Электротехнологии и электрооборудование. Рубрика в журнале - Инженерные технологии и системы
Flow boiling heat transfer of grooved copper foam with open gap
Статья научная
Introduction. Copper foam material has various advantages. It has been proved effective in enhanced boiling heat transfer, but also increases pump power consumption. Grooved copper foam is a solution to achieve good balance between boiling heat transfer characteristics and pump power consumption. Material and Methods. Grooveless and grooved copper foam in open space was studied. Copper foam specifications comprised the combination of porosities of 70, 80 and 90%, and pore densities of 90 and 110 PPI. The grooved copper foams have two specifications: 11 and 17 grooves. The corresponding rib widths are 2 and 1 mm, with groove depth 2.9 mm and width 0.6 mm. The flow boiling experimental system of copper foam sample includes four parts: a heating water reservoir, pump, a test section, and a data acquisition system. In the test section, liquid water turns into vapor and carries the heat away from a copper block surface, and then vapor condenses into liquid water in the terminal reservoir. Results. Grooved copper foam samples presented significantly higher efficiency than grooveless ones. Grooved copper foams can increase the critical heat flux and heat transfer coefficient, compared with grooveless ones. Seventeen-grooved samples showed more excellent performance than 11-grooved ones. Visual observation disclosed that the stratified flow pattern dominated in moderate and high heat flux for grooved copper foam with open space. Covering vapor mass was more effective to be formed above 17-grooved samples, compared with 11-grooved ones. It indicated more vigorous boiling behavior occurs in 17-grooved sample. Discussion and Conclusion. The number of grooves has a significant impact on boiling heat transfer. Grooved copper foam samples present a significantly higher critical heat flux and heat transfer coefficient. Structural parameters such as porosity and pore density, play a relatively secondly role in heat transfer argumentation. Visual observation shows there exists a cyclic alternation of flow patterns: bubbly flow, annular flow and mass vapor formation for grooved samples. Forming vapor mass is more effective to be formed in 17-grooved samples, compared to 11-grooved ones. It indicates more vigorous boiling behavior occurs in 17-grooved samples.
Бесплатно
Power analysis of toroidal core electromagnetic energy harvesters for transmission lines
Статья научная
Introduction. As the need for energy increases, energy harvesting methods have also been intensively researched. Energy harvesting techniques which are a way of converting low amounts of energy from the environment into electrical energy can be used to meet the energy needs of low-power electronic devices and sensors. The increase in such sensors and devices with low power consumption also makes energy harvesting techniques more important. One of these harvesting techniques is energy harvesting from electromagnetic fields, which is obtained from transmission lines. Aim of the Article. The article is aimed at developing an effective electromagnetic energy harvester from energy transmission lines for unmanned aerial vehicles.
Бесплатно
Статья научная
Introduction. The main component of the compound feedstuff is fish meal, which has unstable quality and high price. Fish and meat-and-bone meals are replaced with protein concentrates and higher quality larvae proteins. The source of feed protein is the biomass of the black soldier flies (Hermetia illucens), which have a rich amino acid composition and also process food waste. The aim of the work is to study the thermal-physical characteristics of the muscle mass of the black soldier fly larvaes (Hermetia illucens). Materials and Methods. The study focused on the muscle mass of black soldier fly larvaes (Hermetia illucens). The subject of the study is thermal-physical regularities during the drying process. The studies were conducted on the basis of Don State Technical University. The article describes determination of thermal-physical characteristics such as specific heat, thermal conductivity, moisture of the raw material, and oiliness. Results. Heat conductivity coefficient of water 0.555 W/(m∙K) for food and feed products from 0.25 to 0.40 W/(m∙K) black Soldier Fly larvae have a heat conductivity equal to 0.144 W/(m∙K), which is lower than conventional feedstuff components. The humidity of the examined raw material is 45% or higher while the heat conductivity remains linear and practically does not increase. Discussion and Conclusion. The results obtained during the work can be used for parameter determination and design of various types of dryers, and for mathematical description of the dynamics and kinetics of drying.
Бесплатно
«Градиентный» эксперимент в светокультуре
Статья научная
Введение. Характерной особенностью большинства экспериментальных научно-исследовательских работ по светокультуре является необходимость варьирования основных параметров светового режима при поддержании других факторов окружающей среды на одном уровне в течение всего эксперимента. Подход к созданию необходимого разнообразия вариантов параметров светового режима за один цикл выращивания растений, рассматриваемый в данной работе, может оказаться приемлемым для сокращения времени проведения экспериментов или для поисковых работ. Цель работы - показать возможность использования градиента освещенности как источника вариации ее величины в экспериментальных работах по светокультуре. Материалы и методы. Использовался светодионый светильник с косинусным светораспределением, размещенный над рабочей поверхностью, на которой располагались контейнеры с растениями сладкого перца. В качестве биометрического параметра, характеризующего отклик растения на уровень освещенности, применялась оптическая плотность листьев в различных спектральных диапазонах. Результаты исследования. На рабочей поверхности наблюдался существенный градиент освещенности. При одинаковом диапазоне освещенностей количество контейнеров с растениями для данной зоны различно и достаточно для проверки статистических гипотез. Величины средних освещенностей по зонам обеспечивали диапазон изменения освещенности в 2,5 раза. Среднеквадратичные отклонения освещенности по зонам составляли 97-163 лк и были практически некоррелированы с величинами средних освещенностей. Обсуждение и заключение. Разработанная математическая модель градиентного эксперимента в светокультуре позволяет по светотехническим и компоновочным параметрам осветительной установки определить возможное количество повторностей при проведении эксперимента, среднее значение освещенности, среднеквадратичное отклонение, коэффициенты вариации и равномерности в каждой зоне размещения растений. Экспериментально подтверждено, что применение светильника с косинусным светораспределением обеспечивает на горизонтальной поверхности градиент освещенности, средние значения которой в отдельных зонах образуют линейную шкалу. Коэффициенты вариации освещенности в отдельных зонах освещения при установленных в примере параметрах составляли 3,0-11,5 %. При этом коэффициенты вариации оптической плотности листьев растений перца, выращенного в условиях градиентного эксперимента по освещенности, составляли 6,0-11,6 %. Различия средних значений оптической плотности листьев растений в различных зонах градиентного освещения статистически значимы. Это позволяет рекомендовать использование предлагаемого метода для поисковых экспериментов по светокультуре.
Бесплатно
Автоматизированная система определения координаты поезда с самонастройкой решающей функции
Статья научная
Введение. Проблема определения координат поезда на участке приближения к переезду сопряжена с воздействием дестабилизирующих факторов на первичный датчик информации - рельсовую линию с распределенными параметрами. Это приводит к ошибке вычисления координат поезда. Цель исследования - разработка и научное обоснование принципа построения системы вычисления координат поезда с самонастройкой решающей функции в условиях воздействия значительных дестабилизирующих факторов на первичный датчик информации. Материалы и методы. Для решения задачи достоверного определения координат поезда в работе предложен двухфазный принцип формирования решающей функции. На первом этапе с помощью обучающей выборки образов, используя принцип обучения, определяется решающая функция (модель) системы вычисления координат поезда. При вступлении поезда на участок приближения фиксированной длины определяется рассогласование сравнением вычисленной координаты с фиксированной. Далее наступает второй этап - самонастройка коэффициентов решающей функции до достижения требуемой точности. Результаты исследования. В статье показаны этапы формирования решающей функции двумерными образами, а также разработан и апробирован алгоритм самонастройки решающей функции при воздействии различных дестабилизирующих факторов. С использованием 6 признаков, составляющих векторов тока и напряжения на входе рельсовой линии, получены 6 решающих функций. В качестве аргументов полиномов в них использованы различные сочетания двумерных образов. Обсуждение и заключение. Результаты исследований подтверждают реализуемость формирования решающей функции и ее самонастройки. Максимальная ошибка вычисления координат у различных сочетаний составляет от 9,97 % (199,34 м) до 4,57 % (91,49 м). Ошибка определения с погрешностью не более 5 % у двух решающих функций удовлетворяет требованиям заблаговременного закрытия переезда, так как в 45-секундном интервале времени для приведения в действие автоматической переездной сигнализации расстояние 100 м преодолевается за 3 секунды, то есть затраченное время составляет всего 3 секунды в 45-секундном интервале.
Бесплатно
Исследование влияния режимных параметров ленточной ИК-сушилки на кинетику процесса сушки моркови
Статья научная
Введение. При конвективной сушке возникает противоречие между скоростью сушки и энергоэффективностью. Одно из решений этого противоречия - использование адресного подведения энергии к продукту. Таким методом адресного подвода энергии является применение в процессе сушки электромагнитного излучения. ИК-излучение позволяет передать энергию непосредственно к продукту, избегая нагрева больших объемов промежуточного теплоносителя (сушильного агента). Цель статьи. Получить коэффициенты логарифмической модели для расчета производительности ленточной ИК-сушильной установки для сушки моркови. Материалы и методы. Исследования проводились на модульной ленточной ИК-сушилке с возможностью регулирования скорости ленты и мощности излучателей. Для описания процесса использованы стандартные модели зависимости относительного влагосодержания от времени сушки. Результаты исследования. Анализ кривых скорости сушки показал наличие влияния экстремального характера скорости ленты на скорость сушки. При скоростях ленты выше 10 мм/с увеличение скорости приводит к увеличению продолжительности процесса сушки. Для описания кинетики процесса сушки при значениях мощности ИК-излучения 170, 300 и 450 Вт была использована логарифмическая модель, как наиболее адекватно описывающая экспериментальные данные. Обсуждение и заключение. Рекомендуется использовать в сушилке данного типа скорость ленты около 10 мм/с. Полученные коэффициенты логарифмической модели используются для расчета производительности установки. Целесообразно получить аналогичные данные для определения рациональных параметров процесса сушки схожего плодово-овощного сырья и исследовать комбинированное влияние ИК- и СВЧ-излучения на кинетику и энергетику процесса сушки.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Обеспечение требуемых параметров и характеристик электромагнитного излучения светотехнических облучательных установок для теплиц является важной задачей при повышении эффективности использования энергии и улучшении характеристик растениеводческой продукции. Цель работы - определение эффективного режима работы технологической схемы облучения с разделением энергетических потоков в светокультуре промышленных теплиц. Материалы и методы. В разработанной модели технологической схемы облучения за счет конструктивных решений есть возможности разделить энергетический поток на составляющие и управлять этими потоками. Предложено путем раздельного регулирования напряжения на облучателе и вентиляторе создавать условия для изменения величины отдельных спектральных линий излучения с целью дальнейшей оценки эффекта от данных изменений. Результаты исследования. Получены результаты по изменению распределения PPFD в зависимости от напряжения на тепличном облучателе от 198 до 242 В и температуры воздуха вблизи лампы от 38 до 47 °С. Сравнение усредненных значений PPFD в исследуемых режимах со значением PPFD в номинальном режиме для этих диапазонов позволило определить режим при напряжении 220 В и температуре воздуха вблизи лампы от 43 до 47 °С как рациональный для практического применения в технологических схемах облучения с разделением энергетических потоков в светокультуре промышленных теплиц. Обсуждение и заключение. Разработка и применение рациональных режимов работы тепличных облучателей, c учетом режимов работы сети и лампы, является основой для обеспечения тепличного производства альтернативной тепловой энергии.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Эффективность и работоспособность электротехнологических процессов и установок в динамических режимах их функционирования характеризуются быстродействием, низкими энергозатратами, точностью в переходных процессах и устойчивостью желаемого конечного состояния. Предлагается на базе особого оптимального управления совместить построение систем перехода и стабилизации как в части определения алгоритма управления с минимальными энергозатратами в функции состояний объекта, так и в части определения параметров и условий движения с минимальным отклонением от заданной траектории. Последнее обеспечивает в устойчивой замкнутой системе программного движения эффективные решения по критериям быстродействия и энергосбережения. Материалы и методы. В качестве основного метода нахождения оптимального программного управления используется принцип максимума, дополненный для исследования особых режимов аппаратом условий общности положения для нелинейных объектов с расширением пространства координат, учитывающий вхождение времени и критерий оптимальности. Аппарат условий общности положения использован и для решения задач энергосбережения путем линеаризации в большом исходного объекта. Квазиоптимальность по быстродействию и энергозатратам достигается минимизацией энергии по параметру программного движения, противоречиво влияющему на время переходного процесса и амплитуду управления. Результаты исследования. Для оценки вычислительных трудностей, быстродействия, энергосбережения, точности и устойчивости приведен пример управления инерционным объектом по различным критериям. Получена структура простой в технической реализации замкнутой квазиоптимальной системы со стационарной обратной связью. Обсуждение и заключение. Формализованность подхода к построению квазиоптимальных систем на основе условий общности положения позволяет использовать его в задачах многокритериальной оптимизации и системах автоматизированного проектирования энергоемких промышленных, транспортных, сельскохозяйственных электроустановок.
Бесплатно
Процессы адресной доставки энергии и тепломассопереноса в системах с нано-, микро- и макроэлементами
Статья научная
Введение. Производство современных технологий должно учитывать всесторонний анализ энергетических, биотехнологических и теплофизических явлений. Основными в пищевых технологиях являются процессы тепло- и массообмена, которые необходимо интенсифицировать. Цель статьи. Исследование механизмов и моделирование кинетики тепломассопереноса в микроволновом поле в технологиях комплексной переработки пищевого сырья. Материалы и методы. Комбинация тепловых, гидродинамических и диффузионных движущих сил при их согласованном действии способна решать проблемные вопросы обработки сырья, в первую очередь пищевого. С помощью принципов теории подобия предлагается безразмерный комплекс - число энергетического действия, которое отражает влияние электромагнитного поля. Предложена классификация режимов потока из микро- и нанокапиллярной структуры. Результаты исследования. Непосредственный, адресный, подвод энергии к жидкой фазе сырья дает возможность получения в аппарате твердой фазы. Это принципиально новые возможности процесса обезвоживания. Скорости выпаривания при постоянной мощности поля зависят только от типа растворителя. В результате обработки всех точек эксперимента было получено критериальное уравнение, которое устанавливает зависимость числа энергетического действия от безразмерного давления и безразмерной теплоты фазового перехода. Обсуждение и заключение. Разработан новый класс тепломассообменного оборудования - электродинамические аппараты. Предложенные экспериментальные результаты предполагают, что при организации процессов адресной доставки энергии с привлечением импульсного микроволнового поля поток из капилляров и нанокапилляров инициируется гораздо быстрее. Важное преимущество электродинамических экстракторов - возможность получения полиэкстрактов. Пищевые технологии с организацией процессов адресной доставки энергии при выпарке, сушке и экстрагировании являются ресурсо- и энергоэффективными и обеспечивают полное сохранение потенциала сырья.
Бесплатно
Разработка светодиодного фитооблучателя для выращивания растений в теплицах
Статья научная
Введение. Одним из ключевых факторов, влияющих на эффективное выращивание растений в теплицах, является освещение. В контексте этой задачи светодиодные фитооблучатели представляют собой перспективное решение, позволяющее точно регулировать параметры света, необходимые для оптимального фотосинтетического процесса. Цель статьи. Разработать и исследовать светодиодный фитооблучатель с оптимальным спектром и интенсивностью света для обеспечения эффективного роста, развития и фотосинтеза растений в теплицах.
Бесплатно
Статья научная
Введение. При выращивании растений по технологиям вертикального земледелия важным фактором, регулирующим энергетические процессы, является электромагнитное излучение облучателей с определенными длинами волн в оптическом диапазоне. Цель статьи. Обоснование технологии светодиодного облучения при выращивании зеленных культур в вегетационных установках в условиях излучения разноспектрального состава, путем определения закономерностей изменения качественных показателей салата сортов Кук, Хризолит и Афицион, и создание на их основе концепции светодиодного облучателя для управляемого растениеводства. Материалы и методы. Эксперимент проводился в вегетационной установке, в которой в трех камерах с помощью облучателей различного спектра излучения было создано индивидуальное для каждой камеры воздействие (по спектру) на биологические объекты (зеленые растения) при прочих равных условиях. Результаты исследования. Проведенные экспериментальные исследования позволили установить ряд разнообразных реакций на воздействие излучения определенного спектрального состава. Было обнаружено стабильное увеличение содержания треонина, фенилаланина, валина, серина, аланина и сахара у салата сорта Кук при выращивании под облучателем с регулируемым спектром. В то же время у салата сорта Хризолит выявлено стабильное снижение содержания данных веществ в тех же условиях. На содержание витамина С реакция обратная - снижение у салата сорта Кук, увеличение у салата сорта Хризолит под облучателем с регулируемым спектром. Для салата сорта Афицион реакция на содержание исследуемых веществ в обоих опытах дифференцирована несходная. Обсуждение и заключение. Разработка и применение светодиодных облучателей с тонкой настройкой для управляемого растениеводства должны производиться на основе фотобиологических исследований с учетом специфических реакций отдельных сортов растений. Для этих целей предложено техническое решение с набором светодиодов, управляемых по отдельным каналам, с применением цифровых технологий.
Бесплатно
Сверхвысокочастотная хмелесушилка с поярусно расположенными резонаторами
Статья научная
Введение. Из анализа хмелесушилок различных систем и конструкций вытекает перспектива сушки хмеля комплексным воздействием энергии электромагнитного поля сверхвысокой частоты и конвективного тепла. Цель статьи. Разработка конструкции малогабаритной СВЧ-конвективной хмелесушилки с обоснованными параметрами и интенсивной технологией сушки свежеубранного хмеля. Материалы и методы. С учетом обоснованных критериев проектирования хмелесушилки и анализа существующих резонаторов предложена методика разработки хмелесушилки с энергоподводом в электромагнитном поле, включающая требования к конструкционному исполнению, к эксплуатационным и экономическим показателям и технологии. Электродинамические параметры резонатора исследованы по программе CST Studio 2017. Результаты исследования. Исследованы диэлектрические параметры хмеля и получены функциональные зависимости от влажности при частоте 2 450 МГц. Исследована динамика нагрева хмеля при изменении его фактора диэлектрических потерь в процессе воздействия электромагнитного поля сверхвысокой частоты. Разработана конструкционно-технологическая схема радиогерметичной СВЧ-конвективной хмелесушилки непрерывно-поточного действия с поярусно расположенными резонаторами для агропредприятий малой мощности. В экранирующем цилиндрическом корпусе поярусно расположены резонаторы: первый и третий резонаторы полусферические, а средний выполнен в виде эллипсоида для обеспечения высокой напряженности электрического поля. Транспортирование сырья происходит путем вращения дисков в щадящем режиме. Обсуждение и заключение. Ожидаемые удельные энергетические затраты хмелесушилки производительностью 12-13 кг/ч при мощности СВЧ генераторов 4,0 кВт для сушки свежеубранного хмеля влажностью 76-82 % до влажности 11-14%, составляют 0,30-0,33 кВт∙ч/кг. Необходимая напряженность электрического поля 2 кВ/см во всех трех резонаторах обеспечивается, следовательно, обеззараживание сырья происходит при температуре 65-70 оС за 5-6 мин пребывания в трех резонаторах. Интенсивность влаговыделения из шишек хмеля при эндогенно-конвективном нагреве возрастает в 5-6 раз, по сравнению с конвективным способом сушки. Внедрение микроволновой технологии сушки с применением конвективного способа испарения и удаления влаги из сушильной камеры позволяет сократить продолжительность процесса, сберечь ценные компоненты шишек для пивоварения.
Бесплатно
