Содержание к диссертации
Введение
1. Экологическая устойчивость агроэкосистем и анализ факторов, её определяющих 11
1.1. Экологические системы и критерии оценки их функционирования 11
1.2. Влияние температуры среды и освещённости на устойчивость экосистем 17
1.3. Влияние видового многообразия на устойчивость экосистем 19
1.4. Влияние влаго- и воздухообеспеченности почвы на устойчивость экосистем 20
1.5. Энергетическая оценка антропогенных факторов экологической устойчивости 21
1.6. Перспективы применения электрокинетики в агропроизводст ве 27
1.7. Особенности электрокинетической обработки влажных дисперсных материалов агропроизводства 40
1.8. Необходимость снижения энергозатрат на электрокинетический энергомассоперенос 41
1.9. Пути снижения энергозатрат на электрокинетический энергомассоперенос 1.10. Оценка проблемной ситуации и формулировка проблемы 47
1.11. Выбор объекта и предмета исследований 49
1.12. Цель и задачи исследований 50
2. Электрокинетика как альтернативная технологическая операция при создании устойчивых агро экосистем и экологически чистых технологий 52
2.1 .Теоретические основы электрокинетики 52
2.2. Анализ энергетического баланса процесса электрокинетического массопереноса и преобразования энергии 64
2.3.Исследование энергетического баланса процесса методом анализа размерностей 85
2.4.Предпосылки снижения энергозатрат на электрокинетический массоперенос при наложении знакопеременных энергетических полей 87
2.5.Предпосылки повышения энергетической эффективности процесса преобразования энергии при наложении знакопеременных энергетических полей 98
3. Методологические аспекты применения электро кинетики в агропроизводстве и методики определения рациональных параметров 100
3.1. Методологические аспекты применения электрокинетики в агропроизводстве и переработке сельхозпродукции 100
3.2. Методика определения рациональных параметров электрокинетической обработки навоза 106
3.3. Методика исследования влияния различных факторов на энергомассоперенос в мол очно-белковых сгустках 127
3.4. Методика исследования влияния различных факторов на энергомассоперенос при электроосмотическом обезвоживании древесины 130
3.5. Методика исследования влияния различных факторов на энергомассоперенос при электрокинетическом нагнетании воздуха 130
3.6. Методика исследования влияния тока коронного разряда на всхожесть и энергию прорастания семян при предпосевной их обработке 137
4. Энергозатраты при электрокинетическом энергомассопереносе 152
4.1 Результаты исследования влияния различных факторов на энергозатраты при электроосмотическом обезвоживании навоза крупного рогатого скота и свиней 152
4.2. Результаты исследования влияния различных факторов на энергозатраты при электроосмотическом обезвоживании творога 186
4.3. Результаты исследования влияния различных факторов на энергозатраты при электроосмотическом обезвоживании древесины... 197
4.4. Результаты исследования влияния тока коронного разряда на повышение всхожести и энергии прорастания семян при предпосевной обработке 200
5. Анализ результатов исследований .217
5.1. Анализ факторов определяющих экологическую устойчивость агроэкосистем 217
5.2. Системный анализ энергетического баланса процесса электрокинетического энергомассопереноса 218
5.3. Методологические аспекты и методические особенности 219
5.4. Анализ результатов экспериментальных исследований 220
5.5. Система взаимодействий при электрокинетическом энерго-массопереносе 221
6. Внедрение электрокинетики в производство и функционально-стоимостной анализ предлагаемых технологий 225
6.1. Система электроосмотического обезвоживания навоза крупного рогатого скота 225
6.2. Методика расчёта источника электропитания для электроосмотического обезвоживания навоза 226
6.3. Описание конструкции «нормализатора» 227
6.4. Методика и результаты производственных испытаний «нормализатора» 233
6.5. Результаты производственной проверки машины для пред посевной обработки семян зерновых культур электрическим , током коронного разряда : 237
6.6. Результаты производственной проверки системы электроосмотического обезвоживания древесины 237
6.7. Использование результатов работы в учебном процессе 238
6.8.Функционально-стоимостной анализ систем электрокинетики 238
7. Основные выводы и заключение 253
8. Литература 257
9. Приложения 279
- Влияние температуры среды и освещённости на устойчивость экосистем
- Анализ энергетического баланса процесса электрокинетического массопереноса и преобразования энергии
- Методика определения рациональных параметров электрокинетической обработки навоза
- Результаты исследования влияния различных факторов на энергозатраты при электроосмотическом обезвоживании творога
Введение к работе
Надёжное снабжение страны продовольствием и сельскохозяйственным сырьём является важнейшей задачей аграрной политики правительства РФ и региональных структур управления в современных условиях. Важнейшую роль при этом играют вопросы экологической устойчивости агропроизводства и энергетической эффективности.
Для осуществления вышеназванных принципов необходимо не только достижение устойчивого роста сельскохозяйственного и перерабатывающего производства, надёжное обеспечение страны продуктами питания и сельскохозяйственным сырьём, объединение усилий всех отраслей комплекса для получения высоких конечных результатов, но и обеспечение экологической чистоты производства.
Сушка и обезвоживание влажных дисперсных материалов в нашей стране и в мировой практике рассматриваются как один из основных способов заготовки сельхозпродукции впрок и переработки отходов агропромышленного комплекса. Учитывая, что мир сложен и состоит из объектных реальностей микро-, мезо- и макроуровней, а также то, что создаваемые человечеством элементы «второй природы» являются в конечном итоге лишь моделями природных систем, можно утверждать, что обезвоживаемые материалы являются системами предметов (на микроуровне) и предметами в системе (на мезо- и макроуровне) и необходимо при решении вопроса об обезвоживании рассматривать не один аспект проблемы, не один уровень, а по возможности их систему. Диалектику познания организма, как «высшего единства» [297] можно с успехом экстраполировать и на познание элементов «второй природы», являющихся системами элементов природы натуральной.
Работа является продолжением исследований в области электрокинетики, проводимых с 1982г. автором [203], и посвящена изысканию путей снижения энергозатрат на электрокинетический энергомассоперенос в дисперсных материалах агропроизводства, который может быть альтернативой традицион ным технологиям. Автор обобщил и систематизировал имеющиеся данные не только в РФ, но и в зарубежных странах о применении электрокинетики для обработки влажных дисперсных материалов, о её роли в природных и искусственных экосистемах, о попытках повышения производительности процесса и снижения энергозатрат, проанализировал физическую картину процесса на микро- и макроуровне, систематизировал имеющиеся в литературе сведения о физических явлениях, имеющих место в дисперсных материалах при наложении на них электрического поля.
До настоящего времени при описании явлений электрокинетики в технологических процессах исследователи пользовались теорией, описывающей процесс в неограниченных объёмах, что позволяло значительно упростить математическое описание. Но при работе с ограниченными объёмами, имеющими место при практической реализации, полученные уравнения неадекватно отражали процесс, так как описывали его в статике, что говорит о нарушениях системного порядка. В данной работе приведен большой объём экспериментальной информации о зависимости характеристик дисперсных материалов, в частности удельных энергозатрат, от ряда электрофизических воздействий, исследован процесс электрокинетического разделения дисперсного материала при наложении на него сопутствующих явлений и процессов, выявлены эффективные способы снижения энергозатрат. При этом предложены отличающиеся от известных: энергетический баланс процесса и энергетическая диаграмма, зависимость удельных энергозатрат не только от величины действующих факторов, но и от длительности их наложения, методика исследования процесса разделения, основанная на критерии оценки по удельным энергозатратам на единицу массы выделенной дисперсионной среды или твёрдой фракции, методика расчёта электрокинетических устройств с использованием коэффициента удельных энергозатрат.
На основе теорий электрокинетических явлений и тепломассопереноса развита идея об использовании релаксационных явлений ионной атмосферы дисперсной частицы и тепловлажностных полей в объёме материала для снижения энергозатрат на отрыв дисперсионной среды или массоперенос дисперсной частицы в газовой среде.
Заметное место в работе отведено разработке схемы источника электропитания для электроосмотической технологии. Предложены варианты для обезвоживания материалов в течение короткого времени при больших напря-жённостях электрического поля и для обезвоживания в течение длительного времени. Рассмотрены вопросы теории и практики применения электрокинетики в технологиях с воздушными дисперсиями - предпосевная обработка семян током коронного разряда и электрокинетическое побуждение воздуха.
Большое внимание уделено методике и системному анализу результатов лабораторных опытов по определению удельных энергозатрат и коэффициента электроосмоса и выявлению оптимальных режимов работы с точки зрения минимума энергозатрат и максимума прочих критериев оптимизации. Новизна ряда предложенных режимов работы и устройств, позволяющих снизить энергозатраты на процесс, защищена авторскими свидетельствами и патентами на изобретения [23, 73, 76-77, 181-186, 188, 191, 193-195, 198,206,209-210,253].
Работа выполнялась в соответствии с планом научно-исследовательских работ СибНИПТИЖа по заданию ГКНТ СССР О.СХ. 102.01.01 «Усовершенствовать существующие и разработать новые технические средства для комплексной механизации и автоматизации производственных процессов на фермах и комплексах для крупного рогатого скота», планом научно-исследовательских работ СибИМЭ и заданием ГКНТ СССР №0.51.13.01.08.Д «Разработать и ввести в действие рекомендации по замене жидкого топлива на электроэнергию в стационарных технологических процессах» Раздел 2, заданием Президиума СО РАСХН Д5.02. «Обосновать технологию и параметры системы электроосмотического обезвоживания навоза с использованием возобновляющихся источников энергии», заданием 08.02. «Разработать теоретические основы построения систем энергообеспечения всех типов сельских товаропроизводителей на основе оптимального сочетания традиционных и альтернативных источников энергии, методику и технические средства электрофизического воз действия на биологические объекты» и планом научно-исследовательских работ СибНИПТИП 10-42/90 «Исследование электрокинетических свойств мо-лочно-белкового сгустка» и др.
Результаты исследований положены в основу разработки экспериментального «Активного фильтра» проект ОПКТБ СибНИПТИЖа Н77-00.00.000, в конструкции которого заложены три изобретения [76, 182, 185]. «Активный фильтр» использовался в учхозе «Тулинский» Новосибирской области. Результаты исследования предпосевной обработки семян током коронного разряда положены в основу создания «Машины для предпосевной обработки семян», защищенной патентом на изобретение [195]. Результаты исследования процесса электроосмотического обезвоживания древесины [210-211] положены в основу создания системы электроосмотической сушки древесины, испытанной в условиях мебельного производства. Кроме того, результаты исследования используются в курсе «Системный анализ» при обучении студентов НГАУ по специальности «Стандартизация, метрология и сертификация».
На защиту выносятся:
1) Физическая картина энергетических и продукционных процессов, происходящих в природных и антропогенных экосистемах в свете гипотезы о парных и тройных взаимодействиях основных факторов, их влиянии на устойчивость экосистем и энергетическую эффективность, а также роли антропогенной энергии и видового многообразия системы в общей картине явлений.
2) Физическая картина системы явлений и процессов, сопровождающих электрокинетический процесс, энергетический баланс процесса, энергетическая диаграмма.
3) Физическая картина явления повышения всхожести и энергии прорастания семян при обезвреживании их электрическим током коронного разряда, способ и технические средства для предпосевной обработки семян зерновых культур током коронного разряда с учётом эффектов "диэлектрической лин зы", электрострикции и термической стерилизации спор патогенной микрофлоры.
4) Метод оценки процесса энергомасс_опереноса по критерию удельные энергозатраты на перенос жидкой фазы.
5) Шкала параметрических базисов объектов энергомассопереноса, учитывающая системную иерархию, как по характерному линейному размеру, так и по времени релаксации потенциальных энергетических полей.
6) Классификации электрокинетических явлений и дисперсных систем по величине частиц дисперсной фазы и по агрегатному состоянию компонентов системы, способов электрокинетического энергомассопереноса по характерным параметрам объектов.
7) Способ электроосмотического обезвоживания влажных дисперсных материалов переменным асимметричным током, физическая картина релаксационных явлений ионной атмосферы "макроиона" - дисперсной частицы в переменном асимметричном электрическом поле, зависимость влажности материала от количества электричества и коэффициента выпрямления асимметричного напряжения в процессе электроосмотического обезвоживания.
8) Способ электроосмотического обезвоживания влажных дисперсных материалов с введением в материал подстилающих слоев или диэлектрических капиллярных вставок — "диэлектрических линз", физическая картина ускорения процесса электроосмотического массопереноса дисперсионной среды и зависимость удельных энергозатрат от относительной толщины подстилающего слоя и дисперсности его частиц при введении "диэлектрических линз".
9) Способ электроосмотического обезвоживания влажных дисперсных материалов "бегущим импульсом", физическая картина релаксационных явлений тепловлажностных полей в массе материала при зависимости удельных энергозатрат от относительной величины тока переключения.
10) Способ электроосмотического обезвоживания влажных дисперсных материалов в повторно-кратковременном режиме электропитания, физическая картина релаксационных явлений тепловлажностных полей в массе материала и зависимость удельных энергозатрат от напряжённости электрического поля, длительности и скважности импульсов электропитания при повторно-кратко временном режиме.
Влияние температуры среды и освещённости на устойчивость экосистем
Биогеоценоз - это совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горных пород, растительмости, животного мира, мира микроорганизмов, почвы и гидрологических условий) имеющих свою особую специфику.
Основа существования всего живого как в биосфере, в биогеоценозах, так и в агроценозах - поток солнечной энергии и круговорот химических элементов.
Поток солнечной энергии, как это известно [29, 30], обеспечивает в природе не только нагревание объектов окружающей среды и подачу фотосинтети-чески активной радиации (ФАР) для жизнедеятельности автотрофных организмов [244], но и круговорот химических элементов за счёт энергии части спектра солнечного излучения, напрямую не воздействующего на фотосинтетический аппарат растений, но способствующий тепломассопереносу в окружающей среде.
Общеизвестно, что освещённость солнечными лучами зависит, прежде всего, от географической широты ценоза, определяющей за счёт угла наклона земной оси по отношению к плоскости околосолнечной орбиты Земли в течение годового цикла и приход солнечной энергии на поверхность Земли и среднегодовую температуру. В то же время известно, что каждому значению облучённости соответствует своё оптимальное значение температуры, при котором растения наиболее полно используют (при прочих равных условиях) энергию оптического излучения на фотосинтез и формирование продуктивности [244, 245].
Если говорить об агроценозах, то следует иметь в виду, что агроценозы это прежде всего объекты второй природы - создания человека несмотря на то, что они вовлекают в свои кругообороты часть глобальной экосистемы. Началом начал всего сельского хозяйства служит электромагнитная энергия оптического излучения, которую земные организмы включают в кругооборот жизненных процессов. Она составляет 98% общей энергии, которая преобразуется растениями в энергию, самую ценную для человечества, сконцентрированную в хи-рально чистом веществе фитопродукции. Остальные 2% приходятся на машины, моторы, орудия, топливо, производство минеральных удобрений, обработку и мелиорацию полей. Если учесть, что в каждую секунду поверхности Земли достигает около 20 триллионов ккал солнечной энергии, а человечество ценой колоссальных усилий ежегодно добывает 6 млрд т условного топлива (1 т условного топлива эквивалентна 7 10 ккал), то окажется, что в общепланетном масштабе это всего лишь 30 мин солнечной5 радиации, приходящей на поверхность Земли. Таким образом, главным фактором, обеспечивающим получение фитопродукции, и естественно, устойчивое функционирование всех составляющих биогеоценоза, является приход солнечной радиации. Влияние человека на биогеосистему невелико, хотя локально и зачастую приводит к локальным экологическим катастрофам либо к увеличению фитопродуктивности, что достигается необходимостью увеличения затрат, локально антропогенной энергии, в некоторых технологиях она достигает 10 % от энергии, аккумулированной в урожае.
Гипотеза о большей устойчивости более сложных сообществ не нова [30, 324], причём люди древности это понимали и использовали данный принцип для повышения урожайности: цивилизации Китая в Азии и Майя в Америке.
Чем сложнее построена система, сложенная из растений и животных, тем лучше она противостоит неблагоприятным воздействиям, тем она устойчивее, однако структура биологической системы (набор видов), для эластичных сообществ не является признаком устойчивости. Структура - одна из меняющихся величин вследствие возможности замены одних видов другими. Вероятно, фактором устойчивости является численность видов. Экологи считают, что устойчиво может существовать только экосистема, имеется в виду природная, в которой более двадцати видов. Когда речь заходит об агроценозах, то ряд авторов считают достаточным набор видов 5-7 единиц [319, 352].
Причина, видимо, кроется в давлении на сообщество из внешней по отношению к экосистеме среды. Чем больше растительных видов, животных одного вида в популяции, чем больше суммарное количество видов в сообществе, тем равномернее распределяется между ними внешняя нагрузка, «причём давление на каждую единицу обратно пропорционально числу единиц».
Отсюда понятно, что обеднение структуры агробиоценозов ведёт к тому, что они, несмотря на постоянную заботу человека, теряют способность к саморегуляции, становятся неустойчивыми. Без постоянной помощи человека агро-биоценозы теряют равновесие.
Устойчивость естественных биогеоценозов к изменению внешних условий и нарушению баланса отдельных популяций в его составе объясняется сложностью структуры этих сообществ.
В связи с тем, что уже сегодня пашни и пастбища занимают около 30% суши и процесс «окультуривания» планеты продолжается, несмотря на малый вклад человечества в энергетику глобальной экосистемы возникает угроза устойчивости её со стороны монокультурных агротехнологий.
Анализ энергетического баланса процесса электрокинетического массопереноса и преобразования энергии
Впервые аналитическая зависимость для энергетики процесса электроосмоса была предложена Рельтовым Б.Ф. [230]. Критерием оптимизации Рельтов предложил считать коэффициент электроосмоса по току, который представляет собой производительность в м3/А с. При этом коэффициент электроосмоса по току пропорционален электрокинетическому потенциалу дисперсной фазы, диэлектрической постоянной дисперсионной среды и обратно пропорционален удельной электропроводности и коэффициенту вязкости жидкой фазы. Таким образом, были учтены затраты энергии на преодоление сил электростатического притяжения - электроосмотических, потери энергии на электронагрев жидкой фазы и потери энергии на преодоление сил сопротивления трения жидкости.
Позднее В.А.Зуевым и В.С.Парфёновым был предложен уточнённый механизм процесса [103], учитывающий сильї электроосмоса, фильтрации, влагопроводности, осмоса, термовлагопроводности. В то же время, считая силы влагопроводности, осмоса и термовлагопроводности незначительными по сравнению с силами электроосмоса и пьезометрического напора Зуев В.А. и Парфёнов B.C. утверждают, что ими можно пренебречь, что на наш взгляд не совсем соответствует физике явления. Упоминание проф. Ломизе Г.М. о заанодном эффекте [134] указывает на использование именно явления влагопроводности для увеличения энергетической эффективности процесса. Воюцкий С.С. [51] показывает, что концентрация электролитов в растворе, а следовательно, и силы осмоса значительно влияют на энергетику процесса, причём как положительно, так и отрицательно, особенно это заметно при электроосмотическом рассолении солонцов [36, 116, 39, 309]. Пренебрежение термовлагопроводностью возможно в системах неограниченного объёма, где имеют место подвод влаги в анодную область и отсутствие разницы температур между анодной и катодной областями [134, 239]. Практика же показывает, что в сельскохозяйственном производстве имеют место замкнутые объёмы влажных материалов, и неизбежно возникает градиент температурного поля и, следовательно, термовлагопро-водность [167, 196]. Поэтому при оценке энергетики процесса в реальных производственных условиях учитывать влияние попутных процессов необходимо.
В общем случае движение влаги в дисперсном материале можно выразить суммой ряда составляющих, каждая из которых показывает влияние того или иного фактора на электрокинетический энергомассоперенос (в данном случае электроосмос). При независимом действии этих факторов на энергозатраты при электроосмосе: Графическая интерпретация энергетического баланса представлена на энергетической диаграмме (рис.2.4.). Удельные энергозатраты зависят от каждого члена уравнения. Из перечисленных явлений и процессов лишь некоторые выполняют полезную работу, например, электроосмос, термовлагопроводность, прочие являются паразитными.
Исходя из анализа физики паразитных процессов, предлагается следующая рабочая гипотеза: а) физические процессы: потери пьезометрического напора, влагопровод ности, осмоса оказывают влияние на энергетику обезвоживания, но выделить их эффекты очень сложно; б) паразитные электрические процессы вносят решающий вклад в сум марные потери энергии; в) для устранения влияния паразитных электрических процессов на энер гозатраты достаточно заменить обработку постоянным электрическим током на обработку другими видами электрической энергии, т.е. изменить параметры электроэнергии.
Методика определения рациональных параметров электрокинетической обработки навоза
Первые количественные исследования электроосмоса были выполнены Видеманном в 1852 г. Он показал, что объёмная скорость V - электроосмоса пропорциональна силе тока / при прочих фиксированных параметрах, а отношение V JI не зависит от площади сечения и толщины диафрагмы [287]. Первой количественной характеристикой процесса стала объёмная скорость, показывающая по Ломизе [135] расход электроосмотически перенесённой воды, отнесённый к единице общего сечения обезвоживаемого материала, занятого скелетом и порами. Выражается скорость в метрах в секунду (м/сек). По мере углубления знаний в области коллоидной химии и дисперсных систем приняли за основной показатель электрокинетических свойств материала д — -потенциал [51] (Гельмгольц и Перрен), измеряемый в вольтах (В). Этот показатель отражает суть физических явлений, но на практике неудобен, так как для своего определения требует точных измерений диэлектрической проницаемости и вязкости.
В 1940 г. Б.Ф.Рельтов предложил для определения эффективности процесса ввести новый показатель - коэффициент электроосмоса - К [230]. Коэффициент электроосмоса определяет собой влияние твёрдого и жидкого компонентов на объёмную скорость электроосмоса и равен фиктивной скорости движения воды под действием внешнего электрического поля при напряжённости поля Е (В/см). Величина коэффициента определяется как:
К является, во первых, коэффициентом пропорциональности между V и Е, и во вторых, характеристикой интегральной:
В то же время он является характеристикой вспомогательной для определения объёмной скорости. Дальнейшее развитие это получило в коэффициенте электроосмоса по току - К . (м3/Ахс), предложенном Зиангировым Р.С. [99, 100]. В отличие от К он является коэффициентом пропорциональности между V объёмной скоростью и 7 - плотностью тока:
Коэффициент электроосмоса связан с коэффициентом электроосмоса по току зависимостью: bгде у - удельная электропроводность обрабатываемого материала, Ом" хм" .
Оба эти коэффициента дают возможность при проектировании определить выход по жидкости при работе на постоянном токе и затраты электроэнергии в ампер-секундах, задавшись необходимым объёмом воды. Но при работе на переменном или на переменном асимметричном токе это затруднительно.
В связи с необходимостью производства работ на переменном асимметричном токе возникла необходимость энергетической оценки процесса не традиционными коэффициентами - К . и V , а характеристикой, учитывающей всю затраченную электроэнергию. Было предложено оценивать энергетическую эффективность в удельных энергозатратах на выделение жидкости [185, 192, 220]: где W - количество электроэнергии, затраченной на процесс обезвоживания, кВтхч; М - масса выделенной электроосмотическим давлением воды, кг. Возможна также оценка в удельной мощности: где Т - время обработки, ч.
Позднее такую же систему оценки энергетики процесса принял Локарт [334, 335]. Преимущество принятой нами системы оценки заключается в том, что зная удельные энергозатраты и задавшись необходимой глубиной обезвоживания и временем обработки, легко рассчитать необходимую мощность и рабочий ток установки.
Анализ методов исследования процесса электроосмотического обезвоживания материалов Фундаментальные исследования в области электро кинетических явлений предопределили и метод исследований. Метод исследования количественных характеристик по схеме Перрена [51] предусматривает измерение - потенциала исследуемого дисперсного материала в приборе, представляющем собой U - образную трубку, в среднюю часть которой набивают исследуемый порошок, в оба боковых колена вставлены электроды, а к одному колену трубки присоединена капиллярная прокалиброванная трубка, служащая для измерения объёмно-го расхода жидкости. Для того, чтобы определить значение -потенциала, следует экспериментально определить объём жидкости, перенесённой через капилляр или пористую мембрану, удельную электропроводность раствора и силу тока, при которой проводился электроосмотический массоперенос. Остальные величины берут из справочников. Вычисление - потенциала производят по формуле
Результаты исследования влияния различных факторов на энергозатраты при электроосмотическом обезвоживании творога
Для подтверждения гипотезы о сгущении силовых линий электрического поля в объёме спор патогенных грибов и стерилизации спор термическим действием тока коронного разряда (п.3.6) были определены следующие параметры: вольтамперная характеристика разрядных промежутков с плоскими и с игольчатыми электродами, зависимость всхожести и темпа роста семян ячменя при электрокоронной обработке, а также проведён микологический анализ. Вольтамперные характеристики представлены на рис.4.27 и 4.28.
Первый взгляд на вольтамперные характеристики новой камеры с плоскими электродами (рис 4.27) и предыдущей конструкции [195, 208] с игольчатыми электродами (рис. 4.28) говорит специалисту, что плотность тока в камере с игольчатыми электродами в 40-50 раз выше, чем в камере с плоскими электродами при той же напряжённости электрического поля. Диапазон устойчивого коронного разряда для камер с плоскими электродами лежит в пределах 500-600 кВ/м, а для камер с игольчатыми электродами - в пределах 400-500 кВ/м. Это связано с краевыми эффектами и объясняется взаимным подавлением близко происходящих коронных разрядов - эффект известен в технике пылега-зоочистки [129].
Крутизна характеристик однозначно говорит о преобладании зажигания коронного разряда на заострённых элементах. В камере с игольчатыми электродами это зависимости 1 и 3, которые указывают на «отрицательную» корону сначала с пыли, семян и спор находящихся на осадительном электроде (так называемая встречная корона). Отрицательная корона легче зажигается (общеизвестный факт) за счёт меньшей массы носителя электрического заряда (электрон по массе меньше альфа-частицы или положительного аэроиона в тысячи раз), начало короны при Е=200-300 кВ/м. Затем развивается собственно положительная корона, которая зажигается при Е=400-500 кВ/м и имеет пологий наклон характеристики. При отрицательной полярности противолежащего игольчатого электрода имеет место, как и в предыдущем случае, сначала отрицательнал «корона» с семян и спор при Е=200-300 кВ/м, а затем отрицательная с игл противолежащего электрода при Е=400-500 кВ/м, в этом случае характер кривых более крутой - процесс почти лавинообразный, что соответствует физике процесса.
В камере с плоскими электродами (рис А.27) при отрицательно заряженном противолежащем плоском электроде (кривые 1 и 3) крутизна характеристики и начало зажигания «короны» (Е=200-300 кВ/м) однозначно говорят о том, что имеет место положительная «корона» с семян и спор на осадительном электроде, при положительно заряженном противолежащем электроде (зависимости 2 и 4) крутизна характеристик говорит об явно отрицательной «короне» с семян и спор. Всё вышеизложенное однозначно свидетельствует о возможности коронного разряда именно с «игл» - семян и спор.
В соответствии с методикой (п.3,6) было проведено исследование всхожести и темпа роста ячменя сорта «Ача» урожая 1998 года. Экспериментальные и расчётные данные сведены в табл.4.8, графические модели темпа роста приведены на рис.4.29 и темпа развития на рис.4.30, Условные обозначения табл. 4.8:
Анализ проведён по результатам экспериментов 1999 г. Регрессионный и корреляционный анализы проведены по стандартной программе SNEDEKOR, при этом за функцию отклика принят относительный прирост всхожести по сравнению с контролем. Действующими факторами являются:
Решение включить в регрессионный анализ степень подавления только гриба Bipolaris вызвано тем, что только этот гриб явно реагирует на параметры электрического поля (табл.4.10). Для объяснения этого феномена следует обратиться к физическим характеристикам спор грибов [216, 217], вовлечённых в физический процесс (табл.4.9). Отсутствие влияния на другие грибы тока коронного разряда в указанном году объясняется сухой жаркой осенью 1999 г, вследствие чего споры этих грибов накопили значительное количество меланина [94, 139] и приобрели соответствующую резистентность к различного вида излучениям. Bipolaris же вследствие своей формы тела в разрядном промежутке под действием пондеромоторных сил электрического поля принудительно вращается и приобретает ориентацию вдоль силовых линий электрического поля (этот эффект электрострикции известен в технике электросепарации [298]), замыкая таким образом электрическую цепь через свои тела.
Уравнение регрессии для прироста всхожести при обработке семян ячменя в камере с плоскими электродами имеет вид:
Уравнение регрессии для прироста всхожести при обработке семян ячменя в камере с игольчатым противолежащим электродом имеет вид:
Сравнительный анализ данных говорит о том, что в камере с плоскими электродами есть явная корреляция подавления жизнеспособности патогенной микрофлоры и прироста всхожести, что подтверждает основную гипотезу данной работы. Эффект почти не зависит от напряжённости электрического поля и длительности экспозиции. В камере с игольчатыми электродами в то же время дополнительно оказывает влияние и напряжённость электрического поля.
