Вычисление изменений температурных режимов в простейших ёмкостных охладителях молока на малых фермах

На графике видно, что с уменьшением площади сечения потока помёта в конусном питателе от 0,016 до 0,014 м2 плотность увеличивается от 550 до 640 кг/м3, при этом скорость и массовый расход остаются постоянными: и = 0,15 м/с и М=1,4 кг/с.

Вывод. В результате исследований получено дифференциальное уравнение неразрывности потока птичьего помёта при его дозировании, свидетельствующее о том, что в процессе дозирования птичьего помёта при изменении площади поперечного сечения питателя происходит пропорциональное изменение его плотности, следовательно, при неизменной скорости движения массовый расход остаётся постоянным. При неизменных

конструктивно-технологических параметрах дозатора его производительность можно регулировать путём изменения скорости потока помёта.

Литература

1. Способы внесения удобрений: сб. науч. тр. ВАСХНИЛ / под ред. В.С. Бугаевой. М.: Колос, 1976.

2. Запевалов М.В. Технология приготовления органомине-рального удобрения на основе птичьего помёта (статья) // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2011. № 5. С. 84-90.

3. Запевалов М.В. Критерий эффективности применения органоминеральных удобрений (статья) // Тракторы и сельхозмашины. 2010. № 6. С. 35-37.

4. Запевалов М.В., Запевалов С.М., Глемба К. К вопросу дозирования птичьего помёта в составе органоминеральных компонентов // Общественная научная организация «Наука и хозяйство». 2014. № 2. С. 13-19.

Вычисление изменений температурных режимов в простейших ёмкостных охладителях молока на малых фермах

В.И. Квашенников, д.т.н, профессор, В.А. Шахов, д.т.н., профессор, А.П. Козловцев, к.т.н., А.А. Панин, к.т.н., А.А. Петров, к.т.н., Г.С. Коровин, аспирант, М.И. Попова,

аспирантка, ФГБОУ ВО Оренбургский ГАУ

Сохранение полезных свойств молока, соблюдение нормативов по кислотности, количеству бактерий — важные задачи для животноводческих предприятий, решить которые возможно за счёт своевременного и качественного охлаждения. Для этих целей промышленность выпускает большое количество дорогостоящего холодильного оборудования, приобрести которое имеют возможность в основном только средние и крупные хозяйства [1].

По данным статистики, в 2014 г. более 50% молока произведено в личных подсобных и крестьянско-фермерских хозяйствах с поголовьем 1—50 гол. дойного стада. Для этих хозяйств на российском рынке практически отсутствует промышленное оборудование для охлаждения молока. Такое положение вынуждает мини-фермы с небольшим поголовьем применять для охлаждения молока простейшее оборудование — фляги, ёмкости и вёдра, которые помещают в ванны с проточной водой, бассейны со льдом, на открытые площадки в холодный период года. Положительной стороной использования естественного холода является экономия электроэнергии [2—4]. Но при таком способе охлаждения молока, как правило, есть серьёзный недостаток — отсутствие возможности определения режимов охлаждения (температура, время, скорость охлаждения). К сожалению, в литературе отсутствуют рекомендации и методики расчёта процессов охлаждения простейшими способами с использованием естественного холода. В связи с этим мы предложили исправить этот недостаток, разработав программу для вычисления

изменения температурных режимов в рассматриваемых системах охлаждения [5, 6], что стало целью исследования.

Методы исследования. При составлении программы руководствовались методами классической механики, гидравлики, гидро- и ледотермики, математического и компьютерного моделирования. Результаты исследований обрабатывали в соответствии с общепринятыми методиками планирования многофакторного эксперимента с использованием программных продуктов Microsoft Excel, Math CAD 10, Statistica 10.

Результаты исследования. Исходя из законов тепломассообменных процессов логично предположить, что при размещении ёмкостей с охлаждаемыми продуктами в ограниченной охлаждающей среде температура продуктов будет уменьшаться, а температура среды увеличиваться. Этот процесс будет длиться до тех пор, пока температура всех продуктов и температура охлаждающей среды не уравняются, остановившись на какой-то общей, единой для всех, величине. Назовём эту температура равновесной.

При ограниченных массах хладоносителя и охлаждаемых продуктов в процессе теплообмена температура хладоносителя повышается, а продуктов уменьшается. Этот процесс идёт непрерывно до тех пор, пока не установится равновесная температура. При графическом изображении процесса температуры охлаждаемых продуктов и нагреваемой воды по экспоненциальной кривой стремятся к равновесному значению Тр (рис. 1) [7].

Наглядное представление характера изменения температуры охлаждаемого продукта и хладоносите-ля даёт графическое изображение процесса. Однако для построения графиков изменения температуры требуется очень большой объём вычислительных

Рис. 1 - График изменения температуры продукта и хладоносителя при теплопередаче через стенку:

Тн пр - начальная температура продукта; Тнхл - начальная температура хладоносителя; Тр - равновесная температура

В Фляжный охладитель. Сорупд№ (С) 2014. Квашенников В.И., Коэловцен А.П., Солдатов В.Г. [- |[п|[х"|

Рис. 2 - Расчёт длительности охлаждения одного продукта до данной температуры

Рис. 3 - Расчёт длительности охлаждения каждого из трёх продуктов до данной температуры

Рис. 4 - Расчёт численного значения температуры про- Рис. 5 - Расчёт численного значения температуры дукта и хладоносителя и разности температур одного из трёх продуктов за заданное время

продукта и хладоносителя в функции времени

работ. Для механизации вычислительных операций в описанных и им подобных схемах охлаждения жидкотекучих продуктов (молоко, сок, квас) во фляжном охладителе на кафедре «МТП в АПК» Оренбургского ГАУ разработана программа (рис. 2—5) для ЭВМ «Фляжный охладитель» [8]. Программа «Фляжный охладитель» написана на языке Free Pascal. Программа предназначена для технологических расчётов охлаждения жидких пищевых продуктов, расфасованных в ёмкостях.

Программа позволяет решать как прямые, так и обратные задачи охлаждения, строит график зависимости текущих температур от времени.

Исходя из вышеизложенного можно сделать вывод, что создание рекомендаций и методик расчёта процессов охлаждения молочных продуктов с использованием естественного холода позволит улучшить процесс охлаждения молока и тем самым повысить прибыль от реализации данной продукции.

Литература

1. Квашенников В.И., Козловцев А.П., Панин А.А. Инновационный метод охлаждения сельскохозяйственной про-

дукции // Матер. XVI Междунар. симпоз. по машинному доению сельскохозяйственных животных. Минск: НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства, 2012. 383 с.

2. Савин И.К. Система охлаждения с использованием естественного холода // Труды Петрозаводского университета. Петрозаводск, 2005. 264 с.

3. Козловцев А.П. Терминология при производстве и эксплуатации ледогенераторов / А.П. Козловцев, В.И. Квашеннико,

A.А. Панин, В.А. Шахов, Г.С. Коровин // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2014. № 2.

4. Панин А.А., Козловцев А.П., Квашенников В.И. Энергосберегающий метод охлаждения молочной продукции. Оренбург: Издательский центр О1АУ, 2013.

5. Патент на изобретение 2014115170/13(023678), 2015. Хранилище для пищевых продуктов с аккумулированием холода /

B.И. Квашенников, В.А. Шахов, А.П. Козловцев, А.А. Панин, И.В. Герасименко, Г.С. Коровин; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный аграрный университет». Опуб. бюл. № 08, 2015.

6. Положительное решение на выдачу патента на изобретение по заявке № 1 № 2014121902 РФ. Термосифон с термонасадкой / В.И. Квашенников, В.А. Шахов, А.П. Козловцев, А.А. Панин, И.В. Герасименко, Г.С. Коровин; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный аграрный университет».

7. Квашенников В.И. Энергосберегающая технология заготовки естественного льда на молочных фермах / В.И. Квашенников, В.А. Шахов, А.П. Козловцев, Г.С. Коровин, Н.П. Крючин // Научное обозрение. 2015. № 4.

8. Фляжный охладитель. Свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2014617152 / Квашенников В.И., Коровин Г.С., Солдатов В.Г.

Функционирование теплиц в условиях Оренбургской области

И.А. Рахимжанова, к.с.-х.н, М.Б. Фомин, преподаватель, Е.А. Дубовсков, магистрант, Э.А. Нигматов, магистрант, В.В. Кононец, студент, ФГБОУ ВО Оренбургский ГАУ

Важнейшей задачей сельскохозяйственного производства в современных условиях импорто-замещения является равномерное круглогодичное обеспечение населения продуктами питания, в том числе свежими овощами и фруктами. В связи с тем, что в условиях сурового климата Оренбургской области круглогодичное выращивание продукции на открытом грунте невозможно, необходимо разработать технологии, обеспечивающие население продукцией растениеводства в течение года. Для решения указанной задачи около 25% всех производимых овощей должны выращиваться в утеплённом грунте, парниках и теплицах [1].

Теплицы являются основным малогабаритным строением для выращивания продукции, поддержания температурных условий, которые в летний период обеспечиваются за счёт солнечной инсоляции, а в зимний — комбинированным способом с привлечением центральной системы отопления в процессе сгорания органического топлива [2] (рис. 1).

Проблемой поддержания работоспособного состояния теплиц с использованием солнечной энергии занимались отечественные и зарубежные учёные Р.Б. Байрамов, Л.Е. Рыбакова, Ю.Н. Якубов,

А.Б. Вардияшвили, А.А. Палей, М.А. Васильева и др. Однако на сегодняшний день не решена задача дисбаланса энергетического объёма, потребляемого тепличным комплексом, связанного с сезонной сменяемостью климатических показателей.

Современный резко континентальный климат Оренбургской области представляет собой быстрое изменение климатических условий с холодных на жаркие и, наоборот, перепад температур при летней и зимней сменяемости достигает 80°C [3]. Отличительной чертой функционирования технической системы по культивации продукции растениеводства в этих условиях является сезонное распределение энергетических ресурсов, максимальное потребление которых приходится на зимний период, и аккумулирование в летний, т.е. «затенение» (ликвидация чрезмерного теплового влияния) летом и резервирование избытка энергии для отопления зимой.

Существуют различные технологии по сбору и аккумулированию энергии [3], но одной из перспективных для условий Оренбуржья является использование солнечного теплового коллектора и аккумулятора теплоты, работой которых управляет автоматическая система, анализирующая микроклиматические параметры функционирования теплицы (рис. 2).

Известно несколько видов солнечных коллекторов, но основными являются плоские коллекторы