CC BY
69
05.20.00 ПРОЦЕССЫ И МАШИНЫ АГРОИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМ
05.20.01 УДК 632.935.41
АКТИВИЗАЦИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ КАЧЕСТВ ВОДЫ СПОСОБОМ АКУСТИЧЕСКОЙ КАВИТАЦИИ
© 2017
Иванов Евгений Геннадьевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Технология металлов и ремонт машин» Кокорин Никита Владимирович, аспирант Чавачина Елена Евгеньевна, магистрант
Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия, Нижний Новгород (Россия)
Аннотация
Введение. В мире постоянно голодают многие миллионы людей. Чтобы накормить население, в настоящее время предлагаются различные кардинальные технологии, в том числе и кощунственные. Так около 1 500 американских фирм являются инициаторами расширения производства генно-модифицированных сельскохозяйственных культур, которым присуща высокая урожайность, адаптация к неблагоприятным климатическим условиям. Другие производители (2 500 фирм США) лоббируют и успешно продвигают на рынок пищевые добавки, причём как для животных, так и для людей. Результаты при постоянном потреблении такой пищи известны - гипертония, диабет второго типа, деградация внутренних органов, тучность, проблемная наследственность и т. д. В качестве одной из возможных альтернатив таким технологиям предлагается использование акустико-кавитационной обработки семян и зерна, как для растениеводства, так и для производства высоко витаминизированных продуктов для людей и кормов для животных из пророщенного зерна.
Цель исследований. Установление влияния факторов кавитационной обработки воды на изменение её биологической активности и выявление механизма этого процесса.
Материалы и методы. Эксперимент, измерение, сравнение, изучение и обобщение, анализ и синтез.
Результаты. Установлено влияние кавитационной обработки на стимуляцию процессов пробуждения семян и последующего развития растений (повышается всхожесть, ускоряется процесс проращивания, что в итоге повышает урожайность и сокращает себестоимость предпосевной обработки).
Обсуждение. Выявлено изменение свойств воды, выражающееся в изменении её биологической активности, после обработки на кавитаторе.
Заключение. Вода после кавитационной обработки может быть использована для приготовления напитков (при этом напитки и соки кроме органолептических и витаминных качеств приобретают так же и полезные свойства структурированной воды), кроме того в сельском хозяйстве для поения с.-х. животных, промывки молокопроводов без химических реагентов, для обработки семенного материала, а также в рыбоводстве.
Ключевые слова: акустическая кавитация, биологическая активность, биологические объекты, вода, влияние, всхожесть, дезинфекция, интенсивность воздействия, кавитатор, качества воды, кластеры, обработка, повышение урожайности, полив, сельское хозяйство, семена, структурированная вода, температура.
Для цитирования: Иванов Е. Г., Кокорин Н. В., Чавачина Е. Е. Активизация информационных качеств воды способом акустической кавитации // Вестник НГИЭИ. 2017. № 4 (71). С. 16-27.
THE ACTIVATION OF WATER INFORMATIONAL QUALITIES BY METHOD OF ACOUSTIC CAVITATION
© 2017
Ivanov Evgeniy Gennadyevich, the candidate of technical sciences, The associate professor of the chair «Technology of metals and repair of machines» Kokorin Nikita Vladimirovich, the post-graduate student Chavachina Elena Evgenyevna, the master
Nizhny Novgorod State Agricultural Academy, Nizhny Novgorod (Russia)
Annotation
Introduction. Millions of people are constantly starving in the world. Different radical technologies including «sacrilegious» are sug-gested in the present time in order to feed the population. So near 1 500 American firms initial-
ized the enlargement of the genetically modified crop production. These crops can be characterized by their high crop capacity and by their ability to the adaptation to unfavorable climatic conditions. The other producers (2 500 firms of the USA) lobby food additives as for animal as for people and make successfully their promotion in the market. The result of constant such food consummation is well known: arterial hypertension, diabetes mellitus type, degradation of internals, fatness, prob-lems in the heredity etc. The use of acoustic cavitation treatment of seeds and grains for plant cultivation as well as for production of high vitaminized provisions for people and fodders from sprouting grain is suggested as an alternative to such technologies.
Research purpose. To establish the influence of water cavitation treatment factor on the change of water biological activity and to reveal the mechanism of this processes.
Materials and methods. Experiment, measuring, comparison, study and generalization, analysis and synthesis.
Results. The influence of cavitation treatment on the stimulation of seed awakens and the further development of plants is established. The germination ability increases, the sprouting processes accelerates and it increases the germination ability and decreases the cost of preseeding treatment. The change of water property after its treatment on cavitator is estab-lished.
Discussion. It appears in the change of its biological activity.
Conclusion. The water after its cavitation treatment may be used for drink preparation (at that drinks and juices get the useful properties of structured water as well as organoleptic and vitamin properties). And besides it may be used in agriculture for livestock watering, for milk line washing without any chemical reagents, for seed treatment as well as in fish-breeding.
Keywords: acoustic cavitation, biological activity, biological objects, water, influence, germination ability, disinfection, intensity of impact, cavitator, water properties, clusters, treatment, crop capacity increase, watering, agriculture, seeds, structured water, temperature.
Введение
Индустриальная реализация кавитационно-акустических технологий для активизации информационных качеств воды стала возможной благодаря появлению и совершенствованию жидкостных свистков [1], они обеспечивают осуществление технологических процессов практически любой мощности и производительности. Нами используется для этой цели известная вихревая труба Ранке [2], но работающая не на воздухе, а на воде (теплогенератор Потапова [3]). Достоинством этой конструкции жидкостного свистка (далее кавитатора) является то, что в его улитке создаются звуковые волны, а в корпусе, за счёт обеспечения условий существования стоячей волны, амплитуда этих волн (в пучности) усиливается почти вдвое [4].
При уменьшении давления в пучности стоячей волны жидкость разрывается с образованием и последующим ростом каверны. С возрастанием давления в следующий момент времени рост каверны приостанавливается и затем она схлопывается, поскольку все силы (давления, поверхностного натяжения и др.) приобретают одно направление. В момент схлопывания достигается высокая концентрация энергии, запасённой в фазе растяжения. Такие процессы происходят по всему обрабатываемому объёму с частотой ~ 3000 раз в секунду [5].
Материалы и методы
В процессе выполнения работ по интенсификации всхожести семян были выполнены следующие виды работ:
1. «Мокрая» обработка семян в пассивной зоне кавитатора, то есть в обойме 6, охватывающей корпус 3 (рис. 1) [6].
Рисунок 1 - Схема акустическо-кавитационной установки с водяной рубашкой:
1 - улитка кавитатора, 2 - тангенциальный патрубок, 3 - корпус-резонатор, 4 - гидронасос, 5 - двигатель-привод насоса, 6 - водяная рубашка
2. «Мокрая» обработка семян в пассивной зоне (поз. 6) кавитатора, с последующим замачиванием в воде, прошедшей обработку в активной зоне (поз. 3) того же кавитатора [7].
3. «Мокрая» обработка семян в активной зоне (поз. 3) кавитатора [8].
4. «Сухая» обработка семян в пассивной зоне кавитатора (поз. 6) без присутствия в ней воды.
При этом каждая партия семян с троекратной повторностью в количестве 100-200 штук в марлевых мешочках располагалась в вышеуказанных местах экспериментальной установки, подвергалась акустико-кавитационному воздействию заданной продолжительности и далее высаживалась либо в чашки Петри, либо в грунт в рассадные контейнеры, размещённые в термостатических шкафах.
Результаты
Результаты кавитационной обработки семян в пассивной зоне по критерию всхожести W (%) (рис. 2) показывают, что семена различных сельскохозяйственных культур в разной степени восприимчивы к кавитационной обработке.
Так, всхожесть семян кориандра после обработки в пассивной зоне кавитатора на всех температурных режимах превосходит всхожесть контрольной партии. Всхожесть семян сельдерея «Юта» уже в меньшей части температурных режимов превосходит всхожесть контрольной партии, и, наконец, семена салата имеют преимущества перед контрольной партией так же лишь в незначительной части температурных режимов.
При этом температурный режим характеризует кратность водообмена в рабочем объёме кавита-тора, то есть более высокий водообмен с источником холодной воды (режим с высоким расходом транзитного потока воды через кавитатор) определяет «низкотемпературный» режим работы кавита-тора, и наоборот. По сути же «низкотемпературный» режим означает, что каждая частичка жидкости, участвующая в циркуляционном движении внутри кавитатора, меньшее число раз подвергается кавитационному воздействию, а «высокотемпературный» режим предполагает более подробное на неё кавитационное воздействие [9]. Вместе с этим температура также имеет определяющее значение, поскольку чрезмерная её величина оказывает сначала угнетающее воздействие, а затем разрушение белка.
Особое внимание привлекают результаты обработки семян в пассивной зоне кавитатора с последующим замачиванием их в воде, прошедшей обработку в кавитаторе на том же режиме [7].
Результаты лабораторных исследований показывают, что проращивание семян в воде, прошедшей обработку в кавитаторе, существенно увеличивают всхожесть от 70 % до « 100 % семян по отношению к случаю замачивания в водопроводной воде (рис. 3).
Следует также отметить, что стимулирующее действие рассматриваемой технологии распростра-
няется и на последующее развитие растений (рис. 4).
а)
б)
в)
Рисунок 2 - Результаты по всхожести кавитационной обработки семян: а) кориандра; б) сельдерея «Юта»; в) салата
а)
б)
Рисунок 3 - Результаты по всхожести кавитационной обработки семян в почве, поливаемых водой, прошедшей обработку в кавитаторе: а) кориандра; б) сельдерея «Юта»
а)
б)
Рисунок 4 - Результаты развития растений из семян, обработанных на кавитаторе и замоченных в воде после кавитатора: а) кориандра; б) сельдерея «Юта»
Так, после указанной обработки семян все виды растений на всех режимах обработки имеют существенные преимущества по развитию перед контрольной партией.
Представляет особый интерес степень влияния температурного режима на показатели качества данного технологического процесса (рис. 5).
Объединяющим обстоятельством для всех случаев обработки семян и воды является то, что в районе температурных режимов 30 и 40 градусов имеется общий экстремум развития с последующим при 50 и 60 градусах снижением биологической активности обработанной воды. Кроме того, при высокотемпературных режимах 70 и 75 градусов возможен повторный рост как всхожести семян, так и темпов развития растений.
а)
б)
в)
Рисунок 5 - Оценка эффективности температурных режимов кавитационной обработки семян с последующим замачиванием в воде после
кавитатора семян: а) кориандра; б) сельдерея «Юта»; в) салата
Установленные факты дают возможность предполагать, что с повышением степени обработки воды на ка-витаторе (на более высокотемпературных режимах), она приобретает больше замечательных свойств и темпы развития семян и растений повышаются. Однако с повышением температуры режима обработки семян в кави-таторе свыше 50 градусов начинает разрушаться белок и происходить другие необратимые изменения в биологической системе, следовательно, всхожесть и темпы развития таких семян падают. Замечательных, приобретённых в процессе обработки на тех же режимах свойств воды при этом оказывается недостаточно, чтобы полностью компенсировать ущерб, нанесённый избыточным тепловым воздействием, хотя аналогичный режим обработки на водяной бане приводит к полной гибели семян.
При всём этом возможны также режимы с последующим после 60 градусов возрастанием всхожести и активности развития семян (рис. 5, б), а это может быть объяснено только тем, что на этом режиме вода приобрела ещё более значительный объём замечательных качеств и их стало достаточно для частичной компенсации вредных воздействий.
Аналогичные закономерности присущи и полевым с.-х. культурам [7], например, пшенице [6].
- всхожесть семян, замоченных на воде из ка-витатора - 83 %, также, почти в два раза превышает всхожесть необработанных семян;
- доля влияния полива семян водой из кавита-тора на их всхожесть составляет более 80 % от совместного действия рассматриваемых факторов.
+0 4.
60 50 40 30 20
24.10.
10 0 ] ин
аллр!
10 15 20 2 5экспозиция, м
Рисунок 7 - Темпы нагрева воды и дизельного топлива в кавитаторе в режиме замкнутой циркуляции
Рисунок 6 - Всхожесть семян, обработанных на кавитаторе и замоченных в обработанной воде при температуре 20 градусов
Результаты лабораторных опытов по совместному воздействию кавитационной обработки семян на режимах 20, 30 и 40 градусов и замачиванию обработанной на кавитаторе этой водой, а также только поливом водой, прошедшей обработку на кави-таторе на 20-ти градусном режиме показали:
- на всех температурных режимах всхожесть семян от действия кавитационной обработки и полива водой из кавитатора - 92 %, что превышает всхожесть необработанных семян (43 %) более чем в два раза;
а)
б)
Рисунок 8 - Сравнение темпов нагрева воды и её смесей: а) 50 % вода + 50 % дизельное топливо; б) водный раствор лимонной кислоты
Вывод - вода, прошедшая обработку в кавитаторе, приобрела дополнительные свойства, проявляющиеся в усилении влияния на биологические объекты, хотя при этом не были использованы ни химические, ни питательные, никакие другие ингредиенты.
Следует также отметить, что из большого многообразия жидкостей вода наиболее восприимчива к кавитационной обработке, так при сравнивании результатов обработки воды и, например, дизельного топлива её температура в режиме замкнутой циркуляции растёт по времени более интенсивно.
С другой стороны, сама вода в сочетании с иными веществами приобретает также дополнительные способности от кавитационного воздействия.
Таким образом, выявленная небольшая часть способностей воды вызывает много вопросов, появление ответов на которые даст возможность более грамотно и рачительно использовать её замечательные свойства.
Цель исследований: установление влияния факторов кавитационной обработки воды на изменение её биологической активности и выявление механизма этого процесса.
Обсуждение
Основу изменения свойств воды от кавитаци-онного воздействия следует искать в сути процесса кавитации в воде. Из существующих на сегодня представлений вода, занимающая агрегатное состояние между льдом и паром, состоит, как непосредственно из молекул H2O, так и из конгломератов молекул - кластеров. Основой строения кластеров являются водородные связи между атомами водорода каждых из двух молекул воды с атомом кислорода третьей молекулы воды и по количеству разновидностей структур, образованных этими связями среди специалистов однозначности нет [10]. При этом [11]:
- между каждой парой кластеров имеются зазоры, которые обеспечивают текучесть жидкости, возможность её деформации;
- расстояние между кластерами обуславливает коэффициент объёмного сжатия, модуль упругости первого рода;
- взаимодействие между кластерами порождает прочность жидкости;
- кластеры совершают броуновское движение, вызывая диффузию, растворимость;
- молекулы в кластерах совершают тепловое движение относительно узлов в структурах и при повышении температуры могут покидать кластер;
- внутри структуры кластера могут размещаться молекулы примесей;
- длинные звуковые волны рабочих частот ка-витатора могут менять расстояние (увеличивать -уменьшать) между кластерами во времени, но не могут разрушить кластеры, следовательно, в фазе разрежения (рис. 9):
- происходит удаление кластеров друг от друга (ситуация 2);
- в критической стадии (зародыши приближают наступление этого момента) расстояние между кластерами возрастает больше допустимого, после которого пропадают силы взаимодействия, жидкость рвётся с образованием каверны (ситуация 3);
- после образования каверны кластеры с поверхности каверны устремляются (за счет взаимодействия с соседними кластерами, с каждой из трёх сторон) прочь от каверны, обеспечивая её дальнейший рост.
Даже при более глубоком вакууме расстояние между кластерами постоянно - компенсатором увеличивающегося объёма для постоянного числа кластеров является увеличивающиеся размеры каверны (ситуация 4);
- поскольку расстояния между кластерами на этой стадии развития вакуума не увеличивается, следовательно, образования новых каверн после протекания перечисленных фаз звуковой волны маловероятно;
- при стабилизации вакуума, соответствующей впадине звуковой волны, каверна ещё незначительно увеличивает размеры за счёт инерции движения кластеров (в пределах упругих свойств массива кластеров около каверны - ситуация 5) [12];
- далее давление начинает подниматься:
- напряжения, обжимают каверну со встречным движением противоположных стенок со звуковой скоростью [5]; между кластерами в осевом направлении имеет место увеличивающееся расстояние 13>12>11 (ситуация 6);
- при достижении центра сферы стенки каверны должны соударяться со встречной скоростью, равной двум скоростям звука (ситуация 7), что в случае абсолютно упругого центрального удара обуславливает разлёт кластеров (или их осколков) также со скоростью звука (ситуация 8);
- в этом случае возможно встречное соударение вдоль радиусов каверны разлетающихся кластеров или их осколков с центроустремлёнными кластерами из последующего ряда (ситуация 9);
- однако: во-первых, при синхронном приближении к точке возможного соударения кластеры должны будут первоначально взаимодействовать каждый со своим левым и правым соседями, что в конечном итоге должно создать арку, препятствующую реализации центральных ударов;
во-вторых, внутри кавитационной каверны имеет место присутствие отдельных молекул воды, молекул растворённых газов [5], которые при обжатии каверны будут препятствовать встречному соударению кластеров;
в-третьих, по результатам исследований многих авторов, правильных сферических каверн в реальности нет [13], почти все они имеют неправильную форму, которая по мере обжатия циклично эволюционирует, то есть большая ось эллипсоида становится малой, затем снова большой и т. д., а малая меняется в противофазе [14].
В результате возможно местное соударение кластеров, но с большей скоростью встречного движения чем скорость звука, поскольку наряду с
градиентом давления, силой поверхностного натяжения она обусловлена и встречным дополнительным движением стенок, от периодического изменения формы (эффект хлыста);
- при таком сценарии развития процесса с большой вероятностью возможно местное встречное почти центральное соударение нескольких кластеров, что приведёт к их разрушению;
- те кластеры, которые не разрушились, после соударения и смены направления движения встречаются с кластерами идущими следом, но уже встречно, что так же обуславливает большую вероятность их центрального абсолютно упругого удара с последующим разрушением (аналогично ситуации 9).
Рисунок 9 - Механизм соударений кластеров воды при акустической кавитации на примере одного центрального направления
По балансу необходимой и располагаемой энергий можно оценить, что полное, а тем более частичное, разрушение кластеров воды возможно за счёт реализации запаса кинетической энергии сталкивающихся кластеров.
Молекулярная масса воды - 161+12 = 18, молярная масса = 18 г/моль; масса одного моля воды = 18 г [13], что соответствует 6,022-1023 молекулам (согласно числу Авогадро), следовательно, масса молекулы составит 2,99 10-23 г, масса кластеров первой структуры [15].
ткл = 46-2,99-10-23 =137-10-23 г.
Кинетическая энергия одного кластера первой структуры [16] при звуковой скорости движения составит
(137 10-23 10-3 14502)/2 = 144 10-20 Дж.
Кинетическая энергия соударения двух кластеров первой структуры составит
144 • 10-20 Дж • 2 = 288 • 10-20 Дж.
С другой стороны, энергия водородных связей для воды ЕН = 25 000 Дж/моль, следовательно, на один кластер первой группы приходится
ЕклН = (25000-46)/6,022 • 1023 = 191 • 10-20 Дж,
что в полтора раза меньше, чем реализуется при столкновении кластеров, даже без учёта «эффекта хлыста».
Следует также отметить, что поведение каверн и пузырьков подчиняется своим законам:
- возможно образование конгломератов каверн за счёт их взаимного сближения, причём [17]:
- в стадии расширения каверн их взаимное расположение почти не меняется, уменьшение расстояния между ними происходит только в стадии сжатия;
- скорость сближения каверн ~ 2,5 м/с, длина пробега до соударения ~ 1 мм;
- если каверны разные, то в стадии расширения они неподвижны, в стадии сжатия мелкая устремляется к крупной со скоростью 10 м/с [18];
- узнаваемая конфигурация сохраняется в течение семи периодов, обусловленных вторичным образованием каверн после момента схлопывания за счёт отражения;
- иногда каверны дробятся и удаляются друг от друга, тогда возможно:
- последующее объединение с одной общей внешней границей, но с сохранением деформированных перегородок;
- если рядом имеется твёрдая шероховатая поверхность, то образование таких ансамблей предпочтительно на ней, и т. д.
Строение, свойства кластеров также далеко не так однозначны, поскольку:
- молекулы воды могут образовывать на основе водородных, а также и иных связей различные, как плоские, так и пространственные структуры;
- направление водородных связей может не совпадать с направлением атомов водорода в молекуле воды, что ещё больше может расширять многообразие кластеров [19];
- поскольку вода - один из лучших растворителей, то она не бывает чистой, что может дать предположение о возможных примесях в структурах кластеров из диполей других веществ (H2S,) [20];
- внутри каждого из кластеров может быть различное наполнение из фрагментов других веществ;
Среди исследователей однозначное понимание строения, периода жизни кластеров, их размеров, структуры и т. д. на настоящее время отсутствует, но вполне ясно, что они существуют [21], разрушаются, вновь создаются, могут иметь различные структуры и свойства.
Если перенести аналогию, например, с углерода, который находясь в различных структурах, создаёт очень непохожие вещества - графит, алмаз, шунгит, фуллерен (углерод - 60), то с большой до-
лей вероятности можно предположить - акустическая кавитация по мере обработки воды разрушает кластеры, которые затем вновь образуются, но уже с изменённой структурой. Причём имеется возможность управлять этим процессом. Так акустико-кавитационная обработка воды на разных режимах работы кавитатора и последующий полив этими пробами растений показали, как было указано выше, что всхожесть семян и развитие растений зависят от режима обработки воды, используемой для замачивания и полива.
Исходя из оценки теплотворной способности кавитатора (рис. 10) можно заметить, что каждая точка на зависимости At = f(q) характеризует, во-первых, температурный режим, при каждом из которых вода имеет свои физические константы -теплоёмкость, теплопроводность, плотность, тепловое расширение, поверхностное натяжение и т. д. Значения этих величин определяют качество протекания процесса акустической кавитации, следовательно, и степень воздействия кавитации на кластеры воды в каждом из режимов. Во-вторых, каждая точка зависимости At = f(q) характеризует среднее количество циклов, в которых каждый кластер пройдёт через зону обработки, что определяет соотношение между количеством кластеров разной структуры в выходном потоке, а значит и свойства воды на данном режиме в целом. В-третьих, в каждом из возможных режимов зависимости At = f(q) протекает целая совокупность физических процессов: возникновение ударных волн, разрушение кластеров, искровые электрические разряды, очень высокие градиенты температур от точек соударений кластеров и давлений во фронтах ударных волн и т. д. Все эти обстоятельства могут создать и другие формы воздействия на кластеры, а также различные сочетания этих процессов и их интенсивностей в каждом из режимов работы кавитатора.
Таким образом, разные формы воздействия на кластеры дают различный результат, а это обуславливает, что после кавитационной обработки:
- предполагается возможность распадения кластера, как на несколько осколков, так и полностью на молекулы;
- возможно и полное преобразование исходного кластера в другой кластер с полным изменением структуры, а также её формы (плоской или пространственной);
- возможно также частичное изменение структуры кластера с образованием дефектов в строении (например, только от жёсткой деформации во время прохождения фронта ударной волны);
- может иметь место сочетание молекул воды также за счёт водородной связи с другими молекулами оксидной группы с образованием аналогичных
структур, но другого состава - так же из молекул веществ, полученных от разрушающего действия кавитации твердых тел;
- имеется также возможность наполнения кластеров воды молекулами и фрагментами других веществ и т. д., причём в виде более раздробленных или наоборот - интегрированных фрагментов.
Для с.-х. производства представляет особый интерес эффект от непосредственного полива обработанной водой необработанных семян. В этом случае все семена равнозначны по биографии, в них отсутствуют и преимущества отработки на низкотемпературных режимах работы кавитатора, и угнетающее действие высокотемпературных режимов.
Результаты лабораторных опытов, например, с семенами ячменя, показали:
- всхожесть всех вариантов семян, замоченных в обработанной кавитатором воде, превышает всхожесть тех же семян, замоченных в обычной водопроводной воде (рис. 11);
- наилучшие результаты показала вода, прошедшая обработку на 30-ти и 60-ти градусных режимах (рис. 12);
- имеет место локальный максимум, как по всхожести семян (рис. 12), так и по последующему развитию растений (рис. 13);
- общая тенденция соответствует росту эффективности воды с ростом температурного режима обработки.
0 0,05 0,1 0,15 0,2
ПОДАЧА, Л/С
Рисунок 12 - Распределение величин всхожести по температурным режимам приготавливаемой на кавитаторе воды для замачивания семян ячменя
Рисунок 10 - Теплотворная способность кавитатора
м мам а
7 ^ Ш
1
0 2 4 6 3 10 12 14 1:,сут +К Ч-Ч —М +10
Рисунок 11 - Динамика всхожести семян ячменя во времени, замоченных водой из кавитатора
И, Ч'.Ь 155 150 • 8 стггкн
140 135 1 чп
V >- \ \ КОН -роль
О 10 20 ЗО 40 50 60 701, град
Рисунок 13 - Распределение показателей развития растений ячменя по температурным режимам приготавливаемой на кавитаторе воды для его полива
Результаты, не противоречащие вышеизложенному, были получены и при поливе водой из кавитатора семян пшеницы (рис. 14) и подсолнечника (рис. 15).
Так при замачивании семян пшеницы в воде из кавитатора уровень биологической активности воды определяется степенью её обработки, то есть
количеством циклов прохождения циркуляционного контура, или температурой режима. Вода, прошедшая обработку на этих режимах, при замачивании на ней семян даёт большую всхожесть.
Рисунок 14 - Распределение всхожести семян пшеницы по температурным режимам приготавливаемой на кавитаторе воды для замачивания
Рисунок 15 - Закономерности развития растений подсолнечника:
- семена, которых замочены на воде из кавитатора;
- посаженных в почву, которая ранее за несколько месяцев была полита водой из кавитатора и далее
высушена; - контрольной партии
Очень значимое влияние на изменение свойств воды должны оказывать примеси, растворённые в воде. Можно предположить, что они, попав внутрь полезного кластера записывают структуру этого водного образования. По мере высыхания молекулы воды, приобретая энергию теплового движения и преодолевая водородные связи, переходят в пар, а код, состоящий из пространственного кристалла-каркаса сохраняется.
Поэтому при дальнейшем смачивании вследствие последующего полива даже обычной водой её молекулы в кластере перестраиваются по сохранившемуся «кристаллу каркаса», как по шаблону, и
вновь приобретают особые замечательные свойства, благоприятные, например, для развития растений.
Так в процессе проведения лабораторных и полевых опытов с подсолнечником на воде, обработанной на кавитаторе, поливались как семена, так и выросшие из них растения. В итоге подтвердилось это дополнительное замечательное качество воды, прошедшей обработку на кавитаторе - эффект последействия в почве (рис. 15, кривая «обработанная земля»).
Заключение
Выводы:
1. Установлено влияние кавитационной обработки в пассивной зоне кавитатора на стимуляцию процессов пробуждения семян и последующего развития растений.
2. Выявлено изменение свойств воды, выражающееся в изменении её биологической активности, после обработки на кавитаторе.
3. Вклад приобретённых свойств воды, прошедшей транзитом через кавитатор, обуславливает 85 % общего эффекта от кавитационной обработки семян в пассивной зоне и последующего замачивания их в этой воде.
4. Уровень замечательных качеств, приобретённых водой, определяется степенью её обработки, то есть количеством циклов прохождения циркуляционного контура, или температурой режима.
5. На результат по влиянию на всхожесть воды из кавитатора оказывают также влияние биоритмы семян, то есть дата проведения процесса, вид с.-х. культуры, качество семян и т. д. Наиболее выразительный эффект рассматриваемого способа стимуляции наблюдается на семенах низкого качества и в сочетании с предварительной кавитацион-ной обработкой.
6. Использование воды после кавивитацион-ной обработки при замачивании семян повышает всхожесть, ускоряет процесс проращивания, что в итоге повышает урожайность и сокращает себестоимость предпосевной обработки.
7. Полив с.-х. культур водой, прошедшей ка-витационную обработку, может обеспечить повышение эффективности растениеводства, особенно в условиях необходимого снижения норм увлажнения, продиктованного катастрофическим дефицитом пресной воды в мире.
8. Важной сферой использования кавитацион-ной обработки воды являются тепличные хозяйства, обеспечивающие гарантию получения максимального и программированного урожая в обширной полосе климатических широт. В этом случае, во-первых, может использоваться теплотворная способность кавитационной обработки воды (рис. 10), во-вторых, обеспечивается повышение всхожести и
ускорение развития растений, в-третьих, обеспечивается дезинфекция почвы и элементов гидропоники.
9. Вода после кавивитационной обработки может быть использована в животноводстве для поения с.-х. животных, промывки молокопроводов без химических реагентов, а также в рыбоводстве.
10. Важной перспективой является использование результатов исследований в приготовлении напитков из воды, обработанной в кавитаторе на соответствующих режимах. При этом напитки и соки кроме органолептических и витаминных качеств приобретают также и полезные свойства структурированной воды.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Миниович И. Я. Гидродинамические источники звука. Л. : Судостроение. 1972. 478 с.
2. Дыскин Л. М. Использование вихревых труб в системах воздушного отопления // Проблемы теплоснабжения и вентиляции в условиях климата Восточной Сибири: Межвуз. сб. Иркутск. 1977. С.28-30.
3. Пат. 2045715 РФ, МКИ 6 F25 B 29/00 Теплогенератор и устройство для нагрева жидкостей/ Ю. С. Потапов. № 93021742/06; заявлено 26.04.93; опубл. 10.10.95, Бюл. №28. 5 с.
4. Evolution of hydrodynamic cavitator. Ph. D, Ivanov E., Russia, Nizhniy Novgorod. Nizhniy Novgorod State Agricultural Academi, Associate professor, Mechanization in Agriculture, Year LXI, ISSN 08619638, issue 2/2015, Bulgaria, pp. 17-21.
5. Агранат Б. А. Основы физики и техники ультрозвука. М. : Высшая школа. 1987. 352 с.
6. Иванов Е. Г. Предпосевная обработка семян на вихревом кавитаторе // Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве. Труды восьмой Международной научно-технической конференции 16-17 мая 2012 г. / Москва. ГНУ ВИЭСХ. 2012. Ч. II. C. 53-59.
7. Агафонов В. В., Иванов Е. Г., Чавачи-на Е. Е. Кавитационное проращивание семян ячменя для ускоренного получения солода // Вестник НГИЭИ. 2016. № 8 (63). С. 55-64.
8. Evgueniy G. Ivanov. Seed germination with use of acoustic-cavitation tehnologies // 15 th International scientific conference «ENGINEERING FOR RUPAL DEVELOPMENT», Proceedings, Volvmel 5 May 25-27, 2016, Ielgava, Latvia, 2016. pp.278-284.
9. Иванов Е. Г., Денисюк Е. А., Носова И. А. Систематика вихревых // Совершенствование технико-эксплуатационных процессов и энергетических средств в сельском хозяйстве: Сборник
научных трудов НГСХА. Н. Новгород. 2007. С. 176-188.
10. Захаров С. Д., Мосягина И. В. Кластерная структура воды (обзор). М. : Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН. 2011. 24 с.
11. Зенин С. В. Полануер Б. М., Тяглов Б. В. Экспериментальное доказательство наличия фракций воды. Ж. «Гомеопатическая медицина и акупунктура». 1997. № 2. С. 42-46.
12. Маргулис М. А. Звукохимические реакции и сонолюминисценция. М. : Химия. 1986. 272 с.
13. Бреннец Ц. Динамика и податливость потока кавитационных пузырей // Теоретические основы инженерных расчётов: пер. с англ. М. : Мир. 1973. № 4. С. 97-131.
14. Кузнецов Г. Н., Щекин И. Е. Динамика паровой полости, движущейся поступательно // Механика жидкостей и газов. Известия АНСССР. 1974. № 4. С. 54-62.
15. Глинка Н. Л. Общая химия. 30-е изд., испр. М. : 2003. 728 с.
16. Намиот А. Ю. Растворимость газов в воде: Справочное пособ. М. : Недра. 1991. 167 с.
17. Чулкова Н. В. Коагуляционная модель ансамбля кавитационных зародышей // Респуб. межвед. науч.-технич. сб. «Акустика и ультрозвуко-вая техника» 1981. В. 16. С. 7.
18. Агрест Э. М., Кузнецов Г. Н. Дрейф газовых каверн в неоднородном звуковом поле // Акустический журнал. 1972. Т. 18. В. 2. С. 168-172.
19. Залепухин В. Д., Залепухин И. Д. Ключ к «живой воде». Алма-Ата. «Кайнар». 1987.
20. Хмелёва А. Н. Влияние ультразвукового облучения на ризогенную активность растительных объектов в присутствии регуляторов роста: автореф. дис. канд. биолог. наук: 03.00.16. Барнаул. 2009. 21 с.
21. Зенин С. В., Тяглов Б. В. Гидрофобная модель структуры ассоциантов молекул воды. Журн. Физ. Химии. 1994. Т. 68. № 4. С. 636-641.
REFERENCES
1. Miniovich I. Ja. Gidrodinamicheskie istochniki zvuka (Hydrodynamic sources of sound), L, Su-dostroenie, 1972,. 478 pp.
2. Dyskin L. M. Ispol'zovanie vihrevyh trub v s istemah vozdushnogo otoplenija (The use of vortex tubes in air heating systems), Problemy teplosnabzheni-ja i ventiljacii v uslovijah klimata Vostochnoj Sibiri, Mezhvuz. sb. Ir-kutsk, 1977, pp. 28-30.
3. Pat. 2045715 RF, MKI 6 F25 B 29/00 Tep-logenerator i ustrojstvo dlja nagreva zhidko-stej /
Ju. S. Potapov. No. 93021742/06; zajavleno 26.04.93; opubl. 10.10.95, Bjul. № 28. 5 pp.
4. Evolution of hydrodynamic cavitator. Ph. D, Ivanov E., Russia, Nizhniy Novgorod. Nizhniy Novgorod State Agricultural Academi, Associate professor, Mechanization in Agriculture, Year LXI, ISSN 0861— 9638, issue 2/2015, Bulgaria, pp.17-21.
5. Agranat B. A. Osnovy fiziki i tehniki ul'trozvuka (Basic physics and technology of ultrasound), M, Vysshaja shkola, 1987, 352 pp.
6. Ivanov E. G. Predposevnaja obrabotka semjan na vihrevom kavitatore (Presowing treatment of seeds on the vortex cavitator), Jenergoobespe-chenie i jenergosberezhenie v sel'skom hozjajstve. Trudy vos'moj Mezhdunarodnoj nauchno-tehnicheskoj konferencii 1617 maja 2012 g., Moskva, GNU VIJeSH, 2012, Ch. II, pp. 53-59.
7. Agafonov V. V., Ivanov E. G., Chavachi-na E. E. Kavitacionnoe prorashhivanie semjan jach-menja dlja uskorennogo poluchenija soloda (Cavitation germination of barley seeds for rapid production of malt), Vestnik NGIJeI, 2016, No. 8 (63), pp.55-64.
8. Evgueniy G. Ivanov. Seed germination with use of acoustic-cavitation tehnologies // 15 th International scientific conference «ENGINEERING FOR RUPAL DEVELOPMENT», Proceedings, Volvmel 5 May 25-27, 2016, Ielgava, Latvia, 2016, pp. 278-284.
9. Ivanov E. G., Denisjuk E. A., Nosova I. A. Sistematika vihrevyh (Systematics of vortex heat generators), Sovershenstvovanie tehniko-jekspluatacionnyh processov i jenergeticheskih sredstv v sel'skom hozjajstve: Sbornik nauchnyh trudov NGSHA, N. Novgorod, 2007,pp.176-188.
10. Zaharov S. D., Mosjagina I. V. Klasternaja struktura vody (obzor) (The cluster structure of water (review)), M, Fizicheskij in-stitut im. P. N. Lebedeva RAN, 2011, 24 p.
11. Zenin S. V. Polanuer B. M., Tjaglov B. V. Jeksperimental'noe dokazatel'stvo nalichija frakcij vody (Experimental proof of the presence of fractions of water), Zh, «Gomeopaticheskaja medicina i akupunktura», 1997, No. 2, pp. 42-46.
12. Margulis M. A. Zvukohimicheskie reakcii i sonoljuminiscencija (Zvyahilskyi reactions and sono-luminescence), M, Himija, 1986, 272 p.
13. Brennec C. Dinamika i podatlivost' potoka kavitacionnyh puzyrej (The dynamics and flexibility of flow cavitation bubbles), Teoreticheskie osnovy inzhe-nernyh raschjotov, per. s angl. M, Mir, 1973, No. 4, pp. 97-131.
14. Kuznecov G. N., Shhekin I. E. Dinamika pa-rovoj polosti, dvizhushhejsja postupatel'no (Dynamics of steam pockets, moving progressively), Zh, Mehanika zhidkostej i gazov, Izvestija ANS-SSR, 1974, No. 4, pp.54-62.
15. Glinka N. L. Obshhaja himija (General chemistry), 30-e izd., ispr, M, 2003, 728 pp.
16. Namiot A. Ju. Rastvorimost' gazov v vode: Spravochnoe posob (The solubility of gases in water: a reference guide), M, Nedra, 1991, 167 p.
17. Chulkova N. V. Koaguljacionnaja model' ansamblja kavitacionnyh zarodyshej (Coagulation model ensemble of cavitation nuclei), Akustika i ul'tro-zvukovaja tehnika, 1981, No. 16, pp. 7.
18. Agrest Je. M., Kuznecov G. N. Drejf ga-zovyh kavern v neodnorodnom zvukovom pole (The drift gas cavities in non-uniform sound field), Akustich-eskij zhurnal, 1972, T. 18, No. 2, pp. 168-172.
19. Zalepuhin V. D., Zalepuhin I. D. Kljuch k «zhivoj vode» (The key to «life-giving water»), Alma-Ata, «Kajnar», 1987.
20. Hmeljova A. N. Vlijanie ul'trazvukovogo obluchenija na rizogennuju aktivnost' rastitel'nyh ob#ektov v prisutstvii reguljatorov rosta (The effect of ultrasonic irradiation on rhizogenou activity of vegetative objects in the presence of growth regulators), avtoref. dis. kand. biolog. nauk, 03.00.16, Barnaul, 2009, 21 p.
21. Zenin S. V., Tjaglov B. V. Gidrofobnaja model' struktury associantov molekul vody (The hydrophobic structure of associates are realized water molecules), Zhurn. Fiz. Himii, 1994, T. 68, No. 4, pp.636-641.
Дата поступления статьи в редакцию 16.01.2017, принята к публикации 10.03.2017.
