Az additív vízfagyasztás technológia elvei

Az additív vízfagyasztás technológia elvei vékony falú jégkristály szerkezetek létrehozására A jegesedési paraméterek elemzése és hatása a védőjégszerkezet vastagságára és átlátszóságára fagyvédelmi rendszerek fejlesztése céljából

Absztrakt:

A klímaváltozás elemzése és a szabadtéri élelmiszer-előállítás termelési ciklusának nyomon követése az elmúlt 5 évben a kora tavaszi fagyok előfordulását jelzi, mint a terméshozamot jelentősen befolyásoló jelenséget. A fagy beállta többnyire a teljes termés elvesztésével jár a következő szezonra, sőt a nemzetségbiztosítás sem fedez minden veszteséget. Ezért szükséges az aktív védelmi intézkedések alkalmazása és az élelmiszer-termelés kockázatának csökkentése. Ilyen védőintézkedés a fagy (eső) elleni védekezési rendszer, amely a víz anomáliáján alapul, amikor a víz folyékony halmazállapotából szilárd halmazállapotba való átmenet során energia szabadul fel. Ezt az energiát arra használják, hogy a virág és a fiatal gyümölcs hőmérsékletét 0 és 2 ° C között tartsák. Az ültetvények ilyen védelme során a virágon és a gyümölcsön jégkéreg képződik, amelynek hőmérséklete 0 ° C. Ez a jég tűhatással védi az ültetvényt (ideális szigetelő). A modern védelmi rendszerek a teljesen telített levegő (100%-os relatív páratartalom) kialakításának technológiáját alkalmazzák a védett mikroklímán belül, ami jelentős megtakarítást eredményez a védekezés során szükséges vízmennyiségben, így kiküszöböli a párolgást és energiát takarít meg a vékony falú jégkristály fenntartásához. szerkezetek 0 °C-on. A technológia további fejlődéséhez az aktuális időjárási viszonyoktól függően változó csapadékintenzitású rendszerek dinamikus működési modelljére van szükség. Ennek oka a jég kristályszerkezetének (átlátszó jég) megőrzésének szükségessége, optimális vízfogyasztás mellett egész éjszaka, hogy biztosítsuk a gyümölcsök védelmét a negatív külső hőmérsékletekkel szemben. A jég kristályszerkezetét befolyásoló paraméterek a hőmérséklet, a páratartalom, a szél és a cseppek méretével csöpögő víz intenzitása. A kutatás fő célja a vízfagyás paramétereinek a védőjégszerkezet vastagságára és átlátszóságára gyakorolt hatásának elemzése. A kapott eredmények alapját képezhetik a fagyvédelmi rendszer korszerű kezelésének és új típusú, változó csapadékintenzitású szórófejek kifejlesztésének.

Kulcsszavak: 

szigetelő, eső, kristályjég, látens hő, fagyvédelmi rendszer, víz

Korábbi munkák áttekintése:

Az esővíz öntözőrendszereket az elmúlt 50 évben fagyvédelmi rendszerként használták, de szélesebb körű alkalmazásra nem kerültek kereskedelmi forgalomba, mivel maguk is nagy víz- és energiafogyasztók. A szállítási kapacitások és a rendszer (szivattyú) működtetéséhez szükséges teljesítmény szintén elérhetetlen az átlagos élelmiszer-termelő számára. A hagyományos fagyvédelmi rendszerek átlagosan 4-8 liter/m-t fogyasztanak² víz, és főként intenzív alma- és körteültetvények védelmére használják. Ennek az az oka, hogy a nagy mennyiségű víz hosszan tartó munkavégzés során történő lefagyásával vastag és nehéz jégréteg keletkezik, amely mechanikai sérüléseket okoz az ültetvényeken belül. A virágok és a gyümölcsök mechanikai sérüléseket szenvednek, sőt a jég súlya miatt az ágak is megrepednek [1]. Az irodalom tanulmányozása nem találta a 100%-os relatív páratartalmú esővízrendszerek elemzését és hatását az ültetvények mikroklímáján belül. Egy ilyen rendszer hatékonyságát nagyobb területeken (50 000 m felett) a technológiai integrátor szájról szájra igazolta.²) külön energetikai mikroklíma kialakítása miatt. Az integrátorok az 1 és 2 liter/m közötti áramlású rendszerek hatékony működését jelzik² víz. Ezek az adatok alapot adnak a részletes kutatásokhoz, különösen, mivel a vékonyhéjú jégkristály szerkezetek jobb hőmérsékleti tulajdonságokkal jönnek létre, mint a hagyományos rendszerekben. A jég hővezető képessége 2,2 W / mK, és nem sorolható a jó szigetelők kategóriájába. Ennek ellenére a folyékony és szilárd halmazállapotú fázis közötti átmeneti ponton lévő jég, a „nedves jég” 0 °C-os, ezért ideális szigetelési határként működik a hőátadásban. A leírt hőátadás a védekezés során az lenne, hogy egyrészt a külső hőmérséklet negatív hatása erősen csökken a vékonyhéjú kristályos jégszerkezet külső érintkezési felületére, ahol folyamatos jegesedés és új vízharmat van. Ideális körülmények között a megfagyó jég teljes vastagságában 0 °C hőmérsékletet tart fenn, és kristálytiszta marad, a kristályszerkezet szabálytalansága nélkül. A kristályszerkezet alatt a jég és a gyümölcs érintkezési felületén egy nedves vízréteg található, amely biztosítja, hogy a gyümölcsszövet ne fagyjon meg. A szövet bármilyen lefagyása deformációt vagy a gyümölcs minőségének romlását eredményezi [2]. A fagy előfordulásának szimulálására szolgáló számítógépes modellt a korábbi munkák tartalmazzák [3] és kiváló alapot nyújt a fagyvédelmi rendszer kezelésének további modelljének kidolgozásához. A cikk pontosan meghatározza az energiaigényt az ültetvények mikroelhelyezésétől és alakjától, valamint a klímaváltozás hatásától függően. A modell kiterjesztése az aktív fagyvédelemre esővízrendszer formájában jelentős előrelépést jelentene a globális élelmiszertermelés számára. A feltételezés az, hogy optimális jegesedési körülmények között szabályos négyzet alakú kristályszerkezet jön létre [4]. Ennek a feltevésnek az igazolása igazolható jégszerkezetek leképezésével az ültetvények fagy elleni röntgensugaras védelme során, amelyet jelen dolgozat kifejt. [5] és mikroszkóp segítségével [6], mindkét módszert figyelembe kell venni ahhoz, hogy az ültetvény védett mikroklímáján belül a kristályszerkezet felmérését elvégezhessük. Ha a kristályosodási eredmények várhatóak, a jegesedési modell felhasználható a 3D nyomtatás additív technológiájában vízfagyasztással, amelyet a következő cikk ismertet. [7]. A különbség az, hogy a 3D körülmények száraz légköri körülményeket használtak a jegesedés szerkezetének szabályozására, míg ebben a vizsgálatban a laboratóriumi elrendezés 100%-os relatív páratartalom melletti jegesedését szimulálták. Összefoglalva, a jég kristályszerkezete jelentős hatással van a fagyvédelmi rendszerekre, valamint más műszaki alkalmazásokra. Jelentős tudományos áttörést jelentene a célzott vízfagyasztás a fagyvédelmi rendszer tényleges viszonyaiból lemásolt, kristályszerkezet kialakulását bizonyító paraméterekkel.