WWW.DISUS.RU

БЕСПЛАТНАЯ НАУЧНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 

Метод и технические средства для получения и применения в апк электроактивированной биологически ценной воды

На правах рукописи

АЖГАЛИЕВ Юрий Александрович

МЕТОД И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА
ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ В АПК ЭЛЕКТРОАКТИВИРОВАННОЙ
БИОЛОГИЧЕСКИ ЦЕННОЙ ВОДЫ

Специальность 05.20.02 – «Электротехнологии
и электрооборудование в сельском хозяйстве»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва 2009

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина» и ФГОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова».

Научный руководитель Кандидат химических наук, доцент Чесноков Борис Павлович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Башилов Алексей Михайлович кандидат технических наук, профессор Голобородько Василий Васильевич
Ведущая организация ФГОУ ВПО «Российский государственный аграрный университет – МСХА имени К.А. Тимирязева»

Защита диссертации состоится 16 ноября 2009 г. в 13 часов на заседании диссертационного совета Д220.044.02 при ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина» по адресу: 127550, Москва, ул. Лиственничная аллея, д.16А, корп. 3, конференц-зал ИНТК.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО МГАУ.

Автореферат разослан «16» октября 2009 г.
и размещен на сайте www.msau.ru «16» октября 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета В.И. Загинайлов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Развитие сельского хозяйства – это проблема продовольственной безопасности страны. На сегодняшний день, важнейшей его задачей является повышение урожайности сельскохозяйственных культур, которая обеспечивается в первую очередь за счет стимуляции обменных процессов, происходящих в растениях. Эффективность такой стимуляции можно обеспечить путем получения соответствующих значений энтропии и структуры воды методом электроактивирования.

Известные методы электрической обработки, основанные на использовании магнитного поля, ультрафиолетового и радиационного облучения, электрического поля, электромагнитной энергии, не обеспечивают получение воды с измененными свойствами в большом количестве. Кроме того, известные методы недостаточно эффективны, они обладают высокими энергозатратами, низким кпд и длительностью обработки.

Поэтому разработка новых метода и технических средств, основанных на высоковольтном электрофизическом воздействии получения и применения электроактивированной биологически ценной воды в АПК, является актуальной и практически значимой задачей.

Работа выполнена по научному направлению МСХ № 264 «Стратегия машинно-технологической модернизации сельского хозяйства России на период до 2020 г.».

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является разработка электротехнологии и технических средств получения и применения электроактивированной биологически ценной воды, обеспечивающей повышение урожайности сельскохозяйственных культур.

Для достижения этой цели поставлены и решены следующие задачи:

проведен анализ существующих методов получения электроактивированной воды и технических средств, применяемых в системах орошения для АПК;

разработаны методики проведения экспериментов и математическая модель гидродинамических процессов, протекающих в жидкости;

разработаны методики электрофизической обработки полиэтиленовых трубопроводов для полива, обоснованы режимы и исследована устойчивость к ультрафиолетовому облучению;

проведены экспериментальные исследования и дана экономическая оценка предлагаемого технического решения.

Объект исследования. Вода и технические средства для обеспечения полива сельскохозяйственных культур.

Предмет исследования. Закономерность изменения свойств электроактивированной воды и изменение характеристик полиэтиленовых трубопроводов для полива, под действием электрофизических методов обработки.

Методическая база и методы исследования. Решение поставленных задач проведено на основе моделирования гидродинамических процессов в воде при высоковольтном разряде. Также оценивалось влияние мощности электрофизической обработки на изменение свойств воды и трубопроводов для полива.

Проверка полученных результатов осуществлена на реальных объектах.

Научная новизна:

разработана математическая модель гидродинамических процессов, протекающих в воде при высоковольтном электрическом разряде;

созданы методы исследования биологической активности электроактивированной воды;

разработан способ изготовления полимерных трубопроводов, сохраняющих свойства электроактивированной воды в условиях солнечного ультрафиолетового воздействия.

Практическая ценность включает:

разработку электрофизических методов, позволяющих целенаправленно влиять на процессы активирования воды и ее обеззараживания за счет электроимпульсной обработки;

целенаправленное формирование структуры полиэтиленовых трубопроводов для полива за счет управляемого воздействия цепными реакциями на наноуровне в процессе электрофизической обработки.

Реализация результатов работы. Применение электроактивированной воды на развитие и рост растений проводилось в лаборатории и полевых условиях при выращивании овса посевного в ТОО «Правда» п. Анкаты, Сырымского района Уральской области. Способ получения водопроводных труб из полиэтилена низкого давления с применением электрофизического воздействия на гранулированное сырье и готовые изделия прошел успешную апробацию в испытательной лаборатории Саратовского государственного технического университета, а также в ОАО «Саратовский трубный завод», г. Энгельс. Использование трубопроводов при поливе показало их высокую устойчивость к ультрафиолетовому облучению.

Достоверность и обоснованность результатов исследования подтверждена согласованностью теоретических результатов с экспериментальными исследованиями, а также испытаниями в полевых условиях при получении и применении биологически ценной воды.

Апробация результатов работы. Основные положения и результаты исследований были доложены, обсуждены и одобрены на следующих конференциях профессорско-преподавательского состава по итогам научно-исследовательской работы за 2004–2007 гг. Саратовского государственного аграрного университета им. Н.И. Вавилова; международной научно-практической конференции «Города России: проблемы строительства, инженерного обеспечения, благоустройства и экологии» (Пенза, 2004 г.); «Вавиловские чтения» (Саратов, 2005 г.); международной научно-практической конференции «Проблемы энергосбережения и экологии в промышленном и жилищно-коммунальном комплексах» (Пенза, 2007 г.); международной научно-практической конференции «Роль молодых ученых в реализации национального проекта «Развитие АПК» (Москва, 2007 г.).

Публикации. Основные положения научной работы отражены в 9 научных публикациях, в том числе в трех изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Изложена на 139 страницах машинописного текста, содержит 6 таблиц, 43 рисунка и 13 приложений.

Список литературы включает 104 наименования.

На защиту выносятся:

методика воздействия высоковольтного электрического разряда на изменение свойств воды;

математическая модель гидродинамических процессов в жидкости, обеспечивающих получение биологически ценной воды с использованием высоковольтных источников энергии;

способ и методика электрофизического воздействия на полимерное сырье и готовые полиэтиленовые трубопроводы для полива, а также режимы обработки, позволяющие получать технические средства, устойчивые к ультрафиолетовому облучению;

результаты лабораторных и промышленных испытаний.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, изложено краткое содержание глав диссертации, приведены цель и задачи исследования.

В первой главе приведен анализ существующих электротехнологий и технических средств по стимуляции роста и развития сельскохозяйственных культур, на основе которого разработана классификация (рис. 1).

Обоснован выбор метода электрофизического воздействия при получении биологически ценной воды в активном состоянии для орошения. Также рассмотрены технологические процессы получения полиэтиленовых трубопроводов для полива, стойких к ультрафиолетовому излучению и сохраняющих свойства электроактивированной биологически ценной воды.

Известны исследования по электрофизическому воздействию на биообъекты технологических процессов в сельскохозяйственном производстве, которые широко представлены в научных трудах И.Ф. Бородина, В.А. Баева, А.В. Будаговского, Д.А. Нормова, в работах Л.А. Юткина, Ю.И. Краснова, Ф.Р. Черникова, Ю.М. Ермолаева, Б.М. Родионова, А.А. Стехина, в которых освещены вопросы электрофизического воздействия на характер изменения свойств воды. В трудах В.А. Каргина, В.Л. Карпова, В.Д. Соколова, В.В. Шлапацкой, В.Е. Ильенко изложены вопросы модифицирования полиэтилена для сохранения его свойств при ультрафиолетовом облучении.

В то же время результаты исследований этих авторов показали, что существующие способы электрофизического воздействия различных технологических факторов на изменение свойств веществ на молекулярном уровне носят эволюционный характер и не позволяют получать воду с целенаправленным формированием свойств и высокой биологической активностью воды.

Таким образом, анализ состояния вопроса позволил сформулировать цель и задачи настоящего исследования, реализация которых невозможна без разработки математической модели гидродинамических процессов в жидкости.

Вторая глава посвящена разработке математической модели электрического разряда в воде при вводе энергии в электрогидравлическое устройство в виде ряда последовательных импульсов. Схема такого процесса приведена на рис. 2.

 Классификация электроактивирования воды в сельском хозяйстве -2

Рисунок 1 – Классификация электроактивирования воды в сельском хозяйстве

Вода, предназначенная для орошения сельскохозяйственных культур, поступает в устройство, где между разнополярными электродами, форма которых выполнена в виде разделенного полого шара, подвергается воздействию высоковольтного электрического разряда. В зоне пробоя появляется кавитационная полость, сопровождающаяся ростом гидродинамических давлений, способствующих изменению биологической ценности воды. Каждый последующий электрогидравлический удар возможен после захлопывания кавитационной полости от предыдущего разряда. Таким образом, меняя частоту разрядов можно управлять процессом обработки. С учетом этого дросселем 7 который передвигается соленоидом 8, был отрегулирован необходимый зазор прохода воды.

 Электрогидравлическое устройство: 1 – электроды; 2 –-4

Рисунок 2 – Электрогидравлическое устройство: 1 – электроды; 2 – модифицированная полиэтиленовая труба; 3 – направления движений воды; 4 – кавитирующее кольцо;
5 – пузырьки кавитации; 6 – кавитационная полость; 7 – дроссель; 8 – соленоид

Электроактивирование и транспортировку обработанной воды до потребителя осуществляется по трубопроводам для полива полученные путем электрофизической обработки, которые сохраняют ее биологическую активность в условиях ультрафиолета солнца.

Для описания поставленной задачи рассмотрим соотношение вида

(1)

где – функция зависимости энергии межмолекулярного взаимодействия от расстояния между микрочастицами; время, мкс; закон изменения радиуса канала (полости) во времени, см; скорость расширения полости канала электроразряда, м/с; (для непроницаемой границы равна производной от функции радиуса); функция давления в канале, кПа; закон ввода мощности в канал разряда, кВт.

Учтем волновое движение жидкости, описываемое соотношением

(2)

где – функция, учитывающая волновое движение жидкости.

Решая совместно уравнения (1) и (2), определим динамические и кинематические характеристики электроразряда в жидкости. Это позволяет описать процессы, вызванные волновым полем давления на жидкость.

Примем движение жидкости в канале разряда с потенциалом скоростей Ф. Ограничиваясь рассмотрением разряда малой мощности, можно положить, что скорость расширения канала мала по сравнению со скоростью звука в жидкости. Решение внешней гидродинамической задачи сводится к решению начально-краевой задачи математической физики с подвижными границами:

(3)

где r – радиус канала.

При начальном нулевом значении радиуса кавитационной полости R(0) = = 0 получим давление в ближней к полости зоне канала электроразряда

(4)

где плотность жидкости; – поле давлений.

Решая систему уравнений (3) в области с учетом нулевых начальных условий и условия излучения на бесконечности, получим

(5)

(6)

где – потенциал скоростей.

Используя (5) и (6), получим выражение для функции среднего давления на стенки канала разряда:

(7)

При этом связь между функцией давления на стенки канала и функцией давления в фиксированной точке волнового поля в общем случае будет иметь вид

(8)

где – радиус канала; t – время.

Давление на стенки полости с учетом соотношения (8) представим в виде

(9)

(10)

(11)

где – круговая частота;

Обозначив отношение амплитуд давлений на стенки полости канала разряда через , а в волновой зоне – через из соотношения (8) получаем

(12)

где – период пульсаций на стенках канала;

(13)

где – скорость линейного роста радиуса, м/с.

Из выражения (12) и (13) следует, что отношение амплитуд импульсов давления в точки волновой зоны всегда меньше, чем отношение соответствующих амплитуд импульсов на стенках канала. Если K1 > 1, но > K1, то K2 < 1.

(14)

Полагая, что в этом равенстве , приходим к соотношению, связывающему периоды пульсаций в волновой зоне поля и на стенках канала :

(15)

Данная зависимость означает, что в период следования импульсов давление в волновой зоне уменьшается, и, следовательно, частота пульсаций давления увеличивается по сравнению с соответствующими величинами на стенке канала. Результат (15) является следствием эффекта Доплера и подтвердился на экспериментальной установке. Решая (8)–(15) при значениях входных параметров, получим

Установлены величины, характеризующие поле давления в волновой зоне, которые соответствуют следующим значениям: (удовлетворяющие условию при решении поставленной задачи).

Разработанная математическая модель гидродинамических процессов, протекающих в воде, позволила определить технические требования на установку и определила пути управления гидродинамическими характеристиками течения воды в канале, обусловленного электрическим разрядом в ней.

В третьей главе для проведения экспериментальных исследований была разработана передвижная установка высоковольтного импульсного разряда (ВЭР).

Вид экспериментальной установки представлен на рис. 3.

 Вид экспериментальной установки: 1 – трансформатор; 2 – блок-57

Рисунок 3 – Вид экспериментальной установки: 1 – трансформатор; 2 – блок выпрямителей; 3 – конденсатор; 4 – искровой промежуток; 5 – рабочая камера с высоковольтным разрядником; 6 – преобразователь

 Электрическая схема установки для воспроизведения-58

Рисунок 4 – Электрическая схема установки для воспроизведения электрогидравлического удара с одним формирующим промежутком: Т – трансформатор;
U1 – первичное напряжение в сети; U2 – высокое напряжение; VD – выпрямитель; С – емкость конденсатора; К – формирующий разрядник; Pр – разрядник в камере; R1 – сопротивления

Технические характеристики установки

Род тока питающей сети …………………………………переменный трехфазный

Напряжение силовых цепей управления, В………………………...... ~220 ± 10 %

Напряжение цепей управления, В……………………………...……….. ~220; -24

Режим работы системы электропитания………………………………….. ручной

Потребляемая мощность, кВт…………………………………………не более 0,15

Емкость конденсатора, мкФ …… ………………………………………………0,94

Напряжение заряда конденсатора, кВ………………………………………….....10

Длительность рабочего импульса, мкс………………………………… от 10 до 25

Также изложены основные методы измерения, контроля и получения изучаемых веществ. Для изучения колебательного излучения молекулярных водных структур на субатомном уровне в естественном состоянии и после воздействия высоковольтного импульсного электрического разряда был использован метод и аппаратура для трансрезонансной функциональной (ТРФ) топографии. Кроме того, для отработки режимов высоковольтной обработки был использован метод, основанный на спектроскопии высокого разрешения, который соизмерим с флуктуациями переходного состояния. Этот метод, основанный на трансмиссионно-резонансной КВЧ/СВЧ радиоспектроскопии, позволяет отслеживать воздействие высоковольтного импульсного разряда на характер электроактивирования воды благодаря проведенному анализу спектральных изменений. Методика потенциометрии использовалась для определения рН, и позволила дать количественную характеристику кислотности воды. Методика определения радиолюминесценции позволила измерить концентрацию кластеров. Методика структурного анализа воды дала возможность оценить изменение кластерного распределения молекул.

Четвертая глава содержит результаты экспериментальных исследований и производственных испытаний разработанной электротехнологии и технических средств получения и применения биологически ценной воды, а также оценку технико-экономической эффективности ее применения.

Под воздействием высоковольтных электрических разрядов вода приобретает особую биологическую ценность, которая объясняется ориентированным порядком кластеров, слитых в ассоциированную водную систему с синхронизированным и анизотропным потоком их радиоизлучения. Она участвует во всех жизненно важных процессах развития растений и дает на всех этапах онтогенеза, необходимую энергию, которая является одним из определяющих факторов, обеспечивающих повышение урожайности.

Проведенные микроскопические исследования свидетельствуют об изменениях в структуре воды под воздействием высоковольтного разряда. Результаты экспериментальных исследований по микроскопии образцов представлены на рис. 5.

 Структура воды до (а) и после высоковольтного электроимпульсного-61

Рисунок 5 – Структура воды до (а) и после высоковольтного
электроимпульсного воздействия (б) увеличение 900

Из фотографий видно, что в воде после обработки высоковольтным электрическим разрядом (ВЭР) отсутствуют включения в виде крупных образований и формируется структура кластеров в виде сфероидов с высокой упорядоченностью, создавая наименее хаотичное электромагнитное излучение, что делает такие образования устойчивыми и позволяют сохранять свойства в течение суток и более.

Методом спектроскопии (рис. 6) определено воздействие сильных возмущений, вызванных ВЭР на изменение свойств воды, раскрыты специфические особенности и закономерности на атомно-молекулярном уровне и зафиксирована разность частотных характеристик водной среды. Причем для возбужденных молекул воды характерно сужение спектральных линий, что свидетельствует о конформационных изменениях структуры. Также установлено, что на частоте 63 ГГц, появляется резонансный пик, свидетельствующий о возможности проведения технологических операций, в том числе и орошения сельскохозяйственных культур с высоким кпд.

При передаче импульса энергии водной среде колебания гексагонов и триад передаются кластерам, и их молекулярно-волновые колебания можно фиксировать, генерируя трансрезонансные волны на частоте 65 ГГц и регистрируя сигнал излучения кластеров воды в ДМ-диапазоне на частоте 1 ГГц. Воздействие на воду внешним фактором показало, что расположение атомов в ней не образует единственной характерной картины.

 Спектр воды до (1) и после (2) высоковольтногоэлектроимпульсного-62

Рисунок 6 – Спектр воды до (1) и после (2) высоковольтного
электроимпульсного воздействия

Эти результаты были получены благодаря измерениям энтропии (рис. 7), которая определяет меру отсутствия порядка или наличия беспорядка. Чем выше энтропия, тем более беспорядочное распределение молекул, содержащихся в жидкофазной системе.

Количественное изменение концентраций кластерных образований в зависимости от величины воздействия импульсной обработки электрическим разрядом фиксировалось регистрацией энтропийного состояния по амплитуде ДМ-излучения.

Результаты исследований показали, что для электроактивирования воды при заданном режиме максимальный сигнал (для определенного режима обработки) достигается при семи импульсах и в дальнейшем остается постоянным достаточно длительное время, что вполне приемлемо при использовании ее в орошении для полива растений.

Для исследования изменений, происходящих в структуре воды, был использован радиолюминесцентный метод, который позволил регистрировать ее собственное свечение и идентифицировать степень изменения светового потока собственного радиоизлучения в зависимости от характера воздействия на воду высоковольтного электроактивирования.

Эксперименты показывают изменение спектра энергетического состояния воды (рис. 8), а следовательно, пространственного расположения молекул, связанного с процессом перераспределения энергии.

 Характер изменения уровня энтропии воды до и после-63  Характер изменения уровня энтропии воды до и после-64
Рисунок 7 – Характер изменения уровня энтропии воды до и после
электроактивирования: 1 – исходная
вода; 2, 3, 4 – вода, обработанная высоковольтными электрическими разрядами, соответственно 3-мя, 5-ю и 7-ю импульсами
Рисунок 8 – Зависимость величины
собственного излучения воды (В) от количества импульсов при высоковольтной обработке (n): 1 – исходнаявода; 2, 3, 4 – вода, обработанная электрическими разрядами, соответственно 3-мя,
5-ю и 7-ю импульсами

Как видно из рис. 8, изменение дисперсности воды при электрическом разряде характеризуется формированием диффузионноотражающих слоев, приводящих к понижению общего светового потока. Причем с увеличением структурных изменений световая отдача снижается, а это свидетельствует об уменьшении количества кластеров и увеличении количества гексагонов. Таким образом, радиолюминесцентный метод зондирования молекул воды при высокой степени разрешения регистрирующей аппаратуры (10–13 Вт/В) позволил выявить закономерность изменения сигнала радиолюминесценции в зависимости от режима обработки в поле электроискрового разряда. Качественный анализ показал, что оптическая плотность увеличивается в 2,6 раза, о чем свидетельствует увеличение радиолюминесценции, и при этом наблюдается возрастание диффузионных процессов.

Измерения концентрации водородных ионов показали, что в исходной воде, имеющей рН = 6,2, после высоковольтного электроимпульсного воздействия, количество ионов водорода возрастает, вода гидроксилируется и становится слабощелочной рН = 7,84, у растений усиливается продуктивность, повышается устойчивость к действию неблагоприятных факторов внешней среды. Целесообразность применения данной обработки подтверждается экспериментальными исследованиями, представленными в таблице 1.

Сравнительный анализ свойств воды проводился на травянистых растениях семейства мятликовых. В качестве посевной культуры использовался овес. На рис. 9 представлен график всхожести семян в зависимости от орошения водой с различной степенью обработки. Установлено, что при поливе электроактивированной водой усиливается процесс доставки элементов питания в растение тем самым повышая фотосинтетическую активную радиацию, и, как следствие, увеличивается зеленая масса.

Таблица 1 – Зависимость рН воды от уровня воздействия
высоковольтной электроискровой обработки

Рабочее напряжение, кВ рН
7 6,2 6,3 6,8 7,1 7,4 7,4 7,35
8 6,2 6,4 7 7,2 7,4 7,2 7,25
10 6,2 6,5 7,1 7,84 7,4 7,3 7,3
Количество импульсов 0 3 5 7 9 12 14

 График всхожести семян в зависимости от обработки воды для-65

Рисунок 9 – График всхожести семян в зависимости от обработки воды для полива:
1 – контрольная группа; 2, 3, 4 – орошение электроактивированной водой, обработанной высоковольтными электроискровыми разрядами соответственно 3-мя, 5-ю и 7-ю импульсами

Полевые исследования свидетельствуют об изменениях в развитии растений орошаемых водой с высокой активационной способностью. Основной полив осуществлялся в соответствии с требованиями, предъявляемыми к орошению зерновых культур. При посеве, в стадиях всхожести и колошения овса, вода предназначенная для опытной партии подвергалась воздействию высоковольтного электрического разряда. Результаты полевых испытаний показали, что вегетационный период выращивания овса посевного сократился на 23 дня, (рис. 10), а урожайность увеличилась на 55 %.

На основании вышеизложенного следует отметить перспективность использования электроактивированной воды на начальных стадиях инкубационного периода, так как полевые испытания показали высокую эффективность предлагаемого процесса орошения по сравнению с традиционным методом.

Таким образом, проведенные электрофизические методы исследования позволили вскрыть механизм воздействия предлагаемого технологического процесса обработки воды и оценить степень ее биологической активности и полезности для выращивания сельскохозяйственных культур.

Применение электроактивированной воды для орошения сельскохозяйственных культур возможно с использованием специальных трубопроводов из полиэтилена, которые сохраняют свойства электроактивированной биологически ценной воды при ультрафиолетовом воздействии.

 Динамика вегетационного периода овса посевного: 1 – орошение-66

Рисунок 10 – Динамика вегетационного периода овса посевного: 1 – орошение
необработанной водой 2 – орошение водой после электроискровой обработки

При получении трубопроводов для полива из полиэтилена низкого давления использовалось электрофизическое воздействие от линейного ускорителя электронов (ЭЛУ-4) со средней энергией электронов 2 МэВ и длиной волны 10–10 м. Использование облучения на начальной стадии формирования изделий способствовало отрыву атомов водорода от углеродных цепочек и зарождению активных центров, которые обеспечивали их сшивание в процессе последующих технологических операций по всей энергетической глубине материала.

Микроскопические исследования показали, что облучение влияет на ход химических реакций в процессе их изготовления и получения сложных пространственных структур с анизотропными свойствами рис. 11(б).

В процессе полимеризации реакционно-активные центры способствуют формированию полимерных цепей в виде тонких нитей, прочно связывающих макромолекулы. Образованные при облучении полимеры в виде объемного сеточного строения с высокой степенью упорядоченности, характеризуются повышенной деформационной устойчивостью и жесткостью. Возрастание прочности происходит благодаря появлению волокон и их взаимному переплетению (сетированию) и снижению напряжений в связующем звене (при радиационном сшивании), локализованных по концам волокон.

Рисунок 11 – Микроструктуры трубы из полиэтилена низкого давления, полученные по промышленной (а) и радиационной (б) технологиям (увеличение 2300)

При определении относительного удлинения при разрыве исследованию подвергались два вида водопроводных полиэтиленовых труб, полученных по промышленной и радиационной технологиям. Результаты экспериментов показали, что при приложении усилия в продольном направлении среднее значение силы составляло F = 118,7 кг/см2 при удлинении L = 798,8 % для промышленной технологии и F = 267,8 кг/см2 L = 945,4 % для радиационной технологии, а при поперечном разрушении F = 93,2 кг/см2 L = 645,8 % для промышленных образцов и F = 118 кг/см2 L = 713,2 % для образцов, полученных по радиационной технологии. Таким образом, волокна, скрепляясь между собой в нити различного плетения, и, кроме того, отдельные слои, переплетаясь между собой, обеспечивают формирование объемнотканной структуры с равномерным распределением нагрузки по волокнам.

 График устойчивости трубопроводов для полива к ультрафиолету-71

Рисунок 12 – График устойчивости трубопроводов для полива к ультрафиолету солнца, изготовленных по радиационной (1) и промышленной (2) технологиям

При визуальном контроле внешнего вида образцов труб полученных по различным технологиям и подвергнутых старению под воздействием ультрафиолетового облучения, у образцов, полученных по радиационной технологии, наблюдается незначительное изменение стекловидного блеска их облучаемой поверхности.

Таким образом, в результате облучения на стадии сырья в технологическом процессе получения трубопроводов для полива из полиэтилена низкого давления происходит радиационное старение по всей энергетической глубине материала, после чего готовые изделия становятся более устойчивыми к ультрафиолетовому воздействию.

Сравнительный экономический эффект от полива сельскохозяйственных культур электроактивированной биологически ценной водой на участках площадью 1 га составил 49,63 тыс. р., а срок окупаемости – 0,6 года.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработаны новые метод и технические средства для получения и применения электроактивированной биологически ценной воды.

1. Существующие технологические процессы электрофизического воздействия на воду недостаточно эффективны и не отвечают современным требованиям. Предложены новый метод получения биологически ценной воды путем воздействия на нее высоковольтным разрядом, позволяющий сократить вегетационный период выращивания овса посевного на 23 дня а урожайность увеличить на 55 %.

2. Разработаны передвижная установка высоковольтного импульсного разряда и математическая модель гидродинамических процессов, протекающих в воде при высоковольтном электрическом разряде, которая позволила установить, что динамика изменения давления, вызывающая формирование структуры воды, способствующей усилению диффузионных процессов в растениях лежит, в пределах от 27 до 28 кПа, что в импульсе составляет до 10 кВ, при подведенной мощности 10 кВт. Это предопределило установление технических требований на технические средства (установку) обработки воды высоковольтным разрядом.

3. Методом СВЧ/КВЧ спектроскопии удалось подтвердить увеличение активности воды под воздействием высоковольтного разряда и установить что на частоте 63 ГГц появляется резонансный спектр, который свидетельствует о возможности проведения технологических операций с высоким кпд.

4. Предложен метод ТРФ-топографии, обеспечивающий регистрацию информации об энтропии. Данный метод позволил определить оптимальные режимы обработки: начальное напряжение – 9 кВ, число импульсов – 7.

5. Разработан способ электрофизической обработки сырьевых материалов и готовых изделий из полиэтилена с использованием облучения от электронного линейного ускорителя (ЭЛУ-4) энергией не более 2 МэВ, применительно к промышленному производству, позволяющий при наноуровневом воздействии управляемо формировать микрохарактеристики твердого тела, что дает возможность увеличить срок эксплуатации водопроводных труб под ультрафиолетом солнца.

6. Сравнительные исследования процессов синтеза полимерных материалов, получаемых по промышленной и радиационной технологиям, показали правомочность применения разработанного метода, который позволил в готовых изделиях изменить изотропные свойства на анизотропные. Микроструктурный анализ показал, что для структур полимерных образцов, изготовленных по радиационной технологии, характерно наличие объемного сеточного строения.

7. Годовой экономический эффект от обработки сельскохозяйственных культур электроактивированной биологически ценной водой на участках площадью 1 га равен 49,63 тыс. р. при сроке окупаемости 0,6 года. Экономический эффект от использования в системе орошения трубопроводов для полива из модифицированного полиэтилена, составляет 11546 р. за один поливной сезон.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах

Статьи в сборниках научных трудов, рекомендованных ВАК РФ

1. Ажгалиев Ю.А. Влияние высоковольтного электрического разряда на структуру воды для систем орошения / Ю.А. Ажгалиев, Б.П. Чесноков, В.И. Петросян, Г.П. Ерошенко, Е.В. Чеснокова, С.А. Тужилина // Вестник СГАУ им. Н.И. Вавилова. – 2009. – № 2. – С. 41–46 (0,8/0,3 печ. л.).

2. Ажгалиев Ю.А. Радиационная модификация полимерных материалов / Ю.А. Ажгалиев, Б.П. Чесноков, А.Н. Вайцуль, Ю.А. Зайкин // Вестник СГАУ им. Н.И. Вавилова. – 2007. – № 4. – С. 20–21 (0,15/0,06 печ. л.).

3. Ажгалиев Ю.А. Влияние облучения на полимерные материалы / Б.П. Чесноков, Ю.А. Ажгалиев // Вестник СГАУ им. Н.И. Вавилова. – 2007. – № 5. – С. 68 (0,14/0,07 печ. л.).

Статьи в других изданиях

4. Ажгалиев ЮА. Очистка воды с помощью высоковольтного разряда / Б.П. Чесноков, Г.П. Ерошенко, О.В. Наумова, Ю.А. Ажгалиев // Города России: проблемы строительства, инженерного обеспечения, благоустройства и экологии: сб. материалов 6-й Межд. практ. конф. – Пенза, 2004. – С. 140–143 (0,2/0,128 печ. л.).

5. Ажгалиев Ю.А. Очистка воды для орошаемого земледелия / Б.П. Чесноков, О.В. Наумова, Ю.А. Ажгалиев, Е.В. Спиридонова // Вавиловские чтения – 2005: материалы Всерос. научно-практ. конф., посвященной 118-й годовщине со дня рождения академика Н.И. Вавилова, СГАУ. – Саратов, 2005. – С. 101–103 (0,3/0,12 печ. л.).

6. Ажгалиев Ю.А. Модификация полиэтилена низкого давления облучением / Ю.А. Ажгалиев // Проблемы энергосбережения и экологии в промышленном и жилищно-коммунальном комплексах: сб. статей 8-й Межд. научно-практ. конф. – Пенза, 2007. – С. 296–297 (0,09/0,09 печ. л.).

7. Ажгалиев Ю.А. Влияние ионизирующего излучения на свойства полимера / Ю.А. Ажгалиев, Б.П. Чесноков, А.Н. Вайцуль // Роль молодых ученых в реализации национального проекта «Развитие АПК»: сб. материалов межд. конф., ФГОУ ВПО МГАУ. – М.; 2007. – С. 121–123 (0,2/0,07 печ. л.).

8. Ажгалиев Ю.А. Электротехнологический процесс получения полимерных материалов / Б.П. Чесноков, Ю.А. Ажгалиев, Г.Г. Угаров, А.Н. Вайцуль // Вестник СГТУ. – 2007. – № 4 (29). – С. 35–39 (0,7/0,2 печ. л.).

9. Ажгалиев Ю.А. Способ получения изделий из полимеров / Б.П. Чесноков, А.Н. Вайцуль, Ю.А. Ажгалиев, Е.Г. Вашенков, Ю.А. Зайкин, Б.А. Алиев, Б.А. Тронин // Описание к патенту, заявка № 2007127531(029978).

Подписано в печать 15.10.2009. Формат 6084/16.

Печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 463.

Отпечатано в издательском центре ФГОУ ВПО МГАУ:

127550, Москва, ул. Тимирязевская, д. 58. Тел.: (495) 976-02-64.




 



<
 
2013 www.disus.ru - «Бесплатная научная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.