Харківська академія міського господарства андрійчук володимир Андрійович icon

Харківська академія міського господарства андрійчук володимир Андрійович




НазваХарківська академія міського господарства андрійчук володимир Андрійович
Сторінка1/4
Дата24.06.2012
Розмір0.56 Mb.
ТипДокументи
  1   2   3   4


ХАРКІВСЬКА АКАДЕМІЯ МІСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА


АНДРІЙЧУК Володимир Андрійович


УДК.621.327.534




НАУКОВО-ТЕХНІЧНІ ОСНОВИ ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ОПРОМІНЮВАЛЬНИХ УСТАНОВОК ДЛЯ СВІТЛОКУЛЬТУРИ РОСЛИН


05.09.07 – світлотехніка та джерела світла


АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора технічних наук


Харків – 2003



Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі “Світлотехніки, електротехніки та електроніки”

Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя

Міністерства освіти і науки України.

^ Науковий консультант – доктор технічних наук, професор кафедри

“Світлотехніки та джерел світла” Харківської

державної академії міського господарства,

Заслужений діяч науки і техніки
^

Намітоков Кемаль Кадирович.


Офіційні опоненти : доктор фізико-математичних наук, професор

Рой Віктор Федорович,

Харківська державна академія міського господарства, професор кафедри електрозабезпечення міст, м.Харків;

доктор технічних наук, доцент

^ Щур Ігор Зенонович,

Національний університет “Львівська політехніка”,

професор кафедри електропривода та автоматизації

промислових установок, м.Львів;

доктор технічних наук, професор

^ Тимчик Григорій Семенович,

Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, завідувач кафедри виробництва приладів, м.Київ.

Провідна установа –– Харківський державний науково-дослідний інститут метрології ДержавногоКомітету України з технічного регулювання та споживчої політики, м.Харків.

Захист відбудеться “.20.”..травня..2003 р. о “..12..” годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.086.02 у Харківській державній академії міського господарства за адресою: 61002, м.Харків, вул. Революції, 12.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Харківської державної академії міського господарства за адресою: 61002, м.Харків, вул. Революції, 12.


Автореферат розісланий “..17..”..квітня..2003 р.


Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Поліщук В.М.

^ ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ


Актуальність теми. Характерною особливістю сільськогосподарського виробництва на сучасному етапі є те, що частка електроенергії в собівартості продукції не просто зросла, а перетворилася у визначальний фактор. Це спонукає до зміни підходів у створенні технологічних процесів та конструюванні установок для оптичних технологій, які ґрунтуються на підвищенні енергетичної ефективності опромінювальних пристроїв (ОП). Ефективність поглинутої енергії випромінювання нерідко буває невисокою через низьку якість опромінення, що зумовлено невідповідністю спектрального складу випромінювання і спектра поглинання об’єкта, нерівномірністю розподілу опромінення по опромінюваній поверхні або об’єму опромінюваного простору. Поряд із цим важливу роль відіграє і характер опромінення. Використання переривчастого опромінення із врахуванням часу релаксації станів опромінюваного об'єкта дозволяє значно підвищити ефективність дії випромінювання, хоча цій проблемі в літературі приділено небагато уваги, а для оптичних технологій в АПК вона й досі залишається мало вивченою. Розрахунки показують, що витрати електроенергії в оптичних технологіях в аграрному секторі економіки становлять 15 - 20% від загальних витрат у галузі. Це надає особливої актуальності проблемі енергозбереження в технологіях опромінення, важливе місце серед яких займає вирощування рослин у закритому ґрунті. Поряд із цим проблема підвищення ефективності ОП для світлокультури рослин вимагає вирішення таких завдань: створення методологічних засад та технічних засобів пошуку високоефективних джерел випромінювання, побудова адекватних математичних моделей опромінювальних установок (ОУ) та вироблення на їх основі аналітичних методів світлотехнічного розрахунку, впровадження сучасних систем моніторингу та керування роботою ОУ. Все це становить науково-технічні основи створення високоефективних ОП, що є актуальним для подальшого розвитку оптичних електротехнологій в АПК.

^ Зв’язок із науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась з урахуванням вимог “Державної програми енергоощадності в агропромисловому комплексі”, затвердженої 1 грудня 1997 р. Кабінетом Міністрів України та згідно із програмами держбюджетних тем: “Розробка генеруючої системи для вивчення впливу магнітних та світлових полів на біологічні об’єкти та живі організми” (0193U039361) 1991-1994 рр, “Моделювання фотобіологічних процесів у змінних світлових полях” (0407/561) 2001 р.

^ Мета та задачі досліджень. Метою роботи є розробка науково-технічних основ підвищення ефективності опромінювальних установок для світлокультури рослин у замкнутому екологічному середовищі і створення на їх основі нових технічних засобів та технологічних схем опромінення, а також оптимізація їх параметрів і режимів роботи.

^ Об’єктом дослідження є змінні світлові поля та технологічні процеси вирощування рослин у них.

Предметом досліджень є аналітичні методи світлотехнічного розрахунку параметрів змінних світлових полів та технічне обладнання для їх створення, математичні моделі фотобіологічних процесів та опромінювальних пристроїв змінного опромінення, технологічні схеми світлокультури рослин у змінних світлових полях.

^ Методи досліджень. Розроблений у дисертації метод визначення ефективності джерел випромінювання для оптичних технологій ґрунтується на числових методах інтегрування добутку декількох функцій, заданих графічно, та визначенні масштабних множників для переходу від відносних до світлових або енергетичних величин. При моделюванні опромінювальних пристроїв змінного опромінення виходили з того, що окремі його ланки з усіма закріпленими на них елементами є твердими тілами, а ОП в цілому утворює механічну систему, для якої чинними є основні закони механіки твердого тіла. Для розрахунку основних параметрів даних ОП використовувались методи матричного числення та векторної алгебри. Аналітичне представлення світлового розподілу круглосиметричних опромінювачів ґрунтується на методі сплайн-апроксимації графічних функцій. В основу аналітичного розрахунку ОУ постійного і змінного опромінення з круглосиметричними та несиметричним опромінювачами покладено: точковий метод світлотехнічного розрахунку, метод інтерполювання за допомогою многочлена Лагранжа для двомірного випадку з врахуванням похибки інтерполяції, метод суперпозиції світлових полів та метод трансляції матриці середнього опромінення. Основний об’єм експериментальних досліджень щодо впливу світлових полів на ріст і розвиток рослин закритого ґрунту було проведено на швидкоростучій рослині Brassica rapa з використанням стандартних методик визначення сухої біомаси рослин, концентрації пігментів та відновлених коферментів у листках. Результати експериментальних досліджень опрацьовували з використанням методів математичної статистики.

Для досягнення вказаної мети ставились такі завдання:

– розробити математичні моделі світлотехнічних установок для створення змінних світлових полів на основі опромінювачів з круглосиметричним та несиметричним світловими розподілами, виходячи з яких виробити метод аналітичного розрахунку параметрів даних полів;

– розробити алгоритм та створити програмне забезпечення для аналітичного світлотехнічного розрахунку ОУ на ПЕОМ;

– розробити метод та технічні засоби для оцінки енергетичної ефективності джерел випромінювання і провести експерименти з визначення найбільш ефективних ламп для світлокультури рослин;

– розробити конструкції опромінювальних пристроїв змінного опромінення з врахуванням анатомо-фізіологічних особливостей рослин, виготовити й дослідити експериментальні зразки пристроїв в умовах промислових технологічних процесів;

– розробити алгоритм та систему керування роботою ОП змінного опромінення;

 провести експериментальні дослідження впливу змінних світлових полів на ріст і розвиток рослин у замкнутому екологічному середовищі з метою перевірки адекватності розроблених математичних моделей та підтвердження зростання ефективності запропонованих опромінювальних установок.

^ Наукова новизна отриманих результатів.

На основі аналізу кінетики процесів фотосинтезу та росту і розвитку рослин уперше дано наукове обґрунтування та розвинуто новий напрямок підвищення ефективності опромінення рослин, який базується на використанні змінних світлових полів.

Уперше розроблені науково-технічні основи побудови та розрахунку параметрів ОУ для створення змінних світлових полів, які полягають у встановленні зв’язку між світлотехнічними характеристиками поля та конструктивними особливостями ОП.

Розвинуто засади методології визначення ефективності джерел випромінювання для оптичних технологій, що дозволило встановити взаємний зв’язок між системами ефективних величин за рахунок введення масштабного множника, в результаті чого, розроблений метод оцінки ефективності ламп для світлокультури рослин, що відрізняється підвищеною точністю розрахунку, оперативністю та універсальністю проведення й орієнтований на вирішення проблем енергоощадності в оптичних технологічних процесах АПК.

Удосконалено математичні моделі ОП змінного опромінення з круглосиметричним і несиметричним світловими розподілами за рахунок уведення функціонального взаємозв’язку їх трьох структурних елементів: джерела випромінювання, довільно орієнтованого приймача та посівної ділянки. На основі даної моделі розроблено аналітичний метод світлотехнічного розрахунку ОУ як постійного, так і змінного опромінення з різними типами опромінювачів і метод побудови фотометричних тіл із використанням сплайн-методів, а також лінійного та квадратичного інтерполювання многочленом Лагранжа, які відрізняються підвищеною точністю та скороченням часу проведення розрахунку з використанням ПЕОМ.

Удосконалено математичну модель опорно-поворотного пристрою ОУ змінного опромінення за рахунок введення взаємозв’язку між узагальненими кутами повороту окремих ланок і координатами опромінюваної поверхні, що дало змогу визначити раціональні режими роботи та створити систему керування, яка забезпечує однакові світлові умови різних ділянок поверхні.

Уперше встановлено, що залежність ефективності росту та розвитку рослин від рівня опромінення ФАР в змінному світловому полі має максимум, який для рослин родини хрестоцвітих розташований у діапазоні 60...70 Вт/м2, для паростків картоплі в культурі in vitro – 80...90 Вт/м2, для квітів гвоздики – 100…120 Вт/м2.

Уперше встановлено вплив періодичності зміни світлового поля в часі на ефективність росту та розвитку рослин і експериментально показано, що для рослин родини хрестоцвітих при періодичності в межах 0,7...1,2 хв. повністю зберігаються їх ростові параметри, але при цьому знижуються витрати електроенергії в 1,7...2,2 рази на одиницю продукції.

На основі досліджень впливу параметрів змінних світлових полів на ріст і розвиток рослин закритого ґрунту отримано експериментальне підтвердження розвинутого в роботі напрямку підвищення ефективності опромінювальних установок для світлокультури рослин за рахунок змінного характеру опромінення.

^

Практичне значення отриманих результатів.

На основі запропонованих математичних моделей ОП отримано аналітичний метод світлотехнічного розрахунку опромінювальних установок як постійного, так і змінного опромінення, розроблено алгоритми та пакети програм даного розрахунку на ПЕОМ, що дозволяють оперативно визначати параметри світлового поля для різного типу опромінювачів.


Розроблений метод, який може бути поширений на інші оптичні технології, та сконструйована автоматизована спектрометрична установка, що дозволяють протягом короткого часу проводити підбір джерел випромінювання (ДВ) з високою енергетичною ефективністю для світлокультури рослин з різними спектральними характеристиками листкового покриву.

Розроблена технологічна схема світлокультури рослин у змінному світловому полі, що дозволяє підвищити ефективність опромінювальних установок, знизити матеріальні та енергозатрати на вирощування рослин в замкнутому екологічному середовищі. Встановлено, що при цьому затрати електроенергії на одиницю продукції знижуються в 1,7 – 2,2 рази.

Розроблено конструкції ОП для створення змінних світлових полів з широким діапазоном зміни параметрів, що дозволяє використовувати їх як у промислових умовах, так і при проведенні науково-дослідних робіт з визначення оптимальних параметрів опромінення різних сільськогосподарських культур.

Результати роботи були передані ряду науково-дослідних, вищих навчальних закладів та господарсько-виробничих підприємств (Поліській філії Харківського науково-дослідного інституту ґрунтознавства та агрохімії; Тернопільському державному педагогічному університету ім. В.Гнатюка; Українському світлотехнічному інституту; АТ "Ватра"; Тернопільському міському господарству "Зеленбуд"; Тернопільському обласному еколого-натуралістичному центру), де вони використовувалися в науковій роботі, навчальному прцесі, для вирішення практичних проблем енергоощадності, про що свідчать отримані довідки про впровадження.

^ Особистий внесок здобувача. У поданій роботі викладено основні результати досліджень, отримані автором самостійно у Тернопільському державному технічному університеті імені Івана Пулюя за 15 років роботи. Вагомі здобутки досягнуто у співавторстві з працівниками та аспірантами кафедри під керівництвом автора. Особистий внесок дисертанта в роботах, виконаних у співавторстві, такий: у [1] – написання розділу 3; в [2,26,27,30,33,34] - розробка методів, виведення основних математичних співвідношень; у [8,19,31,41,42] - постановка задач, розробка основних теоретичних положень, побудова математичних моделей, розробка конструкцій ОП; [5,9] - обґрунтування методології, створення математичних моделей і розрахункових схем для визначення світлотехнічних параметрів ОП; [6,11,14,17,43] – побудова математичних моделей ОУ, виведення основних математичних співвідношень, розробка алгоритмів розрахунку, аналіз результатів; [7] – розробка блок-схеми установки та принципової схеми керування кроковим двигуном, створення програмного забезпечення керування роботою установки; [10,12] – побудова математичних моделей, виведення формул, розробка алгоритму розрахунку, аналіз результатів; [13,18] – побудова математичної моделі ОУ, виведення основних математичних співвідношень, розробка алгоритму керування роботою установки, аналіз результатів розрахунку. В роботах [35,36,38,40] дисертант розробив ОП для вегетаційно-кліматичної камери, проводив статистичну обробку експериментальних результатів. Роботи [3,4,15,16,20,28,29,32,37,39] опубліковані самостійно. У винахідницьких працях здобувач генерував ідеї, брав безпосередню участь у розробленні конструкцій пристроїв, оформленні патентів [21-25].

^ Апробація результатів дисертації. Основні результати виконаних досліджень доповідались на наукових конференціях професорсько-викладацького складу й аспірантів Тернопільського державного технічного університету ім. І.Пулюя (1996 – 2002 рр.); Міжнародній науковій конференції, присвяченій 150-річчю від дня народження Івана Пулюя (м. Тернопіль, 1995 р.); Міжнародній науково-технічній конференції "Світлотехніка ’95" (м. Тернопіль, 1995 р.); Австро-Українському симпозіумі "Агрокультура: наука і практика" (м. Львів, 1996 р.); 2-й Міжнародній науково-практичній конференції "Управління енерговикористанням" (м. Львів, 1997 р.); 1-й Міжнародній науково-практичній конференції "Системи транспортування, контролю якості та обліку енергоносіїв" (м. Львів, 1997 р.); Міжнародній конференції "Онтогенез рослин у природному та трансформованому середовищі" (м. Львів, 1998 р.); І Всеукраїнській науковій конференції "Екологічний стрес і адаптація в біологічних системах" (м. Тернопіль, 1998 р.); 2-й та 3-й Міжнародних науково-практичних конференціях "Проблеми економії енергії" (м. Львів, 1999, 2001 рр.); 2-ому Міжнародному Смакулівському симпозіумі "Фундаментальні і прикладні проблеми сучасної фізики" (м. Тернопіль, 2000 р.); Міжнародній конференції по моделюванню технічних систем "MS’2001-Lviv" (м. Львів, 2001 р.); Міжнародній науковій конференції "Биологические ресурсы и устойчивое развитие" (Россия, Пущино, 2001 г.).

Публікації. Основні положення дисертації викладено в 43 публікаціях, у тому числі: в одному навчальному посібнику, в 19 статтях у фахових наукових виданнях, у 5 патентах на винахід та 18 матеріалах і тезах наукових конференцій, симпозіумів та семінарів.

^ Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, шести розділів, висновків, списку використаних джерел із 343 найменувань та додатку. Загальний обсяг роботи – 302 сторінки, у тому числі: 265 сторінок основного тексту, 100 рисунків і 13 таблиць.

  1   2   3   4

Схожі:

Харківська академія міського господарства андрійчук володимир Андрійович iconХарківська національна академія міського господаства жван В. Д., Помазан М. Д., Жван О. В. До друку дозволяю Проректор з інформаційних та інноваційних технологій
Михайлович (Державний навчальний заклад «Придніпровська державна академія будівництва та архітектури»), Торкатюк Володимир Іванович...
Харківська академія міського господарства андрійчук володимир Андрійович iconХарківська національна академія міського господарства о. О. Воронков, Т. Б. Воронкова
Харківська національна академія міського господарства, вул. Революції, 12, Харків, 61002 Електронна адреса: rectorat@ksame kharkov...
Харківська академія міського господарства андрійчук володимир Андрійович iconХарківська національна академія міського господарства писаревський Ілля Матвійович
...
Харківська академія міського господарства андрійчук володимир Андрійович iconМіністерство освіти І науки України Харківська національна академія міського господарства Назаренко Леонід Андрійович оптична радіометрія харків – хнамг 2011
Монографія присвячена наступним питанням: оптичне випромінювання І його характеристики, оптоелектричні вимірювальні перетворювачі,...
Харківська академія міського господарства андрійчук володимир Андрійович iconХарківська національна академія міського господарства с. Л. Дмитрієв конспект лекцій
Пожежна профілактика в будівництві” (для бакалаврів 4-го курсів денної форми навчання напряму підготовки 060101 – «Будівництво» спеціалізації...
Харківська академія міського господарства андрійчук володимир Андрійович iconХарківська національна академія міського господарства с. Л. Дмитрієв конспект лекцій
Пожежна профілактика в будівництві” (для магістрів 5-го курсів денної форми навчання напряму підготовки 0921 060101) – «Будівництво»...
Харківська академія міського господарства андрійчук володимир Андрійович iconХарківська національна академія міського господарства с. Л. Дмитрієв методичні вказівки
Пожежна профілактика в будівництві” (для магістрів 5-го курсів денної форми навчання напряму підготовки 0921 060101) – «Будівництво»...
Харківська академія міського господарства андрійчук володимир Андрійович iconХарківська національна академія міського господарства с. Л. Дмитрієв конспект лекцій
Пожежна профілактика в будівництві” (для спеціалістів 5-го курсів денної форми навчання напряму підготовки 0921 060101) – «Будівництво»...
Харківська академія міського господарства андрійчук володимир Андрійович iconХарківська національна академія міського господарства с. Л. Дмитрієв методичні вказівки
Безпека на транспорті” (для студентів 2 курсу денної форми кваліфікаційного рівня бакалавр галузі знань 1702 “Цивільна безпека” напряму...
Харківська академія міського господарства андрійчук володимир Андрійович iconХарківська національна академія міського господарства с. Л. Дмитрієв методичні вказівки
Охорона праці ” (для бакалаврів 4-го курсів заочної форми навчання напряму підготовки 060101 – «Будівництво» спеціалізації “Охорона...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи