CC BY
4Технические науки УДК 656.1
ИССЛЕДОВАНИЕ ТОПОГРАФИИ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ ОБЛАКА ГЕНЕРАТОРА ГОРЯЧЕГО ТУМАНА
КОСТЕНКО Михаил Юрьевич, д-р техн. наук, профессор кафедры безопасности жизнедеятельности, km340010@rambler.ru
ГОРЯЧКИНА Ирина Николаевна, канд. техн. наук, доцент кафедры безопасности жизнедеятельности, gin.81@mail.ru
МЕЛЬНИКОВ Владимир Сергеевич, соискатель кафедры безопасности жизнедеятельности, vladimir.s.melnikov@yandex.ru
ЕВСЕНИНА Марина Владимировна, канд. с.-х. наук, доцент кафедры технологии общественного питания, marinavladik@rambler.ru
Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева
КОСТЕНКО Наталья Алексеевна, канд. техн. наук, доцент кафедры прикладной и теоретической механики, ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет путей сообщения», Рязанский филиал, km340010@rambler.ru
Мойка и дезинфекция транспортных средств являются актуальными и эпидемиологически значимыми мероприятиями для предотвращения передачи патогенных и условно-патогенных микроорганизмов. Существует взаимосвязь рабочего режима генератора горячего тумана с параметрами аэрозольного облака. Высокая адгезия дезинфицирующего аэрозоля с обрабатываемыми поверхностями ведёт к образованию устойчивой плёнки, препятствующей развитию опасной и нежелательной микрофлоры. Исследованы топографии температурных полей облака аэрозоля на поверхности фургонов для перевозки сельскохозяйственной продукции. Применялись тепловизор FLIR Systemsi 3 и генератор горячего тумана GreenFog BF-130 с диспергирующим устройством. Определялось распределение температур в аэрозольном облаке, степень нагрева обрабатываемых поверхностей и условия для образования точки росы. Факторный эксперимент планировался по схеме 32, при этом в результате однофакторных экспериментов значимыми факторами установлены: расстояние от сопла до обрабатываемой поверхности, время обработки. В качестве функции оптимизации приняли изменение температуры обрабатываемой поверхности за время обработки. По скорости нагрева обрабатываемой поверхности можно судить о фазовом переходе пара и аэрозоля в раствор. Анализ нагрева обрабатываемой поверхности до и после обработки по увеличению температуры позволяет судить, на каких участках обрабатываемой поверхности получилась устойчивая пленка из дезинфицирующего аэрозоля. По полученному уравнению регрессии адекватность модели составила 0,754 и оба фактора оказались значимыми. Сопоставив результаты эксперимента, установили оптимальные значения для генератора горячего тумана GreenFog BF-130 с диспергирующим устройством: расстояние от сопла генератора горячего тумана до обрабатываемой поверхности - 0,53 м; время обработки - 8,5 с.
Ключевые слова: генератор горячего тумана, аэрозольное облако, тепловизор, топографии температурных полей, поверхности фургонов, пленка из дезинфицирующего аэрозоля, расстояние от сопла, время обработки.
Введение
В агропромышленном комплексе автомобильный транспорт играет важную роль для перевозки как животных, так и сельскохозяйственной продукции. Так как транспорт может стать фактором передачи патогенной и условно-патогенной микрофлоры, особую актуальность и эпидемиологическую значимость имеет мойка и дезинфекция транспортных средств. С этой целью нами предложено использовать генератор горячего тумана с устройством для диспергирования в виде эжектора, в котором происходит подогрев дезинфицирующего раствора и образование дезинфицирующего аэрозоля. А за счёт высокой адгезии с обрабатываемой поверхностью создаётся плёнка дезинфицирующего вещества, которая и будет препятствовать размножению микроорганизмов [1].
Теоретические исследования тепловых потоков генератора горячего тумана показали взаимосвязь рабочего режима генератора с параметрами аэро-
зольного облака. В процессе образования формы температурных полей, размеров частиц аэрозоля особую роль играют температуры исходных веществ (топочных газов, дезинфицирующего раствора, горячего воздуха), а также их скорости [2,3].
Объекты и методы исследований
С учетом сложности происходящих процессов тепломассообмена в сопле генератора горячего тумана были проведены исследования топографии температурных полей облака аэрозоля. Исследования проводились на поверхности фургонов для перевозки с/х продукции в ООО «Агротехстрой». Для исследования применялся тепловизор (рис. 1,2) и генератор горячего тумана с диспергирующим устройством GreenFog BF-130 (рис. 2).
Тепловизор позволял осуществлять фокусировку в заданной точке, определяя в ней температуру. Полученные данные с тепловизора передавались на ПК с помощью шлейфа.
© Костенко М. Ю., Горячкина И. Н.,Мельников В. С., Евсенина М. В., Костенко Н. А. 2015г.
1 - экран; 2 - пульт управления; 3 - гнездо для подключения шлейфа; 4 - кнопка фиксации изображения; 5 -
инфракрасная камера Рис. 1 - Общий вид тепловизора FLIR Systemsi 3
Рис. 2- Исследования топографии температурных полей облака аэрозоля от генератора горячего тумана
В процессе исследований устанавливалось распределение рабочих температур в облаке аэрозоля, что позволило определить оптимальное расстояние от сопла генератора горячего тумана до обрабатываемой поверхности. Также в процессе исследования определялся нагрев обрабатываемой поверхности для определения условий образования пленок конденсата. Благодаря высокой влажности аэрозоля и разности температур обрабатываемой поверхности и аэрозоля возникают
условия для образования точки росы.
Экспериментальная часть
Анализируя нагрев обрабатываемой поверхности до и после обработки по увеличению температуры, мы можем судить, на каких участках обрабатываемой поверхности получилась устойчивая пленка из дезинфицирующего аэрозоля. Чем выше нагрев обрабатываемой поверхности, тем больше толщина пленки дезинфицирующего вещества.
Таблица эксперимента
Уровни варьирования факторов
Фактор Обозна- Единицы Кодированное обозначение
чение измерения Верхний Нулевой Нижний
-1 0 +1
1. Расстояние от сопла до обрабатываемой поверхности Х1 см 50 60 70
2 .Время обработки Х2 с 5 7 10
Факторный эксперимент планировался по схе- расстояние от сопла до обрабатываемой поверх-ме 32, при этом в результате однофакторных экс- ности, время обработки.
периментов значимыми факторами установлены: В качестве функции оптимизации взяли изме-
нение температуры обрабатываемой поверхности за время обработки.
Генератор горячего тумана выходил на установившийся режим, после чего нами была произведена съемка аэрозольного облака, выходящего из сопла генератора. Большая разность температур в аэрозольном облаке не позволила установить реальные размеры аэрозольного облака. В результате была получена карта распределения максимальных температур внутри облака (рис. 3).
10 20 30 40 50 60
Рис. 3 - Распределение зон максимальных температур внутри аэрозольного облака
Анализ рисунка показал, что максимальные температуры ограничены достаточно узкой зоной, максимальная длина этой зоны составляет 0,6 м. При столкновении со стенкой облако перераспределялось, в этом случае зона воздействия высоких температур существенно увеличивалась, что можно видеть на рисунке 4.
Рис. 4 - Вид распределения аэрозольного облака при столкновении с препятствием, полученный с тепловизора на экран ПК
Для уточнения параметров работы генератора горячего тумана были проведены эксперименты. В ходе экспериментов уточнялось влияние времени обработки и расстояния от сопла до обрабатываемой поверхности на сплошность пленки дезинфицирующего раствора на поверхности фургона, т.е. температура нагрева обрабатываемой по-
верхности. Нагрев обрабатываемой поверхности фургона происходит в результате конвективного теплообмена и фазового перехода пара в жидкость. При небольших расстояниях от сопла до обрабатываемой поверхности происходит нагрев поверхности в основном за счет фазового перехода пара и аэрозоля в раствор. Данный процесс можно контролировать по скорости нагрева обрабатываемой поверхности: чем выше скорость нагрева, тем выше вероятность фазового перехода из газообразного состояния в жидкое. В результате исследований данного процесса нами было получено уравнение регрессии:
v6= -37,2722 +1,2875^5+5,0633^2 -0,013^5^5+0,125^5^2-0,3378^2^2 (1)
где v5 - расстояние от сопла до обрабатываемой поверхности, см;
v2 - время обработки 1 м2 поверхности, с; v6 - изменение температуры обрабатываемой поверхности, град.
Адекватность данной модели составляет 0,754, коэффициент корреляции 0,868. Анализ значимости факторов по уровню р-^е! показал, что оба фактора являются значимыми. На основе анализа уравнения 1 построены графики изменения температуры обрабатываемой поверхности от расстояния до сопла и времени обработки (рис. 5,6) [4].
Рис. 5 - Трехмерный график зависимости изменения температуры обрабатываемой поверхности от расстояния до сопла и времени обработки
Varl
Рис. 6 - Контурный график изменения температуры обрабатываемой поверхности от расстояния до сопла и времени обработки
ф
Вестник РГАТУ, № 3 (27), 2015
Выводы
Анализ графиков показал, что оптимальными значениями для генератора горячего тумана GreenFog BF-130 с диспергирующим устройством являются: расстояние от сопла генератора горячего тумана до обрабатываемой поверхности - 0,53 м; время обработки - 8,5 с. При данных режимах работы на обрабатываемой поверхности образуется устойчивая пленка дезинфицирующего раствора, которая затем высыхает, создавая щелочную среду, которая препятствует размножению санитарно-показательной и патогенной микрофлоры в течение достаточно длительного времени после обработки.
Список литературы
1. Мельников, В.С. Способ дезинфекции фургонов и помещений / В.С. Мельников, И.Н. Го-рячкина, М.Ю. Костенко // Современная наука глазами молодых ученых: материалы межвузовской научно-практической конференции. - Рязань: Изд-во ФГБОУ ВПО РГАТУ, 2014. - Ч. 1. - С. 81-86.
2. Мельников, В.С. Теоретические исследова-
ния теплового потока в диспергирующем устройстве / В.С. Мельников, И.Н. Горячкина, М.Ю. Костенко и др. // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2014. - №10(104). С. 222 - 236. - IDA [article ID]: 1041410014. - Режим доступа: http:// ej.kubagro.ru/2014/10/pdf/14.pdf, 0,938 у.п.л.
3. Мельников, В.С. Тепловой баланс генератора горячего тумана с устройством для диспергирования / В.С. Мельников, И.Н. Горячкина, М.Ю. Костенко и др. // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2014. - №08(102). С. 864 - 876. - IDA [article ID]: 1021408054. - Режим доступа: http://ej.kubagro. ru/2014/08/pdf/54.pdf, 0,812 у.п.л.
4. Ли, Р.И. Основы научных исследований: учебное пособие/Р.И. Ли - Липецк: Издательство ЛГТУ, 2013. - 190 с.
INVESTIGATION OF THE TOPOGRAPHY OF TEMPERATURE FIALD OF THE HOT FOG GENERATOR
Kostenko Mikhail Yu., Dr. Technical Sciences, Department of Life Safety, km340010@rambler.ru
Goryachkina Irina N., PhD. Technical Associate Professor, Department of Life Safety, gin.81@mail.ru
Melnikov Vladimir S., Competitor of the Department of Life Safety,
Yevsenina Marina V., PhD. of agricultural Sciences, Associate Professor of Food Technology, marinavladik@ rambler.ru
Ryazan State Agrotechnological University named after P.A. Kostychev
Kostenko Natalia A., PhD. Technical Sciences, Associate Professor, Department of Applied and Theoretical Mechanics, VPO "Moscow State University of Railway Engineering", Ryazan branch, km340010@rambler.ru
Cleaning and disinfection of vehicles has relevance and epidemiological importance to prevent the transmission of pathogenic and opportunistic microorganisms. There is a relationship of operating mode hot mist generator with the parameters of the aerosol cloud. High adhesion disinfectant spray the surface treatment leads to the formation of a stable film that prevents the development of a dangerous and undesirable microorganisms. Studied the topography of temperature fields on the surface of the aerosol cloud vans for transportation of agricultural products. Applied thermal FLIR Systemsi 3 and hot mist generator GreenFog BF-130 with a dispersing device. Determined the temperature distribution of the aerosol cloud, the degree of heating of machined surfaces and conditions for the formation of dew point. Factorial experiment was planned by circuit 32, thus resulting in significant factors in the univariate experiments set: the distance from the nozzle to the surface to be treated, the treatment time. As a function of the temperature change taken optimizing treatment surface during processing. At a heating rate of the treated surface can be judged on the phase transition to steam and spray solution. Analysis of the heat treated surface before and after the treatment of increasing the temperature to judge at what areas treated surface to obtain a stable film of disinfectant spray. Upon receipt of the regression equation model adequacy was 0.754, and both factors were significant. Comparing the results of the experiment, the optimal values for the hot mist generator GreenFog BF-130 with a dispersing device: the distance from the nozzle generator hot mist to the treated surface - 0.53 m; processing time - 8.5.
Key words: generator of hot mist aerosol cloud imager, topography temperature fields, surface vans film of disinfectant spray, the distance from the nozzle, the processing time.
Literatura
1. Mel'nikov, V.S. Sposob dezinfekcii furgonovipomeshcheniy[Tekst]/V.S. Mel'nikov, I.N. Goryachkina, M.Yu. Kostenko // Sovremennaya nauka glazami molodykh uchenykh: materialy mezhvuz. nauch.-praktich. konf. - Ryazan': RGATU, 2014. - Ch. 1. - S. 81-86.
2. Teoreticheskie issledovaniya teplovogo potoka v dispergiruyushchem ustroystve [Ehlektronny resurs] /V.S. Mel'nikov, I.N. Goryachkina, M.Yu. Kostenko i dr. //Politematicheskiy setevoy ehlektronny nauchny zhurnal Kubanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - Krasnodar: KubGAU, 2014. - №10 (104). -S. 222 - 236. - Rezhim dostupa: http://ej.kubagro.ru/2014/10/pdf/14.pdf, 0,938 y.n.n.
3. Mel'nikov, V.S. Teplovoy balans generatora goryachego tumana s ustroystvom dlya dispergirovaniya [Ehlektronny resurs] / V.S. Mel'nikov, I.N. Goryachkina, M.Yu. Kostenko i dr. //Politematicheskiy setevoy ehlektronny nauchny zhurnal Kubanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - Krasnodar: KubGAU,
2014. - № 08 (102). - S. 864- 876. - Rezhim dostupa: http://ej.kubagro.ru/2014/08/pdf/54.pdf, 0,812 у.п.л. 4. Li, R.I. Osnovy nauchnykh issledovaniy [Tekst]: ucheb. posob. /R.I. Li. - Lipeczk: LGTU, 2013. - 190 s
УДК 001.8:631.333
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВОЗДУШНО-МИНЕРАЛЬНОИ СМЕСИ В ШТАНГАХ МАШИНЫ ДЛЯ РАССЕИВАНИЯ ТВЕРДЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИИ
КУЛЕШОВ Михаил Сергеевич, аспирант ФГБНУ ВНИМС, e-mail: vnimsot7@mail.ru,
Многочисленными исследованиями установлено, что от характера распределения дозы удобрений по полю зависит средняя урожайность сельскохозяйственных культур. С ростом неравномерности рассеивания удобрений значительно ухудшается отзывчивость растений на удобрения. Неравномерное внесение удобрений оказывает существенное влияние на свойства урожая (снижает его технологические и биологические достоинства, способствует накоплению нитратов в сельскохозяйственных культурах), а также приводит к загрязнению окружающей среды. Для распределения минеральных удобрений наибольшее распространение получили центробежные и штанговые аппараты, которые удовлетворительно вносят удобрения, но не обеспечивают требуемого качества распределения частиц по полю. Следует отметить, что центробежные аппараты обладают неравномерностью свыше 25%, а штанговые - около 10%. В этой связи разработка технологических процессов и рабочих органов машин, обеспечивающих адаптированное к видам минерального питания растений внесение удобрений, обоснование способов контроля и управления технологическими процессами является важной научной проблемой. При движении потока воздушно-минеральной смеси по каналам штанг часто возникают потери энергии потока в разных участках. В данной статье приводятся расчеты, которые показывают потери в конкретных участках и по всей длине штанги. Для более правильной работы системы необходимо стабилизировать ее. Сделав определенные расчеты, можно понять, на каких участках штанги происходят наибольшие потери, можно также рассчитать оптимальную мощность потока. Сокращение потерь приведет к меньшим затратам энергии и, соответственно, к более корректной работе всей системы.
Ключевые слова: потери, воздушно-минеральная смесь, минеральные удобрения, штанговые машины.
Введение
Исследованиями установлено, что при движении воздушно-минеральной смеси в штангах энергия потока расходуется на преодоление сопротивления движению (потери напора). При этом возникающее движение воздушно-минеральной смеси можно разделить на два вида:
1)сопротивление по длине штанги, обусловленное силами трения;
2) местные сопротивления, обусловленные изменением скорости потока по величине и направлению.
В предлагаемой статье мы будем рассматривать потери на разных участках каналов штанги
штанговой машины для внесения твердых минеральных удобрений. Согласно вычислениям можно будет определить, где их будет больше и как можно их уменьшить.
Объекты и методика исследования В данной работе мы исследуем потери напора потока по всей длине штанги, а также местные потери. Рассмотрим так же потери, возникающие при обтекании отверстия эжектора.
Теоретическая часть На рисунке 1 графически изображены потери напора по длине штанги и потери на каждом участке.
1 - вентилятор; 2 - штанга; 3 - эжектор Рис.1 - Схема потерь давления воздушно-минеральной смеси в штанге машины для рассеивания
удобрений по поверхности поля
_© Кулешов М. С. 2015г_
