WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Анализ выражения (3) позволяет заключить, что плотность тока уменьшается по мере возрастания толщины слоя и увеличивается при возрастании относительной диэлектрической проницаемости субстрата. Экспериментальная проверка показала, что по полученному аналитическому выражению можно рассчитывать плотность тока с приемлемой для практики погрешностью (до 20%) и аналитически определять начальное напряжение коронного разряда по методу избранных точек.

При обработке в поле коронного разряда частицы восстанавливаемого субстрата электризуются. На основе анализа публикаций установлены выражения для определения заряда частиц субстрата при комбинированной зарядке:

; (4)

; (5)

; (6)

, (7)

где Qmax1, Qmax2, Qmax3 - предельный заряд при ионной, контактной и комбинированной зарядке соответственно, Кл; к – безразмерный коэффициент; Е – напряженность электрического поля в месте расположения частицы, В/м; – интенсивность коронного разряда, 1/с; – постоянная времени зарядки частицы на электроде, с; 0 – электрическая постоянная, Ф/м; ч, ср – относительная диэлектрическая проницаемость частицы и среды соответственно; ч, ср – удельная электрическая проводимость среды и частицы соответственно, См/м; dа, db – коэффициент деполяризации вдоль большой а и малой b осей соответственно.

Результаты расчетов предельного заряда, которые проводились с помощью программы MathCad, и закономерности изменения заряда частиц субстрата в межэлектродном пространстве представлены в главе 4.

В третьей главе «Программа и методика экспериментальных исследований» показано, что программой экспериментов предусматривались подтверждение сформулированной рабочей гипотезы, проверка полученного аналитического выражения, определение оптимальных режимов восстановления субстратов и обоснование конструктивных параметров устройства для его реализации.

Программа экспериментальных исследований включала в себя разработку лабораторных установок и методик экспериментальных исследований. Предусматривалось проведение однофакторных постановочных экспериментов и многофакторных экспериментов для определения оптимальных режимов воздействия по методике активного планирования. Экспериментальные исследования проводились с минеральным субстратом клиноптилолитом Закарпатского месторождения. Для определения активности корнеобитаемой среды исследовались электропроводность, активность ионов и ионный состав системы «субстрат - раствор».

Экспериментальные исследования осуществлялись при выращивании рассады огурцов (гибрид «Атлет») и томатов (гибрид «Кунеро»). Продолжительность выращивания рассады огурцов составляла 30 суток; томатов – 55 суток. Биомасса рассады фиксировалась в день размещения на основной вегетационной поверхности. Размер выборки составлял 100 саженцев; опыты проводились в четырехкратной повторности; использовались принципы рандомизации, что обеспечивало достаточную точность опыта. Полученную биомассу определяли на весах типа ВЛКТ-500г-м с ценой деления 100 мг. Рассада выращивалась в вегетационных теплицах при контролируемых параметрах микроклимата воздушной и корнеобитаемой среды. Приготовление питательного раствора осуществлялось в специализированном растворном узле. Для борьбы с вредителями и болезнями использовались биологические методы. В качестве отклика рассады овощей на восстановление субстратов рассматривались ее биомасса, биологическая полноценность, экологическая чистота и срок хранения выращенных огурцов и томатов. Биологическая полноценность определялась по биохимическим показателям: содержанию белков, углеводов и т.д.; экологическая чистота биомассы оценивалась по содержанию нитратов, пестицидов, радионуклидов стронция-90 и цезия-147, тяжелых металлов: цинка, свинца, кадмия, ртути.

Эффективность восстановления минеральных субстратов при использовании электрофизической обработки оценивалась с помощью разработанной методики, предусматривающей определение следующих коэффициентов.

  1. Коэффициент восстановления субстрата

, (8)

где Квс – коэффициент восстановления системы «субстрат - раствор»; Квв – коэффициент восстановления вегетационный; Кк – коэффициент качества продукции.

2. Коэффициент восстановления системы «субстрат - раствор» (оценивает увеличение активности корнеобитаемой среды и улучшение газового режима)

, (9)

где kэ; kаи; kис; kж – коэффициент электропроводности, активности ионов, ионного состава, жесткости соответственно.

3. Коэффициент восстановления вегетационный (оценивает восстановление баланса системы «растение – субстрат - раствор» и повышение урожайности)

, (10)

где Кр; Ку – коэффициент выхода рассады, урожайности соответственно.

4. Коэффициент качества продукции (оценивает экологическую чистоту, биологическую полноценность и сохранение качества продукции)

, (11)

где Кпэ1 – производственно-экологический коэффициент первого рода, оценивающий экологическую чистоту продукции; Кпэ2 – производственно-экологический коэффициент второго рода, учитывающий биологическую полноценность продукции; Кс – коэффициент сохранения качества продукции.

5. Коэффициент энергетической эффективности восстановления

, (12)

где Евср – энергосодержание продукции, среднее за период хранения, кДж/м2; Ик - урожайность, кг/м2; fср - коэффициент энергосодержания в единице продукции, средний за период хранения, кДж/кг; E0 - затраты энергии на возделывание и уборку сельскохозяйственной культуры, кДж/м2.

В четвертой главе «Результаты экспериментального определения режимов электрофизической обработки и параметров устройства для восстановления минеральных субстратов» изложено следующее. Установлено, что различия между вольт-амперными характеристиками системы электродов «иглы на стержнях - плоскость» при наличии и при отсутствии монослоя восстанавливаемого субстрата в воздушно-сухом состоянии при стандартной температуре несущественны (рисунок 1). Следовательно, протекание технологического процесса существенным образом не изменяется, и для зарядки субстратов при восстановлении может быть использована данная система электродов без изменения ранее принятых конструкционных параметров: расстояние между стержнями 25 мм; расстояние между иглами 30 мм; длина игл 15 мм (шахматное расположение игл); межэлектродное расстояние 100 мм.

Рис.1. Вольт-амперные характеристики системы электродов»иглы

на стержнях - плоскость» для межэлектродных расстояний 80 мм (1);

100 мм (2); 120 мм (3): - без субстрата на некоронирующем электроде; -х- - монослой субстрата на некоронирующем электроде

При обработке в поле отрицательного униполярного коронного разряда частицы восстанавливаемого субстрата приобретают отрицательный заряд (к>0); при комбинированной зарядке электрический заряд незначительно уменьшается по сравнению с ионной зарядкой (рисунок 2). Заряд частиц субстрата не превышает значений, апробированных при непосредственном воздействии на посевной и посадочный материал, то есть угнетающее воздействие восстановленного субстрата на рассаду исключается.

На основании экспериментов, проведенных по методике активного планирования, получены уравнения регрессии, адекватно описывающие процесс вегетации рассады на восстановленном субстрате (при варьировании продолжительности ультразвуковой обработки и электрообработки в пределах 1 – 5 мин и 10 – 14 с соответственно):

у1=1,74 – 0,16х12 – 0,18х22; (13)

у2=1,48 – 0,12х12 – 0,14х22, (14)

где у1, у2 - биомасса рассады томатов и огурцов соответственно, кг; х1, х2 - продолжительность обработки субстрата в ультразвуковом и электрическом полях.

а

б

в

Рис.2. Изменение электрического заряда восстанавливаемого субстрата в межэлектродном пространстве: а) - х = 0 см; б) - х = 1,3 см; в) 1 - у = 0,5 см; 2 - у = 5,0 см

Уравнения регрессии позволили определить оптимальный режим электрофизической обработки - ультразвуковая обработка: частота 20 кГц, время воздействия 3 мин, интенсивность воздействия 7104 Вт/м2, акустическое давление 50104Па; электрообработка: напряжение, подаваемое на электроды, 30 кВ, напряженность поля коронного разряда 300 кВ/м, ток короны 125 мкА, плотность тока короны 1,9 мА/м2, время воздействия 12 с. При восстановлении клиноптилолита в данном режиме отмечено наибольшее превышение контрольного уровня (эксплуатировавшийся субстрат без восстановления) по полученной биомассе рассады – 20…25% и показателям активности системы «субстрат - раствор». Урожайность томатов и огурцов в опытном варианте (выращивание рассады на восстановленном субстрате) несущественно отличалась от урожайности на вегетационно не эксплуатировавшемся субстрате. При этом в опытном варианте показатели экологической чистоты, биологической полноценности и срока хранения овощей соответствовали требованиям.

В пятой главе «Разработка технологических элементов гидропонного выращивания рассады с использованием электрофизической обработки для восстановления субстрата» представлена разработанная технология, включающая операцию восстановления субстрата в производственный цикл гидропонного выращивания рассады овощей (рисунок 3). Для осуществления операции по восстановлению субстрата на основе теоретических и экспериментальных исследований разработана установка (рисунок 4), в которой реализована последовательная обработка частиц субстрата в ультразвуковом поле и поле коронного разряда. На основе результатов теоретических и экспериментальных исследований разработан тепличный комплекс, в котором используются восстановленные субстраты для выращивания экологически чистых овощей.

Производственные испытания, проведенные в ангарной теплице площадью 1000 м2 в ОАО «Тепличный», показали более высокую технико-экономическую эффективность предлагаемого варианта выращивания рассады овощей по сравнению с базовым. В опытном варианте выход биомассы рассады увеличивался на 20 – 25%. За счет этого снижались энергозатраты на получение единицы продукции на 5,0 – 5,5 ГДж/т, повышалась энергетическая эффективность на 14 – 15%.

Оценка эффективности восстановления минеральных субстратов позволила установить, что в предлагаемом варианте наблюдаются увеличение активности корнеобитаемой среды и улучшение газового режима, восстановление баланса системы «растение – субстрат - раствор», повышение продуктивности растений при сохранении биологической полноценности, экологической чистоты и сроков хранения продукции. Энергетическая эффективность в предлагаемом варианте на 12% выше, чем в варианте с вегетационно не эксплуатировавшимся субстратом, из-за значительных энергозатрат на транспортировку субстрата.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Преимущества гидропонных технологий, заключающиеся в высокой урожайности при обеспечении экологической чистоты и биологической полноценности продукции, во многом определяются свойствами минеральных субстратов (заменителей почвы), которые стареют в период вегетационной эксплуатации. Восстановление минеральных субстратов с помощью электрофизической обработки, включающей в себя обработку в ультразвуковом поле и поле отрицательного униполярного коронного разряда, создает необходимые условия для реализации растениями своих потенциальных возможностей, но технология и технические средства для его осуществления отсутствовали по причине недостаточных исследований в данной области.

2. Анализ полученных по методике активного планирования эксперимента уравнений регрессии, описывающих отклик рассады на восстановление субстрата, позволил определить оптимальный режим электрофизической обработки (ультразвуковая обработка: частота 20 кГц, время воздействия 3 мин, интенсивность воздействия 7104 Вт/м2, акустическое давление 50104Па; электрообработка: напряжение, подаваемое на электроды, 30 кВ, напряженность поля коронного разряда 300 кВ/м, ток короны 125 мкА, плотность тока короны 1,9 мА/м2, время воздействия 12 с), способствующий активированию корнеобитаемой среды и увеличивающий выход биомассы на 20 – 25% по сравнению с контролем, при сохранении экологической чистоты и биологической полноценности урожая.

3. Полученное аналитическое выражение, устанавливающее взаимосвязь плотности тока коронного разряда и напряжения, изменяющихся в редуцированной характеристике при размещении на некоронирующем электроде слоя субстрата, как показала экспериментальная проверка, позволяет рассчитывать процесс с приемлемой для практических целей погрешностью (до 20%) и может быть рекомендовано для проектных расчетов. Установленные закономерности изменения заряда частиц субстрата в межэлектродном пространстве позволяют определять электрический заряд, получаемый частицами восстанавливаемого субстрата в рабочей зоне электродной системы «иглы на стержнях - плоскость».

4. Разработанная на основе теоретических и экспериментальных исследований установка позволяет осуществлять восстановление субстрата путем последовательной обработки в ультразвуковом поле и поле отрицательного униполярного коронного разряда и обеспечивает производительность 0,5 – 1 т/ч.

5. В результате производственных испытаний, проведенных в ОАО «Тепличный», установлено, что разработанная технология гидропонного выращивания рассады, включающая в себя операцию восстановления субстрата в производственный цикл, позволяет осуществлять его повторное вегетационное использование.

6. Разработанная методика позволяет оценивать эффективность восстановления субстратов. Производственные испытания показали высокую технико-экономическую эффективность разработанной установки при гидропонном выращивании рассады овощей: в опытном варианте увеличивается выход биомассы рассады на 20 – 25%, снижаются энергозатраты на получение единицы продукции на 5,0 – 5,5 ГДж/т и увеличивается энергетическая эффективность на 14 – 15%. Годовой экономический эффект в расчете на стандартную ангарную теплицу с объемом выращивания продукции 40 т составляет 460 тыс. руб.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах

1. Авдеев М.В., Трушин П.М. Восстановление гидропонных субстратов // Материалы XLIV международной науч.-практ. конф. «Достижения науки – агропромышленному производству». Ч.3. Челябинск: ЧГАУ, 2005, с. 3 – 5.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»