• повышение электроакустического КПД и увеличение ввода ультразвуковой энергии в обрабатываемые среды;
• обеспечение ввода энергии ультразвуковых колебаний в режиме развитой кавитации и при интенсивностях до 500 Вт/см²;
• разработка новых конструктивных схем воздействия на технологические среды за счет совершенствования существующих и создания новых источников ультразвуковых колебаний, основанных на применении пьезоэлектрических колебательных систем, выполненных по полуволновой конструктивной схеме.

Задачами, соответствующими поставленным целям, являлись:

• на основании исследования процессов формирования и усиления ультразвуковых колебаний в полуволновых резонансных конструкциях различной формы разработка новых конструктивных схем пьезоэлектрических колебательных систем с увеличенной площадью формирования ультразвуковых колебаний и повышенным коэффициентом электромеханического преобразования;
• на основании теоретических и экспериментальных исследований разработка сменных рабочих инструментов различной формы и назначения: многофункциональные – для реализации различных технологий; оптимальные – для ввода ультразвуковых колебаний в режиме развитой кавитации (до 20 Вт/см²) и создающие кавитационные потоки в увеличенной зоне воздействия; фокусирующие – для локализации ультразвукового воздействия повышенной интенсивности (до 500 Вт/см²);
• разработка и создание колебательных систем, выполненных по полуволновой конструктивной схеме, объединяющей пьезоэлектрический преобразователь и ступенчато-экспоненциальный концентратор, имеющие массогабаритные характеристики, уменьшенных в 2 раза в сравнении с существующими; имеющих увеличенные прочностные характеристики применяемых элементов и электробезопасные системы охлаждения, обеспечивающих оптимальные температурные режимы работы;
• исследование особенностей применения созданных пьезоэлектрических колебательных систем в различных процессах и аппаратах химических технологий и выработка практических рекомендаций по обеспечению условий максимального поглощения энергии ультразвуковых колебаний в рабочих камерах;
• создание практических конструкций полуволновых пьезоэлектрических колебательных систем, сменных рабочих инструментов, рабочих камер для комплектации аппаратов химических технологий; экспериментальное подтверждение повышения эффективности различных процессов при помощи созданных колебательных систем.

Объект и методы исследования:
Объектом исследования являлись источники ультразвуковых колебаний высокой интенсивности, предназначенные для интенсификации существующих и реализации новых процессов химических технологий. В качестве методов исследования использовались аналитический и экспериментальный методы. На базе экспериментов установлена адекватность и применимость метода конечных элементов для расчета, моделирования и оптимизации конструкций пьезоэлектрических ультразвуковых колебательных систем.

Научная новизна:

• выработаны принципы и показаны пути повышения эффективности процессов химических технологий за счет совершенствования существующих и создания новых полуволновых пьезоэлектрических колебательных систем, улучшения условий ввода ультразвуковых колебаний в обрабатываемые среды и поглощения в них;
• предложена методика инженерного расчета, позволившая впервые создать пьезоэлектрические колебательные системы, выполненные по полуволновой конструктивной схеме, объединяющие пьезоэлектрический преобразователь и ступенчато-радиальный концентратор, заканчивающийся сменным инструментом различной формы и площади, обеспечившей уменьшение массогабаритных характеристик при одновременном повышении электроакустического коэффициента полезного действия (КПД) и коэффициента усиления;
• теоретически и экспериментально исследованы процессы усиления и ввода ультразвуковых колебаний в технологические среды через различные рабочие инструменты (цилиндрические, грибовидные, конусные, многоволновые резонансные, универсальные и др.), что позволило выработать общие критерии построения оптимальных по параметрам, сменных рабочих инструментов;
• впервые исследованы особенности влияния грибовидных рабочих инструментов на коэффициент полезного действия ультразвуковых аппаратов, выявлены зависимости формы грибовидных инструментов (угол обратного конуса) от площади излучающей поверхности, что позволило создать аппараты с КПД электроакустического преобразования более 80%.