Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 8
Перспективы использования гидропонного способа выращивания растений в современных производственно-экологических условиях 8
Технологическое оборудование для выращивания
гидропонного зеленого корма 15
1.3. Методы и технические средства активирования
прорастания семян 21
1.4. Воздействие поля коронного разряда
и электростатического поля на семена 27
1.5. Задачи исследований 36
2. РАЗРАБОТКА ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ПОЛОЖЕНИЙ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПРОРАСТАЮЩИХ СЕМЯН В ПОСТОЯННЫХ ЭЛЕКТРИЧЕКИХ ПОЛЯХ
2.1. Разработка конструктивных параметров установки для обработки
прорастающих семян в постоянных электрических полях 38
Разработка электродной системы для электрообработки прорастающих семян 38
Исследование влияния диэлектрической проницаемости
семян на напряженность электрического поля в их слое 46
Получение аналитического выражения для начального напряжения коронного разряда при наличии слоя прорастающих семян на некоронирующем электроде 52
Выявление закономерности изменения заряда семян в зависимости от положения в электродной системе \. 56
2.2. Электрический аналог процессов прорастания в семенах 62
Поглощение воды прорастающими семенами 62
Активная электрическая схема замещения
прорастающих семян 67
2.3. Энергетическая и биологическая оценка биомассы
гидропонного зеленого корма 72
2.4. Выводы по главе 74
3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1. Методика планирования эксперимента
и обработка статистических данных 76
3.2. Методика проведения эксперимента 84
Методика определения вольт-амперных характеристик 84
Методика исследования влияния электрообработки
на отклик прорастающих семян 85
3.2.3. Методика исследования влияния электрообработки
прорастающих семян на отдачу влаги биомассой
зеленого корма 88
3.2.4. Методика измерения емкости конденсатора 88
3.3 Программа экспериментов
и экспериментальные установки 90
4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
4.1. Вольт-амперные характеристики системы электродов
«иглы на плоскости-плоскость» при размещении
на некоронирующем электроде слоя
прорастающих семян 95
4.2. Влияние электрообработки на отклик
прорастающих семян 96
4.3. Определение рациональных режимов электрообработки
прорастающих семян методом
активного планирования эксперимента 100
4.4. Влияние электрообработки прорастающих семян
на влагоотдачу зеленого корма 105
4
4.5. Выводы по главе 107
5. ОЦЕНКА ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ
ПРОИЗВОДСТВА ЗЕЛЕНОГО КОРМА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
ЭЛЕКТРООБРАБОТКИ ПРОРАСТАЮЩИХ СЕМЯН
Разработка технологической схемы производства гидропонного зеленого корма с использованием электрообработки прорастающих семян 108
Разработка установки для электробработки
прорастающих семян 118
Программа и результаты технологических испытаний 124
Экономическая оценка 128
5.5. Выводы по главе 135
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 136
НАПРАВЛЕНИЕ ДАЛЬНЕЙШИХ ИСЛЕДОВАНИЙ 139
ЛИТЕРАТУРА 140
ПРИЛОЖЕНИЯ 154
Введение к работе
Актуальность темы: Сложная экологическая обстановка в настоящее время характерна и для России, и для Челябинской области, поэтому очень важным является получение чистой продукции растениеводства, в частности, кормов для животных. При гидропонном выращивании зеленого корма появляется возможность не задействовать естественные ресурсы почвы, однако это связано со значительными энергозатратами, в связи с чем разработка средств интенсификации производства биомассы на гидропонной основе является актуальной задачей. В настоящее время установлено, что в определенных режимах воздействие на воздушно-сухие семена постоянными электрическими полями активизирует их жизнедеятельность. Однако технология гидропонного кормопроизводства предполагает использование предварительно пророщенных семян, для которых эти режимы не определены. В связи с этим определение режимов предпосевной электрообработки прорастающих семян является актуальной научной и практической задачей.
Исследования проводились в соответствии с Межведомственной координационной программой фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса Российской Федерации на 2001...2005 гг.: 01.02. «Разработать перспективную систему технологий и машин для производства продукции растениеводства и животноводства на период до 2015 г.»; 02 «Разработать новое поколение экологически безопасных ресурсосберегающих машинных технологий и создать комплекс конкурентоспособных технических средств для устойчивого производства приоритетных групп сельскохозяйственной продукции», а также планом НИР ЧГАУ на 1999...2005 годы.
Цель работы: повышение эффективности гидропонного выращивания зеленого корма путем обработки прорастающих семян в постоянных электрических полях.
Задачи исследования:
1. Установить аналитическую зависимость между начальным напряжением коронного разряда и параметрами слоя обрабатываемых семян, а также между напряженностью электростатического поля в слое прорастающих семян и их диэлектрической проницаемостью; определить закономерности изменения электрического заряда семян в межэлектродном промежутке; предложить электрическую схему замещения семян в стадии прорастания.
2. Определить влияние режимов электрообработки на отклик
прорастающих семян, получить математическую модель выхода биомассы
гидропонного зеленого корма.
Разработать экспериментальную установку, позволяющую проверить результаты теоретических исследований и испытать ее в производственных условиях для обработки прорастающих семян в постоянных электрических полях.
Разработать технологию выращивания гидропонного зеленого корма, включающую операцию электрообработки прорастающих семян.
Объект исследования: процесс выращивания зеленого корма при использовании обработки прорастающих семян в постоянных электрических полях.
Предмет исследования: закономерности изменения выхода биомассы при различных режимах обработки прорастающих семян в постоянных электрических полях.
Научная новизна основных положений, выносимых на защиту
В диссертационной работе впервые:
1. Предложена двухфазная электрообработка прорастающих семян в
постоянных электрических полях, включающая последовательное прохождение
потоком семян сначала электростатического поля, а затем поля коронного
разряда.
2. Разработана модель выхода биомассы зеленого корма при
электрообработке прорастающих семян, позволяющая определить
рациональный режим выхода биомассы с учетом:
установленной взаимосвязи напряженности электростатического поля в слое семян и их диэлектрической проницаемости;
полученных закономерностей изменения электрического заряда семян в межэлектродном промежутке;
установленной взаимосвязи между начальным напряжением коронного разряда и параметрами слоя обрабатываемых семян.
Определены вольт-амперные характеристики системы электродов «иглы на плоскости - плоскость» при размещении монослоя прорастающих семян на некоронирующем электроде, позволяющие обосновать основные рациональные параметры конструкции электроустановки.
Предложена электрическая схема замещения, отражающая внутреннюю энергетику прорастающих семян.
7 Новизна технических решений защищена двумя патентами Российской Федерации.
Практическая ценность работы и реализация ее результатов
Полученные аналитические выражения начального напряжения коронного разряда и напряженности электростатического поля, а также закономерности, отражающие взаимосвязь между электрическим зарядом семян и их расположением в рабочей зоне электродной системы «иглы на плоскости-плоскость» могут быть использованы для исследования процессов электрообработки прорастающих семян и проектирования технических средств электронно-ионной технологии.
Внедрение результатов диссертационной работы обеспечивает повышение интенсивности роста биомассы на 12...15% по сравнению с традиционным гидропонным методом выращивания зеленого корма.
Предложенная технология гидропонного выращивания зеленого корма внедрена в ОАО «Красногорское» и ОАО «Элита», где достигнуто повышение энергетической эффективности на 10...12%. Результаты теоретических и экспериментальных исследований по повышению эффективности гидропонного выращивания зеленого корма используются в учебном процессе ЧГАУ.
Апробация работы. Основные положения работы и результаты исследований были доложены и одобрены на III Международной научно-технической конференции «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве» (ГНУ Всероссийский институт электрификации сельского хозяйства, г. Москва, 2003 г.), на II Российской научно-практической конференции «Актуальные проблемы инноваций с нетрадиционными природными ресурсами и создание функциональных продуктов» (Российская академия естественных наук, г. Москва, 2003 г.) и ежегодных научно-технических конференциях в ЧГАУ (Челябинск, 1998...2005 гг.).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 14 научных работ общим объемом 7 печатных листов, в том числе два патента РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 153 страницах машинописного текста, содержит 19 таблиц , 18 рисунков , 159 наименований литературы и 27 приложений.
