Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследования 8
1.1 Применение теории подобия и моделирования 8
1.2 Применение омагниченной воды для полива растений 32
1.3 Краткий обзор конструкций существующих аппаратов магнитной обработки воды (АМОВ) 43
1.4 Рабочая гипотеза и задачи исследования 50
Выводы 50
2 Описание конструкции аппарата магнитной обработки воды 52
Выводы 61
3 Нелинейное подобие ряда амов в статических режимах 62
3.1 Геометрическое подобие ряда АМОВ 62
3.2 Электромагнитное подобие ряда АМОВ 81
3.3 Тепловое и гидравлическое подобие ряда АМОВ 103
Выводы 122
4 Методика проведения физического эксперимента... 124
5 Результаты экспериментальных исследований 132
5.1 Анализ параметров геометрического подобия ряда АМОВ 132
5.2 Исследование физического подобия ряда АМОВ 133
5.3 Экспериментальные исследования роста растений, орошаемых омагниченной водой 137
5.4 Экспериментальное определение критериев электромагнитного подобия ряда АМОВ 144
Выводы 149
6 Технико-экономические показатели применения теории подобия для расчета аппаратов магнитной обработки воды 150
Выводы 162
Заключение 163
Литература 165
Приложения 175
Приложение 1. Основные условные обозначения величин и индексы... 175
Приложение 2. Фотографии аппаратов и рассады томатов 178
Приложение 3. Пример расчета АМОВ с помощью теории подобия 180
Приложение 4 Акт внедрения
- Применение омагниченной воды для полива растений
- Описание конструкции аппарата магнитной обработки воды
- Электромагнитное подобие ряда АМОВ
- Исследование физического подобия ряда АМОВ
Введение к работе
Одной из важных проблем в сельскохозяйственном производстве, в частности, в выращивании томатов, является увеличение урожайности и уменьшение сроков высадки рассады в грунт.
Добиться этого можно несколькими способами: химический (применение удобрений), физический (обработка посевного материала в различных полях: магнитных, электрических, обработка лазером, рентгеновскими лучами, ультрафиолетовым и инфракрасным излучением), биологический (генетика растений).
Однако, эти методы обладают существенными недостатками. Химический метод экологически небезопасен; кроме того, растения накапливают вредные вещества и потребление этих веществ человеком сказывается на его здоровье. Физические методы дают прибавку урожайности 30-50 %, но они требуют больших затрат энергии и неэкономичны; кроме того, растения, обработанные физическими методами в следующих поколениях не дают прибавки урожайности даже после обработки. Генетический метод требует большого количества капитальных, энергетических и научных затрат, а продукция полученная при помощи генетики дороже, чем обычная. Кроме того, все чаще появляется информация о негативном влиянии на здоровье человека генетически мутированных продуктов.
Актуальность темы. Наиболее простой и безопасный способ увеличения урожайности с экономической, экологической, технической и технологической точек зрения - это улучшение усвояемости растениями природных солей, растворенных в почве. Данные соли поглощаются растениями вместе с водой. Ряд авторов /10, 31, 39, 62/ выдвигают предположение, что в воде, прошедшей обработку электрическим током или магнитным полем, увеличивается скорость растворения солей и концентрация растворенных солей. Поэтому, перед поливом воду обрабатывают магнитным полем как постоянных магнитов, так и электромагнитов постоянного и переменного тока. Обработка воды путем
5 пропускания электрического тока требует ряда сложных устройств и опасна с точки зрения техники безопасности. Постоянные магниты в данном отношении являются наиболее безопасными, однако подобные аппараты не имеют возможности регулирования напряженности магнитного поля и магнитной индукции, а, следовательно, не обладают универсальностью.
Наиболее отвечающими экономическим, экологическим, техническим требованиям, требованиям техники безопасности в настоящее время являются аппараты магнитной обработки воды (АМОВ), работающие на постоянном или переменном токе; кроме того, подобные аппараты имеют возможность по регулировке напряженности и индукции магнитного поля. Данные аппараты применяются при поливе в садоводничестве и огородничестве, при орошении полевых площадей, в тепличных хозяйствах. Широкий диапазон поливных труб различного диаметра, а также требования потребителей и условия эксплуатации установки заставляют приспосабливать аппараты магнитной обработки воды к трубопроводу конкретного диаметра. Для эффективной обработки воды магнитным полем необходимо, чтобы аппарат имел проходное сечение соответствующее сечению трубопровода. Создание такого аппарата - сложная инженерная задача, иногда недоступная для сельскохозяйственных предприятий, требующая проведения ряда теоретических и экспериментальных изысканий, материальных и технологических затрат. Существующие методы расчета позволяют эффективно определять параметры АМОВ. Однако, при разработке ряда аппаратов необходимо пройти несколько этапов: проектирование схемы аппарата, макет аппарата, экспериментальный образец, предсерийный образец, серийный образец, малосерийное производство, крупносерийное производство. Все это приводит к увеличению времени и затрат на проектирование. Поскольку принцип работы АМОВ подчиняется одинаковым электромагнитным законам, возможно исследование характеристик одного аппарата - модели с целью их перенесения на необходимый расчетный аппарат - оригинал, который может быть рассчитан не только на другое значение напряжения, тока и т.д., но и на другой диаметр трубы, на другую конфигурацию поля и т.д. Данную задачу успешно решают
при помощи теория подобия и моделирования, как классической общей, так и частной, создаваемой для конкретного случая. Теория подобия позволяет уменьшить количество этапов конструирования АМОВ и сократить количество проводимых экспериментов.
Цель диссертационной работы. Разработка методики расчета типоразмер ного ряда аппаратов магнитной обработки воды (АМОВ) на базе теории нелинейного подобия для широкого диапазона диаметров рабочих трубопроводов.
Объект исследования. Модель аппарата магнитной обработки воды на диаметр трубопровода 50 мм, оригиналы аппаратов магнитной обработки воды для диаметров трубопроводов 12,5 - 125 мм.
Предмет исследования. Массогабаритные параметры модели и оригиналов АМОВ; статические режимы работы модели и оригиналов АМОВ; закономерности силы роста и урожайности томатов, орошаемых водой, прошедшей магнитную обработку для аппарата-модели и аппаратов-оригиналов.
Методы исследования. Классическая теория подобия и моделирования, теория планирования эксперимента, теория математической статистики.
Научная новизна работы. Заключается в следующем:
1)Обоснована необходимость применения теории подобия для разработки ряда АМОВ для диапазона труб диаметрами 12,5 - 125 мм.
2)Разработана частная теория нелинейного подобия для массогабаритных и физических параметров аппаратов магнитной обработки поливной воды.
3)Определены физические параметры для ряда АМОВ, при которых эффективность магнитной обработки воды является максимальной.
Практическая ценность работы. Заключается в следующем:
Полученные графические зависимости коэффициентов подобия позволяют провести качественную и количественную оценку геометрических параметров и использовать при разработке ряда АМОВ.
Зависимости электромагнитных и тепловых параметров в функции основного коэффициента подобия позволяют использовать полученные
7 характеристики при разработке электрических, магнитных и тепловых параметров ряда АМОВ.
Разработанная математическая модель позволила определить вариацию факторов, влияющих на эффективность магнитной обработки воды.
Экономический эффект от использования теории нелинейного подобия составляет 3934,6 руб.
На защиту выносятся следующие положения:
Конструкции АМОВ - модели и АМОВ - оригиналов.
Методика расчета геометрических и физических параметров АМОВ при помощи теории подобия.
Разработанная теория нелинейного подобия для ряда АМОВ.
Результаты теоретических и экспериментальных изысканий.
Реализация результатов работы. По полученным результатам
разработаны и изготовлены опытные образцы АМОВ диаметрами рабочих трубопроводов 12,5 мм, 25 мм, 100 мм; в соответствии с хоздоговором аппарат с диаметром 20 мм установлен в сельскохозяйственном предприятии Ставропольского края.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались на научно-практических конференциях в СтГАУ, (Ставрополь, 2000-2002), СевКавГТУ (Ставрополь, 2001), КубГАУ (Краснодар, 2003), КБГУ (Нальчик, 2003), СГУ (Ставрополь, 2003).'
Публикации результатов работы. Результаты проведенных исследований отражены в 8 печатных работах.
Структура и объем диссертации. Диссертация включает введение, шесть глав, заключение, список литературы, приложения. Работа изложена на 184 страницах, включает 39 рисунков, 16 таблиц, список литературы из 129 наименований и 10 страниц приложения.
Применение омагниченной воды для полива растений
В вопросах активации водных систем — направленного изменения свойств воды физическими методами — сделаны первые практические шаги, которые открывают безграничные возможности в интенсификации многих технологических процессов, повышении продуктивности растений и животных, защите экологической среды от загрязнений, в быту, медицинской практике, санаторно-курортном лечении и т. п. Известны способы и средства активации воды: термообработка, дегазация, механические и электрохимические воздействия, звук и ультразвук, луч лазера, электрическое и магнитное поле. Принято разделять все виды активации воды на два типа: активация, разрушающая структуру водных систем, и активация, структурирующая воду/99/. К первому типу относится большинство из перечисленных видов активации, ко второму — мягкая дегазация воды нагревом или замораживанием и талая вода. Активация омагничиванием водных систем универсальна, поскольку дает возможность получить оба типа воды. Универсальные особенности этого способа заслуживают пристального внимания, поскольку природная вода обладает уникальным свойством, отличающим ее от других жидкостей,— высокой степенью структурирования при нормальных атмосферном давлении и температуре.
Аналогом омагниченной воды в природе является талая вода. Биофизик Гуман А.К./39/, изучая биологическое действие талой воды, указывает, что полярники раньше всех отметили биологическое действие талой воды, наблюдая бурный расцвет жизни весной у кромки тающего льда в арктических морях. Лабораторные исследования показали, что талая вода отличается от обыкновенной прежде всего своей структурой, сходной с молекулярной структурой льда. Подобной структурой обладает и вода, связанная с клеточной протоплазмой нашего организма. Вода с упорядоченной структурой активно участвует в биоэнергетических процессах клетки. Возможно, талая вода не только повышает физические ресурсы живого организма, но и препятствует уменьшению содержания воды в клетках, что непосредственно связано с процессом старения.
Многими исследователями доказано, что омагниченная вода обладает такими же свойствами, как и талая (снеговая) вода/39, 62, 126/. В настоящее время магнитные поля находят применение для предпосевной обработки семян, очистки кормов от металлических примесей и др. Наиболее широкое применение в сельском хозяйстве получила магнитная обработка воды для орошения растений. Ряд ученых занимались исследованиями по определению влияния омагниченнои воды на рост различных растений.
Влияние омагничивания поливной воды на рост растений изучалось И. В. Дардымовым, И. И. Брехманом и А. В. Крыловым /31/. Использование для полива омагниченнои дистиллированной воды позволило ускорить рост растений на 20- 40% . Эти данные были подтверждены В.В. Лисиным и Л.Г. Молчановой. Опыты, проведенные Н.П. Яковлевым /127, 128/, показали, что при поливе омагниченнои водой урожай многих зерновых и огородных культур повышается на 10 - 40%. Это можно объяснить тем, что при применении омагниченнои воды лучше усваиваются питательные вещества из почвы (в том числе и удобрения)/99/.
Серьезные лабораторные исследования по изучению влияния омагниченнои воды в растениеводстве у нас в стране начались в 1971 году, а в 1983-1984 годах были проведены широкие испытания в полевых условиях: эксперимент охватывал 42 хозяйства Саратовской, Волгоградской, Астраханской областей, Ставропольского и Краснодарского краев. Площадь опытных земель, на которых выращивалось 20 видов зерновых, кормовых, овощных и бахчевых культур, составила 11,4 тысячи гектаров/61,99/.
Наиболее отзывчивыми на магнитную воду оказались влаголюбивые культуры - помидоры и огурцы. Устойчивая прибавка (до 40 %) была отмечена на посевах люцерны, кукурузы, пшеницы, гороха, моркови, сои/99/. Замечено, что эффект от каждого полива омагниченной водой суммируется. Оказалось, что магнитную воду особенно целесообразно использовать для полива овощей, выращиваемых в закрытом грунте, - это позволяет не только повысить урожай, но и несколько снизить температуру в теплицах.
Испытания ВНИИ масличных культур показали: полив подсолнечника и сои омагниченной водой повышает урожайность семян на 13%. Урожайность огурцов, поливаемых омагниченной водой, повысилась на 29%.
В 1983 - 1985 гг. Н.И. Ивлевым, Р.Д. Любченко, В.В. Гришко /99/, проведены опыты по изучению урожайности и химического состава зеленой массы люцерны посевной, а также урожайности зеленой массы и зерна кукурузы при орошении водой, активированной магнитным полем. Сущность такой обработки заключается в пропуске поливной воды с определенной скоростью через магнитное поле заданной напряженности, создаваемое постоянными магнитами. Н.П. Яковлевым проведены производственные испытания в совхозе "Лебяжья Поляна" Среднеахтубинского района Волгоградской области в течение 1983-1985 гг./127, 128/. Анализ данных показывает, что развитие растений, поливаемых омагниченной водой, происходит более интенсивно, чем контрольных; больше образуется соцветий и цветков; в период от начала плодообразования и до полной спелости масса плодов опытных растений значительно превышает массу плодов контрольных.
С увеличением уровня минерального питания наблюдается интенсивное усиление ростовых процессов, особенно в опытных растениях, что свидетельствует об активном влиянии орошения омагниченной водой на усвоение опытными растениями азота, фосфора и калия из почвы.
Проведенный анализ влияния поливной воды, активированной магнитным полем, при различных уровнях минерального питания на формирование растениями на протяжении всего периода вегетации корневой системы, надземной вегетативной массы и плодов показывает, что к фазе плодообразования растение формирует полностью корневую систему. Сравнение динамики развития корневой системы опытных и контрольных растений свидетельствует о том, что корневая система растений, поливаемых активированной водой, превосходит по массе в 1,5—2,6 раза массу корней контрольных растений. Причем, наибольшее значение относится к началу развития растений фазы цветения и до конца вегетации масса корней опытных растений превосходит массу корней на контроле в 1,5 раза. ( Н . П . Яковлев /127/).
Формирование надземной вегетативной части растений продолжается и после фазы плодообразования, достигая максимума в фазу массового созревания плодов; дальнейшем в корневой системе и вегетативной надземной части происходит спад, завершающийся полным созреванием плодов к концу вегетации.
В период от плодообразования до полной спелости во всех вариантах отмечается нарастание массы плодов. С увеличением дозы удобрений у опытных растений происходит интенсивное нарастание массы, превосходящее на 44% массу плодов на контроле (при полной спелости).
Описание конструкции аппарата магнитной обработки воды
Под моделью обычно понимается вспомогательный объект, находящийся в определенном соответствии с изучаемым объектом-оригиналом и более удобный для решения задач конкретного исследования. Отражая отдельные особенности поведения объекта-оригинала, модель имеет некоторые идентичные черты с оригиналом и служит для получения такой информации о нем, которую затруднительно, либо невозможно получить путем непосредственного исследования оригинала /25/.
Интуитивные представления о модели чаще всего ассоциируются с техническими средствами, применяемыми для построения соответствующего «эквивалента» объекта исследования, в том или ином смысле адекватного ему, но практически более удобного для решения поставленных задач. Однако понятие модели принципиально существенно шире: функции модели может выполнять не только специально созданная экспериментальная установка, но и наблюдаемое явление, и символическое (знаковое) описание оригинала (текстовое описание, математическое уравнение, чертеж, схема и т. п.), и мысленный образ и т. д. Поэтому в общем случае модель — это явление, техническое устройство, знаковое образование или иной условный образ, которые находятся в определенном соответствии (сходстве) с изучаемым объектом-оригиналом и способны замещать оригинал в процессе исследования, давая о нем необходимую информацию.
Первоначально, в процессе создания, модель выполняет преимущественно отображающие функции — отражает определенную часть свойств оригинала. Далее, при проведении исследований, модель преимущественно реализует функции, имеющие в некотором смысле прогностический характер — функции «предсказания» по результатам моделирования особенностей поведения оригинала в ситуациях иных, нежели те, на основании которых строилась модель. При этом сведения, полученные посредством моделирования, объективно представляют собой сведения о свойствах самой модели, которая теперь уже является самостоятельным объектом исследования. Эти сведения далее должны быть «перенесены» на оригинал с целью предсказания его свойств или характеристик на основе определенных правил перехода от параметров, характеризующих модель, к параметрам, характеризующим оригинал, т. е. правил установления взаимооднозначного соответствия между оригиналом и моделью. При разработке таких правил и способов их реализации понятия оригинала и модели рассматриваются в органическом единстве; это и обусловливает необходимость конкретизации понятия модели в соотнесении с адекватной физической реализацией — оригиналом /25/.
При изготовлении корпуса составные элементы прессуются друг относительно друга, а затем свариваются. По торцам к аппарату привариваются стандартные двухдюймовые фланцы для крепления его в магистрали. Аппарат окрашивается влагостойкой краской светлых тонов в два слоя. Все детали аппарата стальные, кроме резиновых прокладок. Во избежание ржавления составные части аппарата - корпус и каркас катушки — хромируются по всей поверхности. Стяжные болты затягиваются равномерно со всех сторон.
Аппарат работает следующим образом. При подаче напряжения на намагничивающую катушку образуется магнитный поток Ф, который замыкается по магнитопроводу и в воздушном промежутке делится на три потока ( Фрпоток выпучивания в сторону намагничивающей катушки, Ф2-поток в воздушном зазоре, Ф3-рабочий магнитный поток, который обрабатывает воду) (рис.2.2). Целью обработки воды является снижение накипеобразования в водогрейных аппаратах - котлах, электродных водонагревателях, элементных водонагревателях, проточных водонагревателях, ТЭНовых водонагревателях. Эффективность обработки воды зависит от дозы электромагнитного воздействия, которая определяется скоростью водяного потока, величиной магнитной индукции в зазоре и шириной выпучивания магнитного потока. Для экспериментальных исследований были изготовлены каркасы катушек с длиной тонкой вставки по оси 0 мм; 30 мм; 45 мм; 60 мм; 156 мм. Катушки АМОВ выполнялись медным проводом ПЭТВ и ПЭТ диаметрами 0,4; 0,67; 0,9 мм с температурными индексами 105 С, 130 С, 155 С. Для каждого значения длины тонкой вставки, диаметра провода, класса изоляции, соединения с конденсаторами были проведены экспериментальные и теоретические исследования при различных значениях напряжения при следующих схемах питания: однополупериодное выпрямление, переменный ток частотой 50 Гц, последовательное соединение намагничивающей катушки с конденсаторами ёмкостью 4 мкФ; 8 мкФ; 12 мкФ. Задавалось напряжение следующих значений: для переменного напряжения стандартной частоты 50 Гц - 127 В, 220 В, 330 В, 380 В; для постоянного напряжения: 12 В, 24 В, 36 В. Регулирование величины напряжения осуществлялось при помощи фазорегулятора ФР и автотрансформатора ЛАТР.
Были проведены исследования и опыты по изучению влияния геометрии магнитной системы аппарата на обрабатываемые жидкие вещества, величины длины тонкой вставки каркаса намагничивающей катушки на характеристики магнитного поля в рабочем зазоре.
Для измерения магнитной индукции использовался щуп с датчиком. Датчик вносился в рабочий зазор аппарата и перемещался по характерным точкам измерительной линейкой. Измерения магнитной индукции проводились по радиусу сечения и вдоль оси аппарата и вдоль стенки аппарата. Магнитная индукция измерялась милливольтметром, на который поступал сигнал с датчика. Датчик представляет собой катушку, выполненную проводом диаметром 0,1 мм, содержащую 100 витков, на каркасе сечением 50х10 6 м. Датчик был тарирован по тесламетру типа тесламетр универсальный 4320.
Электромагнитное подобие ряда АМОВ
Электрическое (электромагнитное) подобие, по определению /26/, - это подобие электрических и магнитных полей и цепей у соответствующих в рассмотрении элементов электрических систем. Наиболее простым в рассмотрении является подобие цепей.
Электрической цепью называют совокупность соединенных друг с другом источников электрической энергии и нагрузок, по которым может протекать электрический ток.
Магнитная цепь - устройство, которое состоит из одного или нескольких ферромагнитных тел и служит для усиления магнитного поля и образования необходимого пути, вдоль которого замыкается магнитный поток, создаваемый намагничивающей силой (М.Д.С.) катушки /17/.
Проектирование технически совершенной аппаратуры с оптимальными параметрами и необходимыми характеристиками возможно при наличии достаточно точной научно - обоснованной методики расчёта магнитной цепи. Кроме того, расчёт цепи в значительной степени сокращает общее время проектирования и уменьшает дорогие и длительные эксперименты при подборе нужных параметров, а также позволяет заранее установить пределы нужных параметров, а также позволяет заранее установить пределы влияния частоты переменного тока и температуры на характеристики аппарата или прибора. Вместе с тем расчёт магнитных цепей представляет большие трудности и разработан недостаточно, в особенности для цепей переменного тока. Это объясняется многообразием конструктивных форм магнитных цепей, сложностью распределения объемного магнитного поля рассеяния вдоль длины магнитопровода и поля выпучивания вблизи воздушного зазора, нелинейностью кривой намагничивания, размагничивающим действием электромагнитных экранов и влиянием вихревых потоков и гистерезиса.
Магнитные цепи классифицируются /17/ на: 1) цепи, поток рассеяния которых мал и при определении параметров намагничивающей катушки им можно пренебречь; 2) цепи, поток рассеяния которых необходимо учитывать. Существует большое разнообразие форм не только рабочих зазоров, но и путей рассеяния, для которых удобно пользоваться методом определения проводимости по вероятным путям потока (Ротерса), разбивая поле на элементарные участки (фигуры), представляющие собой наиболее простые геометрические тела, для которых определяется проводимость /88/
В качестве элементарных вероятностных путей потока используют несколько стандартных геометрических форм, формулы для которых могут быть выведены на основании рассмотрения упрощенной картины поля между двумя призмами.
При определении критериев подобия в статических режимах реальный АМОВ, как электромагнитный элемент, обычно заменяют эквивалентным, принимая, что /25/: 1) поперечное сечение сердечника неизменно по средней длине силовых линии; 2) индукция постоянна во всех точках (B =idem)\ 3) поток рассеяния и потери в стали отсутствуют; 4) подобие нелинейности кривой намагничивания учитывается относительной характеристикой ju =f(H )= idem.
Следовательно, электромагнитные поля в однородных изотропных средах подобны, если существует геометрическое подобие систем и определяющие критерии подобия равны в сходственных точках пространства и в сходственные моменты времени /26/. Поля, действующие в изотропной среде, могут быть подобны полям, действующим в анизотропной среде, при специальном выборе масштабов пространственных координат и отказе от соблюдения условий геометрического подобия /26/. В этом случае координаты X/, у i, z\ точки с потенциалом ф\ = Шф Ф2, отвечающей условиям физического подобия для модели, находятся в следующих соотношениях с координатами х2, у2, z? для оригинала: х\ хгНБх причем Jsxsyez = l - физический параметр.
В случае плоскопараллельного поля соотношения упрощаются, так как их приходится устанавливать только между двумя координатами, при этом Єї пропорционально корню квадратному из соответствующей пары составляющих Б. Аналогичные выражения получаются и для физического параметра //. Найденное решение системы критериев подобия магнитной цепи справедливо при условии постоянства удельного магнитного сопротивления стального магнитопровода, которое характерно для ненасыщенного участка кривой, в противоположном случае возникают ощутимые погрешности, превышающие 50-70 %. Опираясь на полученные выше формулы критериев подобия, определим коэффициенты подобия (множители преобразования) для электрической и магнитной цепей на постоянном токе.
Расчет магнитных цепей, обмотки которых обтекаются переменным током, имеет особенности в сравнении с магнитными цепями постоянного тока. Они определяются появлением при переменном токе реактивного магнитного сопротивления Хи наряду с RM , которое зависит от магнитной проницаемости среды, от размеров участка магнитной цепи и структуры магнитного поля на этом участке. Реактивное магнитное сопротивление возникает под влиянием токов, наведенных изменяющимся магнитным потоком в магнитопроводах и в короткозамкнутых обмотках (или витках). Реактивное магнитное сопротивление не только влияет на величину результирующего потока, но и создает сдвиг фаз между этим потоком и МДС обмотки. Особенности электромагнитных процессов в электромагнитной катушке с магнитопроводом на переменном токе: зависимость В(Н) является нелинейной, соответственно нелинейна зависимость y/(i). Производная dy//di непрерывно изменяется на этой кривой, поэтому L = dy//di = Ці) = var; индуктивность обмотки магнитопровода непостоянна и зависит от тока в электрической цепи; напряжение на обмотки и ток в ней связаны, как U = L(i)di / dt, поэтому при синусоидальном напряжении на обмотке ток оказывается несинусоидальным; изменение магнитного поля вызывает нагрев магнитопровода из-за гистерезиса и вихревых токов, поэтому, в магнитопроводе возникают потери электроэнергии, которые называют магнитными потерями /88/.
Исследование физического подобия ряда АМОВ
Экспериментальные исследования физического подобия заключались в определении электрических, магнитных, тепловых параметров аппаратов, сравнения их с результатами исследования модели, перевод абсолютных параметров в относительные, определение отклонений.
Физическое подобие определялось относительно характеристик модели. За точку отсчета принимается начало осевой линии в торце аппарата. Распределение магнитной индукции вдоль оси аппарата и в поперечном сечении посередине тонкой вставки представлено на рис. 5.2-5.4. Распределение температуры вдоль стенок аппарата и в поперечном сечении показано на рис. 5.5 - 5.6.
Сравнение характеристик модели и характеристик оригинала показывает, что, относительная погрешность не превышает 10 %, что говорит о приемлемости полученных формул электромагнитного и теплового нелинейного подобия в инженерных расчетах при проектировании аппаратов магнитной обработки вещества.
Изменение множителя преобразования магнитной индукции В в функции основного коэффициента подобия Изменение множителя преобразования температуры нагрева катушки аппарата в функции основного коэффициента подобия К для наружной поверхности катушки: 1-расчетный параметр, 3-экспериментальный параметр; и для внутренней поверхности катушки: 1-расчетный параметр, 2-экспериментальный параметр
Для аппарата—модели с диаметром рабочего трубопровода 50 мм, выполненного проводом ПЭТ-155 диаметром 0,44 мм, имеющим 11000 витков, был проведен физический модельный эксперимент с томатами сорта «Приднестровский» с целью определения эффективности магнитной обработки воды.
В соответствии с планом эксперимента и методикой /75/ перед высадкой семена были помещены в обычную воду для проращивания. Анализ графиков скорости роста рассады, представленных на рисунках 5.7-5.8 показывает, что применение для полива воды, обработанной магнитным полем вызывает бурный рост растений и увеличение толщины стебля. Рассада, достигающая длины стебля 80-90 мм и толщины 2-2,5 мм должна быть высажена в грунт для дальнейшего проращивания. Из графиков видно, что растения, орошаемые обычной водой (опыт 10) достигли таких размеров на 52 сутки эксперимента. В опытах 1 и 3 прорастания не наблюдалось, причина этого неизвестна, данные дозы обработки необходимо исследовать дополнительно. Рассада опыта 2 по длине стебля мало отличается от опыта 10. Полив рассады 2 на 37 сутки обычной водой вызвал бурный рост - растения выросли с 65 до 102 мм. Рассада опыта 4 достигла оптимальных размеров по длине и толщине стебля на 33 сутки; рассада опыта 5 достигла на 30 сутки; рассада опыта 6 на 35 сутки; рассада опыта 7 достигла на 35 сутки; рассада опыта 8 на 32 сутки; рассада опыта 9 на 26 сутки. Поэтому, наибольшая скорость роста наблюдается при В=65 мТл, t=lc (опыт 9). К окончанию эксперимента по проращиванию рассады - 52 сутки - наибольшая длина стебля 130 мм наблюдалась в опыте 8 при В=65 мТл, t=0,6 с; наибольшая толщина стебля 3,3 мм наблюдалась в опыте 2при В=1мТл, t=0,6 с.
По мере прорастания рассада высаживалась в грунт по отдельным ячейкам, и поливалась водой, обработанной магнитным полем с дозой обработки по опытам, соответствующей таблице 4.3. Ячейки отделялись друг от друга полосами шириной 70 см для предотвращения попадания воды с другого опыта. Замеры урожая проводились в соответствии с методикой /75/, как разовый урожай, взятый в одно и то же время со всех опытов.
График изменения массы урожая плодов томатов в зависимости от величины магнитной индукции в зоне обработки для количества проходов воды (номер графика соответствует количеству проходов N) обеспечения максимальной эффективности магнитной обработки воды необходимо подобрать определенное значение проходов воды, или времени обработки, что связано со скоростью течения жидкости. Анализ графиков (рис. 5.10) показывает, что с увеличением индукции магнитного поля масса урожая увеличивается. Максимальная масса урожая наблюдается в вариации для трехкратной обработки воды.
Для аппарата - оригинала магнитной обработки воды с диаметром рабочего трубопровода 25 мм с целью проверки выполнения соблюдений условий подобия проведен физический эксперимент по определению эффективности магнитной обработки воды и сравнение её с результатами модельного эксперимента. Схема и порядок проведения эксперимента аналогична модельной. При проведении физического эксперимента для аппарата - оригинала поддерживались условия подобия, полученные в 3-ей главе.
