Beginsels van additiewe watervriestegnologie vir die skepping van dundop yskristalstrukture | Ontleding en invloed van versierselparameters op die dikte en deursigtigheid van die beskermende ysstruktuur met die doel om 'n rypbeskermingstelsel te ontwikkel
Opsomming:
Ontleding van klimaatsveranderinge en monitering van die produksiesiklus van buitelugvoedselproduksie in die afgelope 5 jaar dui op die voorkoms van vroeë lente-ryp as 'n verskynsel wat die oes aansienlik beïnvloed. Die voorkoms van ryp lei gewoonlik tot die verlies van die hele oes vir die komende seisoen, en selfs oesversekering dek nie alle verliese nie. Om hierdie rede is dit nodig om aktiewe beskermingsmaatreëls toe te pas en die risiko van voedselproduksie te verminder. Een so 'n beskermende maatreël is die stelsel van beskerming teen ryp (reën), wat gebaseer is op die verskynsel van wateranomalie, wanneer energie vrygestel word tydens die verandering van 'n drup- na 'n soliede aggregaattoestand van water. Hierdie energie word gebruik om die temperatuur van die blom en die jong vrugte in die reeks van 0 tot 2°C te handhaaf. Tydens sulke plantasiebeskerming vorm ’n laag ys oor die blomme en vrugte waarvan die temperatuur 0°C is. Hierdie ys beskerm die plantasie met die naald effek (ideale isolator). Moderne beskermingstelsels pas die tegnologie toe om lug heeltemal versadig met vog (100% relatiewe lugvogtigheid) binne die beskermde mikroklimaat te skep, wat aansienlike besparings in die benodigde hoeveelheid water tydens die beskerming self tot gevolg het, aangesien dit verdamping uitskakel en die nodige energie bespaar. om dundop yskristalstrukture by 0°C te handhaaf. Verdere vordering in tegnologie vereis 'n dinamiese model van stelselwerking met veranderlike intensiteit van reënwater na gelang van die huidige weerstoestande. Die rede hiervoor is die behoefte om die kristalstruktuur van die ys (deursigtige ys) te handhaaf met optimale verbruik van water deur die nag om die beskerming van die vrugte teen negatiewe eksterne temperature te verseker. Parameters wat die kristalstruktuur van ys kan beïnvloed, is temperatuur, humiditeit, wind en die intensiteit van reënwater met die grootte van die druppels. Die hoofdoel van hierdie navorsing is om die invloed van watervriesparameters op die dikte en deursigtigheid van die beskermende ysstruktuur te ontleed. Die resultate wat verkry is, sal die basis wees vir die ontwikkeling van gevorderde bestuur van die rypbeskermingstelsel en die ontwikkeling van nuwe tipes sproeiers met veranderlike reënvalintensiteit.
Sleutelwoorde:
isolator, reën, kristalys, latente hitte, rypbeskermingstelsel, water
Oorsig van vorige werke:
Sprinkelbesproeiingstelsels word die afgelope 50 jaar as rypbeskermingstelsels gebruik, maar dit was nie kommersieel beskikbaar vir wyer gebruik nie aangesien dit groot verbruikers van water en energie is. Vervoerkapasiteite en die nodige krag vir stelselwerking (pomp) is ook nie vir die gemiddelde voedselprodusent beskikbaar nie. Konvensionele sprinkelrypbeskermingstelsels verbruik gemiddeld 4 tot 8 lit/m2 water en word hoofsaaklik gebruik om intensiewe appel- en peerplantasies te beskerm. Die rede hiervoor is dat deur 'n groot hoeveelheid water gedurende 'n langer tydperk van werk te vries, word 'n dik en swaar laag ys geskep wat meganiese skade binne die plantasies veroorsaak. Daar is meganiese skade aan blomme en vrugte, en selfs takke wat breek as gevolg van die gewig van die ys [1]. Deur die literatuur te bestudeer, is geen ontleding en invloed van die reënstelsel met 100% relatiewe lugvog binne die mikroklimaat van plantasies gevind nie. Die doeltreffendheid van so 'n stelsel op groter gebiede (meer as 50 000 m2) as gevolg van die skepping van 'n aparte energetiese mikroklimaat. Integreerders noem doeltreffende werking van die stelsel met vloei van 1 tot 2 lit/m2 water. Hierdie data verskaf die basis vir gedetailleerde navorsing, veral aangesien dun-dop ys kristal strukture met beter temperatuur eienskappe as in konvensionele stelsels geskep word. Die termiese geleidingsvermoë van ys is 2,2 W/mK en kan nie by die kategorie van goeie isoleerders ingesluit word nie. Ten spyte hiervan is die ys wat by die oorgangspunt tussen die vloeibare en vaste aggregaatfase is, "nat ys" by 0°C en dien dus as 'n ideale isolerende grens vir die deurgang van hitte. Die beskryfde deurgang van hitte tydens beskerming sou wees dat, aan die een kant, daar 'n negatiewe invloed van die eksterne temperatuur is, wat skerp daal op die eksterne kontakoppervlak van die dun-dop kristal ys struktuur, waar versiersel en dou met nuwe water voortdurend plaasvind. Onder ideale toestande handhaaf ys wat vries 'n temperatuur van 0°C regdeur sy dikte en bly dit kristalhelder sonder enige onreëlmatighede in die kristalstruktuur. Onder die kristallyne struktuur op die kontakoppervlak tussen die ys en die vrug is 'n nat waterfilm wat verseker dat die vrugweefsel nie vries nie. Enige bevriesing van weefsel lei tot vervorming of verlies aan vrugkwaliteit [2]. Die rekenaarmodel vir die simulasie van die voorkoms van ryp is in vorige werke gegee [3] en dit is 'n uitstekende basis vir die ontwikkeling van 'n verdere bestuursmodel van die rypbeskermingstelsel. In die vraestel word die behoefte aan energie presies gedefinieer, afhangende van die mikroligging en die vorm van die plantasies, asook die veranderende invloed van die klimaat. Die uitbreiding van die model om aktiewe rypbeskerming in die vorm van sprinkelstelsels in te sluit, sal 'n beduidende vooruitgang vir wêreldwye voedselproduksie wees. Die aanname is dat 'n gereelde vierkantige kristalstruktuur tydens optimale versierseltoestande geskep word [4]. Verifikasie van hierdie aanname kan bewys word deur ysstrukture aan te teken tydens die beskerming van plantasies teen ryp met behulp van X-strale, wat in hierdie artikel verduidelik word. [5] en met behulp van 'n mikroskoop [6], beide metodes moet oorweeg word om die kristalstruktuur binne die beskermde mikroklimaat van die plantasies te kan aanteken. As die kristallisasieresultate soos verwag is, kan die vriesmodel gebruik word vir toepassing in additiewe 3D-druktegnologie deur water te vries, wat in die volgende vraestel verduidelik word [7]. Die verskil is dat tydens 3D-drukwerk droë atmosferiese toestande gebruik is om die versierselstruktuur te beheer, terwyl versiersel in hierdie navorsing gesimuleer is in 100% relatiewe humiditeit van die laboratoriumopstelling. Ten slotte, die kristalstruktuur van ys het 'n beduidende impak in rypbeskermingstelsels sowel as vir ander tegniese toepassings. Doelgerigte bevriesing van water met parameters gekopieer van die werklike toestande van die rypbeskermingstelsel en bewys van die vorming van 'n kristallyne struktuur sou 'n beduidende wetenskaplike deurbraak wees.
Ivan Jovic op ResearchGate