Transfer. – 2024. – Vol. 232. – Art. ID 125895. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2024.125895Iranshahi K., Defraeye T., Rossi R. M., Müller U. C. Electrohydrodynamics and its applications: Recent advances and future perspectives. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2024, vol. 232, art. ID 125895. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2024.125895.The effects of electric, magnetic and electromagnetic fields on microorganisms in the perspective of bioremediation / G. Beretta, A. F. Mastorgio, L. Pedrali [et al.] // Reviews in Environmental Science and Bio/Technology. – 2019. – Vol. 18. – P. 29–75. https://doi.org/10.1007/s11157-018-09491-9Beretta G., Mastorgio A. F., Pedrali L., Saponaro S., Sezenna E. The effects of electric, magnetic and electromagnetic fields on microorganisms in the perspective of bioremediation. Reviews in Environmental Science and Bio/Technology, 2019, vol. 18, pp. 29–75. https://doi.org/10.1007/s11157-018-09491-9Palaniappan, S. Effects of Electricity on Microorganisms: A Review / S. Palaniappan, S. K. Sastry, E. R Richter // Journal of Food Processing and Preservation. – 1990. – Vol. 14, Iss. 5. – P. 393–414. https://doi.org/10.1111/j.1745-4549.1990.tb00142.xPalaniappan S., Sastry S. K., Richter E. R. Effects of Electricity on Microorganisms: A Review. Journal of Food Processing and Preservation, 1990, vol. 14, iss. 5, pp. 393–414. https://doi.org/10.1111/j.1745-4549.1990.tb00142.xElectric stimulation: a versatile manipulation technique mediated microbial applications / Manjila Adhikari, Li Wang, Dhurba Adhikari [et al.] // Bioprocess and Biosystems Engineering. – 2024. – Vol. 48, Iss. 2. – P. 171–192. https://doi.org/10.1007/s00449-024-03107-zManjila Adhikari, Li Wang, Dhurba Adhikari, Sujan Khadka, Mati Ullah, Bricard Mbituyimana, Clemence Futila Bukatuka, Zhijun Shi, Guang Yang. Electric stimulation: a versatile manipulation technique mediated microbial applications, Bioprocess and Biosystems Engineering, 2024, vol. 48, iss. 2, pp. 171–192. https://doi.org/10.1007/s00449-024-03107-zСтишков, Ю. К. Коронный разряд и электрогазодинамические течения в воздухе / Ю. К. Стишков, А. В. Самусенко, И. А. Ашихмин // Успехи физических наук. – 2018. – Т. 188, № 12. – С. 1331–1345. https://doi.org/10.3367/UFNr.2018.06.038358Stishkov Yu. K., Samusenko A. V., Ashikhmin I. A. Corona discharge and electrogasdynamic flows in the air. Physics–Uspekhi, 2018, vol. 61, iss. 12, pp. 1331–1345. https://doi.org/10.3367/UFNr.2018.06.038358Asipuela, A. Study and Numerical Simulation of Negative and Positive Corona Discharge: A Review / A. Asipuela, T. Iváncsy // Periodica Polytechnica Electrical Engineering and Computer Science. – 2022. – Vol. 66, Iss. 3. – P. 294–300. https://doi.org/10.3311/PPee.19952Asipuela A., Iváncsy T. Study and Numerical Simulation of Negative and Positive Corona Discharge: A Review. Periodica Polytechnica Electrical Engineering and Computer Science, 2022, vol. 66, iss. 3, pp. 294–300. https://doi.org/10.3311/PPee.19952Ashutosh Singh. A Comprehensive Review on Electrohydrodynamic Drying and High-Voltage Electric Field in the Context of Food and Bioprocessing / Ashutosh Singh, V. Orsat, Vijaya Raghavan // Drying Technology. – 2012. – Vol. 30, Iss. 16: Special Issue to Celebrate the 60th Birthday of Prof. Soponronnarit. – P. 1812–1820. https://doi.org/10.1080/07373937.2012.708912Ashutosh Singh, Orsat V., Vijaya Raghavan. A Comprehensive Review on Electrohydrodynamic Drying and HighVoltage Electric Field in the Context of Food and Bioprocessing. Drying Technology, 2012, vol. 30, iss. 16: Special Issue to Celebrate the 60th Birthday of Prof. Soponronnarit, pp. 1812–1820. http://doi.org/10.1080/07373937.2012.708912Бурак, Л. Ч. Использование озоновой технологии в пищевой промышленности / Л. Ч. Бурак. – Минск: СтройМедиаПроект, 2022. – 144 с.Burak L. Ch. Using Ozone Technology in the Food Industry. Minsk, StroyMediaProekt Publ., 2022. 144 p. (in Russian).Zayats, Ya. Practical Electrotechnology / Ya. Zayats, A. Chorny. – Cambridge Scholars Publishing, UK, 2023. – 334 p.Zayats Ya., Chorny A. Practical Electrotechnology. Cambridge Scholars Publishing, UK, 2023. 334 p.A review of modeling bioelectrochemical systems: engineering and statistical aspects / S. Luo, H. Sun, Q. Ping [et al.] // Energies. – 2016. – Vol. 9, Iss. 2. – P. 1–27. https://doi.org/10.3390/en9020111Luo S., Sun H., Ping Q., Jin R., He Z. A review of modeling bioelectrochemical systems: engineering and statistical aspects. Energies, 2016, vol. 9, iss. 2, pp. 1–27. https://doi.org/10.3390/en9020111Янко, М. В. Аэроионная активация некоторых микробиологических процессов / М. В. Янко, Е. М. Заяц // Агропанорама. – 2019. – № 1 (131) – С. 28–29.Yanko M. V., Zayats Ya. M. Aeroionic activation of some microbiological processes. Agropanorama, 2019, no. 1 (131), pp. 28–29 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.