CC BY
48УДК 662.997
Узоков F.H., Давлонов Х.А., Алиярова Л.А., Узокова M.F.
ПИРОЛИЗ ЦУРИЛМАЛИ ИССЩХОНАНИНГ НОСТАЦИОНАР ^АРОРАТ-НАМЛИК РЕЖИМИНИ МАТЕМАТИК МОДЕЛЛАШТИРИШ
Узаков Г.Н. - т.ф.д., проф.; Давлонов Х.А. - т.ф.ф.д.; Алиярова Л.А. - докторант; Узокова М^. - талаба.
В статье предложена математическая модель тепловлажностного режима пленочной теплицы с пиролизной установкой в условиях нестационарного теплового режима. Разработанная математическая модель позволяет качественно управлять микроклиматом теплицы.
Ключевые слова: математическое моделирование, гелиотеплица, температурный режим, пиролизная установка, тепловой баланс, система отопления, влажность воздуха.
The article proposes a mathematical model of the heat-moisture regime of a film greenhouse with a pyrolysis plant under conditions of unsteady heat regime. The developed mathematical model allows you to control the microclimate of the greenhouse with high quality.
Key words: mathematical modeling, solar cell, temperature, pyrolysis installation, heat balance, heating system, air humidity.
Иссикхоналарда етиштириладиган мах,сулотларнинг таннархида энергия ресурслари истеъмоли юкори улушга эга булиб, уларда талаб этиладиган микроиклимни яратишда молиявий харажатларнинг 40 % гача кисми иситиш тизимига тугри келади [1,2]. Шу билан бир каторда иссикхонада хдрорат талаб этилган кийматдан ортиши натижасида харорат режимини бошкариш тизими, яъни иситиш-вентиляция курилмаларини ишлаши окибатида хам энергия тежаш муаммоси юзага келади.
Иссикхоналарда кулай микроиклим параметрларини яратиш ва саклаш усимликларнинг усиши, хосилдорлиги ва сифатига хамда энергия ресурслари сарфига хам таъсир килади. Кам энергия сарфи билан юкори хосилдорликка эришиш учун иссикхонада микроиклим параметрларини бошкариш ва назорат килишга тугри келади. Замонавий иссикхоналарда микроиклимнинг куйидаги мухим иссиклик-техник параметрлари, яъни хдвонинг харорати ва намлиги, хдводаги СО2 концентрацияси иситиш, вентиляция, хдвони намлантириш ва углерод диоксиди билан бойитиш курилмаларини бошкариш оркали назорат килинади
Шу сабабли, иссикхоналарнинг харорат-намлик режимининг математик моделини ишлаб чикиш долзарб масала булиб, математик модель иссикхонада харорат ва намликни узгариш жараёнларини адекват ифодалайдиган ва химояланган тупрок иншотининг ишчи хажмида микроиклим параметрларини бошкариш учун асос булиб хизмат килади.
Турли конструкцияли иссикхоналарнинг математик моделларини ишлаб чикиш ва бошкарув объекти сифатида тадкикот килиш охирги йилларда кенг ривожланди. V.P.Sethi, И.Ф.Бородин, Д.Кошкин [1, 2] томонидан бажарилган тадкикотларда иссикхоналарда динамик жараёнларни математик моделлаштириш ишлари амалга оширилган. Энергия ва массанинг сакланиш коидаларига асосланган иссикхонада хавонинг харорати ва намлигини бошкариш учун математик моделлар [3, 4, 5, 6] таклиф килинган.
Пиролиз курилмали ва иссиклик утилизаторли иссикхонанинг харорат-намлик режимини узига хос хусусиятлари булиб, иссиклик балансида пиролиз реакторидан утилизация килинадиган иссикликни хисобга олиш мухим хисобланади.
Иссикхоналарни математик моделлаштиришда, уларни мураккаб динамик тизим сифатида караш лозим, чунки иссикхонада хдвонинг харорати ва намлиги термодинамиканинг чизикли булмаган конунлари билан богланган, яъни
(КдрМИИ)
[1, 2, 3, 4].
y=/ (т, x, u, v),
(1)
бунда, / - ночизикли функция, т - вакт; х - узгарувчан параметрлар, яъни хавонинг харорати, намлиги, углерод диоксиди концентрацияси; и - бошкарувчи таъсирлар, иситиш курилмалари, вентиляция, намлантириш, ва хк.з.; V - ташки мухит таъсири, масалан ташки хавонинг харорати , намлиги, куёш радиацияси, шамол тезлиги ва хк.
Иссикхона микроиклимининг математик моделларини куйидаги 2 та гурухга ажратиш мумкин [3, 4, 5]:
1. Принципиал моделлар. Бундай типдаги моделлар иссикхонада содир буладиган иссиклик ва масса алмашинуви жараёнларига асосланиб тузилади ва бу жараёнлар физик интерпретацияга эга булган дифференциал тенгламалар билан тавсифланади.
2. Кибернетик моделлар. Бунда иссикхона "кора яшик" сифатида кабул килинади, кирувчи ва чикувчи параметрлар богликлиги урганилади. Бундай модделларнинг параметрлари идентификация усули ёрдамида тажрибада аникланади.
Тадкикот ишида пиролиз курилмали иссикхонанинг харорат-намлик режимининг математик модели принципиал модель асосида ишлаб чикилди.
Математик моделни ишлаб чикишда куйидаги соддалаштирувчи чекланишлар кабул килинди:
1. Модель иссикхонани деворлар, тепа шаффоф коплама ва пастки асос билан чегераланган хаво хажми сифатида интерпретация килади.
2. Иссикхона микроиклимини тавсифловчи параметрлар ф, ССО2,...) нинг фазода вакт давомида узгариши хисобга олинмайди.
3. Усимликларни (биомасса) жараёнда ривожланиши хисобга олинмайди.
4. Бошкарув объекти квазистационар холатда деб каралади.
"Мукобил энергия манбалари" кафедрасида 100 м фойдали майдонга эга булган плёнка копламали гелиоиссикхонанинг тажриба варианти курилди ва харорат режими тадкикот килинди.
Куйилган масалаларни ечиш максадида иссикхонанинг пиролиз курилмали-иссиклик генераторли ва иссиклик утилизаторли иситиш тизими ишлаб чикилди (1-расм).
1-расм. Иссикхонанинг пиролиз курилмали-иссиклик генераторли ва иссиклик
утилизаторли иситиш тизими.
Ушбу иситиш тизими 1-реактор-иссиклик генератори, 2- конденсатор - совутгич, 3-сепаратор, 4-газгольдер, 5-иситиш батареяси, 6-иссикхона ва 7-иссиклик энергиясининг утилизатори (сувли аккумулятор)дан иборат. Таклиф этилган комбинациялашган иситиш тизимида биринчидан, пиролиз курилмаси биомассадан мукобил ёкилги олиш имконини беради, иккинчидан курилманинг реактори бир вактда иссиклик генератори (сув иситиш козони) вазифасини хам бажаради ва атроф-мухдтга йукотиладиган иссиклик хисобига иссикхонани иситиш тизимини иссик сув билан таъминлайди, учинчидан конденсатор-совутгич кисмидан ташландик иссик сув энергиясини (иккиламчи энергия ресурси) утилизация килиш амалга оширилади.
Дастлабки тадкикотлар натижасида пиролиз курилмали ва иссиклик утилизаторли иссикхона иситиш тизимининг асосий иссиклик-техник параметрлари асосланди ва 1-жадвалда келтирилди.
Тадкикот килинаётган иссикхона иссиклик балансининг ностационар харорат режимидаги математик тенгламаси куйидагига куринишда булади:
Рв ' V • Срв ' §от + Qp + Qут №огр + Qвент)> (2)
бунда, рв - хавонинг зичлиги, кг/м3; V - иссикхона хажми, м3 (иссикхона ичкарисидаги хаво хажми); Срв ■- хавонинг солиштирма изобарик иссиклик согими, -Ж ; t(т) - иссикхона
ичкарисидаги хавонинг харорати, оС; Qот - иситиш тизимидан бериладиган иссиклик, Вт; т- вакт, сек; Qp - иссикхонага кирадиган куёш нурланиш энергияси, Вт; Qyт -иссиклик утилизатордан бериладиган иссиклик, Вт; (^огр - иссикхона деворлари (тусиклари)дан йукотиладиган иссиклик, Вт; 0,вент - вентиляция оркали кирган хавони иситишга сарфланадиган иссиклик, Вт.
(2) тенгламанинг хадларини очиб чикамиз: иссикхона иситиш тизимидан бериладиган иссиклик [7, 8, 9, 10].
Qот = Ст • Срвод- Вт, (3)
бунда, - иситиш тизимида иссиклик ташувчининг массавий сарфи, кг/сек; Тадкикот килинаётган иссикхона иситиш тизимида иссиклик ташувчи сув хисобланади. Срвод - сувнинг солиштирма иссиклик сигими, -Ж, ва £2 - иситиш тизимига кирувчи ва чикувчи сувнинг хароратлари, С.
1-жадвал.
Пиролиз курилмали ва иссиклик утилизаторли иссикхонанинг асосий иссиклик-
техник параметрлари
Т/р Параметрлар Улчов бирлиги Микдори
1 Иссикхонанинг иситиш майдони м2 100
2 Шаффоф коплама тури - Полиэтилен пленка
3 Иссикхона шакли - Ярим цилиндрик
4 Иситиш мавсумининг давомийлиги (Карши шахри) сутка 132
5 Ёкилги тури - Пиролиз ёкилгиси
6 Тусик коэффициенти Кт 2,23
7 Иссикхонани оптимал харорат режими °С 18-25
8 Уртача иссиклик юкламаси кВт 20-30
9 Намлик режими % 60-80
10 Вентиляция тизими тури - Эркин (табиий)
11 Иситиш тизимининг иссиклик ташувчиси - Сув
12 Реактор ички кувуридаги харорат °С 350-500
13 Реактор ташки кувуридаги сув харорати °С 70-80
14 Реактор ташки кувуридан иссикхона иситиш тизимига кирадиган сув харорати °С 70-75
15 Иситиш тизимидан кайтишдаги сувнинг харорати °С 50-55
16 Иссикхонанинг иситиш тизими ва реактор ташки кувуридаги сувнинг микдори кг 360 (реактор ташки сиртида 140, батарея + кувурларда 220 )
17 Иситиш тизимидаги сувнинг сарфи кг/сек 0,20-0,28
Иссикхона тусик конструкциялари (деворлари ва шаффоф копламаси)дан йукотиладиган иссиклик [10, 11, 12, 13]
Qoгр = ЕК • Р(гв Вт, (4)
бунда, К - тусик конструкциялари материалининг иссиклик узатиш коэффициенти,
г 2 М ^ - тусик ва деворларнинг юзаси м ;
Ьв - иссикхона ичкарисидаги хавонинг харорати, С;
Ьн - иссикхона ташкарисидаги хавонинг харорати, 0С.
Вентиляция оркали йукотиладиган иссиклик [11,12]:
Qвент ^вент Срв(^в ^н) Вт, (5)
бунда, Свент - вентиляция оркали кирадиган хавонинг сарфи, кг/сек; £в ва Ьн - иссикхона ичкарисидаги ва ташки хаво хароратлари, 0С.
^уёш нурланиш энергиясини тунги режимда Qр = 0 эканлигини хисобга олсак ва (3), (4), (5) тенгламаларни (2) га куйсак:
рв^Срв • = ^т • Срвод • — ^2) + ^утСрвод— £утг) —
(*в - О - СвентСрв^в (6)
Х,осил булган (6) дифференциал тенглама пиролиз иситиш курилмали ва иссиклик утилизаторли иссикхона иссиклик балансининг математик модели хисобланади. (6) тенгламани куйидаги дифференциал куринишга келтирамиз:
¿¿(г) , .
РвУСрв ■ ^ = Ст • Срвод ' — + СутСрвод{£ут1 — ^ут2) — ЕКР
№в — О — ^вентСрв(^в — О ёки
ЙТ = р ус ^ Срвод(^1 — ^2) + ^утСрвод{^ут1 — 'ут2) — — О — ^вентСрв(^в — О] (7)
Иссикхона ичидаги хавонинг хароратини Ьв = £(т)деб кабул киламиз. У холда (7) тенглама куйидаги куринишга келади:
~0т~ = РеУСрв ^ СРвод(^ - + СутСрвод{£ут1 - %т2) - Т) - ^ - СвентСрв(^(т) - О] (8)
яъни (8) тенглама чизикли бир жинсли булмаган биринчи тартибли дифференциал тенглама хисобланади.
Бу тенгламани куйидагича ифодалаймиз:
(ЕЯ^ + Свент • Срв) , . 1
■ +-77 --t(т) = ■
йт Рв • 7 • Срв Рв^Срв
[ст • Срвод — ^2) + ^утСрвод{^ут! — ^утг) + + ^вентСрв)] (9)
(9) тенгламани ечиш учун кушимча функция киритамиз:
р(т) = е Агар
(Е№+Свеят' ^ = сопзь булса, у холда
РвУСр,
п(Т) = е т (10)
(10) ифодани (9) тенгламага куямиз ва интеграллаймиз
(ЕКР+йвент ' Срв)' т
/■ _ [^шСрвод(^1—^2)+Сут' Срвод{^ут1~^ут2)^^н + Срв)]е Рв рв /"11\
Г(Т) = (ЕK"F+Gвенm ' СрвУ* ^ Г0, (11)
(Е^ + Свент'Срв^е Рв^Срв
бунда, £0 - иссикхона ичкарисидаги бошлангич харорат, 0С.
Иссикхона ичкарисидаги хавонинг намлик балансини куйидагича тенглама билан ифодалаш мумкин
, Л<р(т)
3. т/ __ _ _ _ 3.
Рв^ Л(_ ^вент ' фвент ^ух ' фух + ^буг, (12)
бунда рв - хавонинг зичлиги, кг/м ; V - иссикхона ички хажми, м ; ^(т) - иссикхона ичкарисидаги хавонинг абсолют намлиги, (кг сув/кг хаво); Свент - вентиляция билан кирадиган тоза хаво, кг/с; фвент - вентиляция билан кирадиган тоза хавонинг абсолют
намлиги (кг сув/кг х,аво); йух - иссикxонaдaн чикариладиган х,аво микдори, кг/с; фух - исси^онадан чикариладиган хдвонинг абсолют намлиги, (кг сув/кг х,аво); йбуг - ташкаридан киритиладиган бyFнинг (намлик) сарфи, кг/с.
(12) дифференциал тенгламанинг умумий ечими куйидагига тенг:
Сух ,т
ф(у-) _ (.^вепт'^вепт + ^буг)'1^в V +Фо (13)
е^-Сух
бунда, ^о - исси^онада хдвонинг бошлaнFич абсолют намлиги.
Х,осил килинган (11) ва (13) тенгламалар иссиккона микроиклимини, яъни хдрорат-намлик режимини ифодалайдиган математик модел 6Ули6, микроиклим параметрларини назорат килиш ва бошкариш учун асос 6Ули6 xизмaт килади. Ушбу тенгламаларни ЭХМда ечиб, иссикxонaлaрнинг реал микроиклим шароитлари учун натижалар олиш ва тах,лил килиш имконияти яратилади.
АДАБИЁТЛАР
1. Sethi V.P. On the selection of shape and orientation of a greenhouse: Thermal modeling and experimental Validation.// Solar Energy 83 (2009) 21-38.
2. Кошкин Д. Исследование динaмическиx xaрaктеристик системы управления микроклиматом теплицы. // Motrol. 2011. 13A. С. 189-195.
3. Taйсaевa ВТ. Моделирование теплового режима солнечной теплицы // Mеxaнизaция и электрификация сельского xозяйствa. 2007. №10. -с. 15-16.
4. ^кмаков HM. Математическая модель системы управления микроклиматом ангарные теплиц. // Гавриш. №3. 2008. с. 28-32.
5. Семенов В.Г., Крушель Е.Г. Математическая модель микроклимата теплицы. // Известия ВолгГУ. -2009. №6. -с.32-35.
6. Пешко М.С. Раскрытая математическая модель микроклимата грибной теплицы. // Молодой ученый. -2011. №9. -с.42-48.
7. Владыкин И.Р., Логинов В.В., Евтишин ВА., Елесин И.С. Tемперaтyрно-влaжностный режим работы отопительно - вентиляционные установок в теплицax. // Безопасность труда в промышленности. - 2013. -№3.
8. Владыкин И.Р., Логинов В.В. Энергосберегающий режим работыотопительно -вентиляционные установок в теплицax. // Безопасность труда в промышленности. - 2012. -№4. _с.23-26.
9. Фальчевская ЮА., Евтеев В.К. Tепловой баланс теплицы с биогазовой когенерационной установкой. // ^учно-практический журнал «Актуальные вопросы аграрной науки» -2014. -Выпуск 12. -с.27-35.
10. Кеньо И.М. Динамика температуры почвы и воздyxa в пленочные теплицax при выращивании раннего картофеля. // Шуковшращ ПФ HYEM Украши «КATУ». - 2013. -Выпуск 161. -с.82-90.
11.Давлонов X.A. Пиролиз курилмалари асосида гелиоиссикxонaлaрнинг энергмя самарадор иситиш тизимини ишлаб чикиш// теxникa фанлари бyйичa фалсафа доктори (PhD) илмий даражасини олиш учун диссертация автореферати, ^шкет; 2019 й. - 53 бет.
12. Узоков F.H., Давлонов X.A. Гелиоиссикxонaлaрнинг энергия тежамкор иситиш тизимлари. - ^шкет: Ворис, 2019. - 144 бет.
13. Патент на полезную модель № FAP 01438 от 26.12.2018. «Устройство для отопления теплицы». Aвторы: Узаков T.H., Давлонов X.A. Узакова М.
