Введение к работе
Актуальность проблемы. Удорожание ресурсной базы традиця-иной энергетики, потребности перехода ка интенсивные пути раз» ития сельскохозяйственного производства и разнообразные аспек-а экологических проблем, сопровождающие общий рост экономическо-о потенциала страны требуют новых комплексных подхг^ов я соверене твованию различных направлений хозяйственной деятельности. _бди многих нововведений, подготавливаемых обідам ходок иаучно-ехнического прогресса, можно выделить два направления, имеющих рямое отношение к развитию и совершенствовании структур" сель-копзяйственного производства в южных регионах насей страны.
Первое И5 указанных направлении овязано о использованием ао-онциала нетрадиционных возобновляемых источников энергия, в том исле наиболее существенного для Средней Азии использования солнеч-эй энергии. Возможные приложения солнечной энергии охватывают ша-экий спектр технических решений: солнечное горячее водоснабжение элнечное кондиционирование воздуха, опреснение минералдзозаяных рунтовых вод, автономные энергетические установки для рассредото-эннь... потребителей в районах о низкой плотность» населения, исполь~ звание ct лнечной энергии в культивационных сооружениях и систе-IX зшпшценного грунта. Нетрадиционные солнечные теплоэнергетические электроэнергетические установки могут рассматриваться как особый 13Д6Л автономной.энергетики. Другой класс технических уст^хэйстз, зпольэующих солнечную энергии, составляют системі, в которых исполь-іванио солнечной энергии составляет часть технологического процес-х. До недавнего времени наиболее распространенным технологическим зп' тьзованвем солнечной энергии являлась высокотемпературная ге-юэиергетика, связавная с созданием солнечных печей. Примером тех-)логического использования солнечной энергии з ннэкопотендиачьнух рсцессах является солнечная термообработка бетона.
Б послздете годы развнватся новое сущзотаенное направление посредственного исподьэоваяия солнзчной энергял в технологзчзских хщессах, связанное о искусственным вмрзцившшои микроводоросдэП. ікроводоросли, з основном хлорелла, являются вэсьха ценным нро-!жу точным сельскохозяйственным продуктом, способным существенно сразить кормовую базу животноводства. Искусогзснноо .зырпажгение юреллы тр«бует больших затрат тепловой Я ЭДЙКТрКЧвСКОа ВКуЭрТКИ
для светообеспэченгч и поддержания необходимого температурного режима. Практическое решение этих задач j использованием солнечной энергии, предназначенное для животноводческих хозяйств среднеазиатского региона, было предложено на основании научно-исследовательских к оштно-кокструкторских разработок НЛО "Солнце" Ml IUCP.
Другим направлением научно-технического прогресса, связанным с развитием сельскохозяйственного производства, является внедрение безотходных технология, снижіЛцих или полностью исключающих вродіте экологические во8дє2отвед кивстноводческах комплексов на окружающую сред/. Концепция безотходных и малоотходных технологий, актуальная в различных областях техники, связана в применены к сельскохозяйственным производствам не только с переработкой отходов, Ео и с энергетическим использованием продуктов этой переработки. 1 этом отношении тема безотходных комплексов в кивотиоводстве оказывается тесным образом связанной с нетрадиционной эк ргетикой.
Переработка отходов животноводства позволяет получать биогаз и ценные, обладающие достаточной .энергетической чистотой, удобрения. В состав биогаза входит пригодный для энергетического использования метан, углекислый газ, необходимый для организации газового питания при выращивания ыикроводоросли, и сухие удобрения, которые могут быть использованы гзлиокудьивационнымл сооружениями комплекса или передаваться в качестве промеруточного продукта в соседние с комплексом хозяйства.
Перечисленный круг актуальных проблем нракнюм нетрадиционных возо новляошх источников энергии v развитие концепции экологически чистых безотходных технологий животноводческих производств составляют основную тему настоящей диссертационной работы, сту тему можно кратко охарактеризовать как разработку научных основ, теоретическое и экспериментальное исследование особенностей работы элементов и систем безотходного животноводческого комплекса, энергетическое обеспечение которого базируется на использовании нетрадшцгнных возобновляемых источников энергии.
цел*, и яяттдчц рясіотн. Копользование солнечной энергии и вторичных энергетических ресурсов теоко связано о климатическими особенностями региона. Резкая континентальнооть климатических условий среднеазиатских республик создает проблемы регулирования томпера-
турных режимов культивационных сооружений безотходного комплекса как в холодные, так и в жаркие месяцы года. Комплексное ігч-менеиие безотходных технологий и нетрадиционных возобновляемы? источников их энергообеспечения порождает также ряд специфических системных проблем согласования работы отдельных элементов безотходного живоигводческого гелиокомплекса.
Эти обстоятельства определяют основные цели и задачи данной . дссертациокной работы, которые могут быть сформулированы следующим образом:
разработка теоретических моделей а методов расчета режимов раСчты элементов безотходного комплекса с учетом сиотемных связей между отдельными технологиями;
разработка методов и проведение численного моделирования специфических нестационарных тепловых процессов биотехнологических установок комплекса;
оптимизация конструктивных и режимных параметров работы установок и сооружений безотходного комплекса;
экспериментальное исследование и проведение натурных испытана . элементов безотходного комплекса и разработка технологического регламента работы этих элементов с учетом специфики их нетрадиционного энергообеспечения;
разработка практических рекомендаций я технических решений по отдельным элемента комплекса с учетом региональных климатических условий ого эксплуатации.
Научная новизна. В ходе решения указанных задач разрабатывались олодувдие составляющие научную новизну данной раб та вопросы и илправления:
системная отруктура безотходного животноводческого комплекса на базе нетрадиционных возобновляли* источников энергии;
обобщенная методика математического «оделлрозаяня производительности солнечных установок с различными типами передаточных функции, характеризующих зависимость к.л.л. от внешних климатических параметров и соблюдения внутренних условий технологического регламента;
метода решс'няя задач нестационарного теплообмена с сошест-ішм применением интегральных преобразований и ортогональных проекций;
~ чясленноэ моделирование температурних полай б течениях полупрозрачных .зрад в плоских каналах и трубчатих системах с полупрозрачными стенками, подвергающимися наружному облучению;
- натурные испытания трубчатих фотореакторов закрытого типа
при эксплуатационных и аварийных режимах систем терморегулирова
ния,
т]трт;утеокая значимость результатов исследования и, их теали-зашш. Б результате проверенных исследований разработан ряд прак-тичвсшх предложений и рекомендаций, имеющих прикладное значение, в ток ч~сле:
~ технические решения элементов безотходного коме :екса, защищенные авторскими свидетельствами;
оитно-промышленный технологический регламент производства хлорелла е установках ,с трубчатыми фотореактораыи закритого типа на основе использования солнечной анергии;
озытно-промшоленный технологический регламент производства биогаза ка базе биотехнологичеокой переработки отходов животноводческого комплекса.
На основе материалов денной диссертационной работы разрабо-тан проект безотходного ішютноводчєского кодш^екса в двух вари-а.гах, выполненный под н~учшм руководством автора в 1985 с. (Логпрсдмонтаж Минмснтажспецстроя СССР и СІЖЕ Телиопроект").
По заказу Ишиедмикробиопром". СССР создал первый вариант безотходного глвотнободчєскся'о комплекса в Туркменской СОР.
Личный вклад автотав іолчченкне результати. Вышеуказанные научко-асоледовательокие работы и разработки практических рекомендаций проведены при н'-посредственном личном участии и под научным руководством автора, являвшегося:
ответственным исполнитела-л задания 03.09.03 ГКНТ СССР "Построить безотходный комплеко по переработке отходов жгшотао-водства для производства бяомаясн и биогаза";
научнам руководителем задания 2.30.1.5. "Поотроить безотходный шгоотноводчоокяй комплекс и провести отгко-ярошшденные иогчтагащ, провести ресурсные испытания завершенных объектов ЕЖ".
Научімо публикации. По теме диссертации опубликована: 32 статьи в ^риалах Известил АН ТССР, Гелиотехника; одна бришора "Опнт-яо-лр^ мдишіннй технологический регламент производства хлореллы
и биогаза в системе безотходного производства" 55 с.
Апробация работы. В качестве публичной апробации данная диссертациснкак работа и отдельнне ее разделы докладывались на конференциях: "Контроль и управление биотехническими процессами", г.ГорькиЗ, 1985 г.; "Техническая биоэнергетика", г.Саратов, 1985 г.; "Промышленное культивирование микроводоросл^й", г.Ашхабад, 1935 г.; "Знэрготкка океана", г.Владивосток, 1985 г.; "Биотехника - 86", г.Грозный, 1986 г.; Всесоюзних совещаниях: в г.Цущзно, 1987 г.; "Актуальные проблемы современной альгологии", г.Черкесск, 1987 г.; "Основино направления и опчт использования нетрадиционных источников энергии", г.Душанбе, 1988 г.; "Проблемы и перспективы использования нетрадиционных источников энергии", г.Кшшгаев, 1989 г.; на семинарах Отдела гелиобиотехнологии института солнечной энергия НЛО "Солнце" АН ТССР, Туркменского сельскохозяйственного института им. М.И.Калинина.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, 310 страниц машинописного текста, в том числе иллюстрация - 50, таблиц - 17. Список использованных литературных котогтеков оодержит IG8 наименований.