Расчет температуры охлаждения (нагревания) семян при их водотермической обработке Текст научной статьи по специальности «Физика»

Таблица 2

Результаты химического анализа зерна

Вари- Содержание Содержание Содержание Содержание

ант белка,% сырой золы, % сырой клетчатки, % крахмала, %

11,1 3,52 14,6 32,7

100* 100 100 100

11,4 3,57 15,4 33,0

103 101 105 101

11,6 3,74 16,7 33,3

105 106 114 102

11,3 3,69 14,8 33,5

102 105 101 102

* — в знаменателе % к контролю.

При этом наилучшие результаты (прибавка 8 %), с одной стороны, у варианта с непрерывной обработкой семян, с другой — в варианте III с импульсной обработкой отмечены наибольшие прибавки по содержанию белка и сырой клетчатки.

Выводы

1. Обработка одинаковыми дозами непрерывного и импульсного излучения (варианты II и IV) не дает одинаковых результатов.

2. Непрерывное излучение дает большие прибавки урожайности при предпосевной обработке, а импульсное излучение — лучшие качественные показатели зерна.

3. Хотя исследованная оптико-электронная активизация в диапазоне около 405 нм и дает положительные результаты, прибавки являются сравнительно небольшими. Поэтому следует проводить дальнейшую оптимизацию излучателей по спектру, для чего можно применять более дорогостоящие ультрафиолетовые светодиоды, диапазон из-

лучения которых более близок к максимуму спектра чувствительности семян.

Список литературы

1. Справочная книга по светотехнике / Под ред. Ю.Б. Айзенберга. — 3-е изд. — М.: Знак, 2006. — 972 с.

2. Беляков, М.В. Перспективы применения светодиодов для предпосевной обработки семян / М.В. Беляков, А.Н. Конаков // Проблемы и перспективы развития аграрного производства: сб. материалов Междунар. науч. конф. — Смоленск, 2007. — С. 23—25.

УДК 631.53.027.33.001.5

Л.В. Навроцкая, канд. техн. наук

Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина

РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРЫ ОХЛАЖДЕНИЯ (НАГРЕВАНИЯ) СЕМЯН ПРИ ИХ ВОДОТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ

Усиление стимуляционных процессов в семенах может быть достигнуто путем воздействия на семена водотермической обработки (ВТО — поочередное смачивание семян водой контрастных температур) с одновременным пропусканием переменного электрического тока (ВТО + I).

При таком комплексном воздействии на семена наблюдаются процессы электродиффузии и электроосмоса влаги в них. В результате увеличивается количество горячей воды, поглощаемой семенами за один цикл обработки, а следовательно, и за весь процесс обработки ВТО + I. Увеличение количества тепловой энергии, поглощаемой при этом семенами, ведет к повышению эффективности стимуляционных процессов роста и развития проростков обработанных семян.

Количество поглощаемой семенами тепловой энергии может быть оценено путем определения

температуры семени при различных способах воздействия.

При водотермической обработке семя подвергается воздействию водой двух постоянно чередующихся температур 20 и 40 °С в течение определенного времени, при котором происходит его поочередное нагревание и охлаждение. В данном случае наблюдается конвективный теплообмен между поверхностью семени и окружающей средой. Перенос тепла происходит также из-за диффузии. Закон конвективного теплообмена достаточно сложен, и для упрощения задачи он может быть принят в виде закона Ньютона—Рихмана.

В силу закона Ньютона—Рихмана скорость охлаждения (нагревания) тела и окружающей среды — процесс неравномерный. С изменением разности температур в течение процесса меняется также и скорость охлаждения (нагревания) тела [1].

9

Дифференциальное уравнение охлаждения семени:

тт _ *Т- )■

где Т — температура семени, °С; Тв — температура окружающей семя воды, °С; к — коэффициент пропорцио-йТ

нальности;------скорость охлаждения семени; т — про-

с1х

должительность охлаждения семени до определенной температуры, с.

Разделив переменные

йТ _ й (Т - Тв) Т - Т„ ~ Т - Т

и интегрируя, получим г Тк йТ

I" кйт; •ю

Т - Т

1п_к----в _ кт;

Т - Т

* н 'в

Т - Т

1 к 1 в _ ект

Т - Т ’

* н -‘в

где Тк и Тн — соответственно конечная и начальная температуры охлаждения, °С.

Конечная температура семени при его охлаждении

Тк = Т + (Тн — Тв)ект.

Этот расчет нужен для определения максимальной продолжительности пребывания семян в воде при оптимальной температуре в процессе ВТО, для стимуляции развития их проростков.

Распределение температуры на поверхности и в центре семени при его охлаждении и нагревании определяется, прежде всего, после расчета критерия Рейнольдса:

Re _ ^,

V

где wo — скорость набегающего потока воды, м/с; I—длина семени, мм; V — коэффициент кинематической вязкости воды, м2/с [2].

Для практических условий можно считать, что при Re > 5 • 105 поток воды в пограничном слое будет турбулентным.

Зная коэффициент Рейнольдса, можно определить число Нуссельта, в формулу которого он входит. Для капельной жидкости (вода) при ее турбулентном движении число Нуссельта [1]

\0,25

Pr

х хв

Рг,-

где Ргв, РГс — критерий Прандтля соответственно для жидкости с температурой, омывающей семя, и для жид-

кости, равной температуре омываемого семени (определяется по таблице в работе [2]).

Значение числа Нуссельта входит в формулу коэффициента теплоотдачи, Вт/м-град:

а _ Nu —,

I

где Хв — теплопроводность воды, Вт/м-град.

Определив коэффициент теплоотдачи при охлаждении и нагревании семени, вычисляем критерии Био В1 и Фурье (безразмерное время) Fo:

8^

Т" ’

где 51 — половина толщины семени, м; X — теплопроводность семени, Вт/м-град;

~ ат Бо _ —г,

§2

где а — коэффициент температуропроводности, м2/с; т — продолжительность воздействия, с.

Затем определяем безразмерную температуру центра семени при его охлаждении с помощью графиков 9Х=О = /1(В1, Fo) и 9Х=б = /2(В1, Fo) [3], выражающуюся уравнением

Б1 _

0 _

-с - - в

К - -„

где ^ — температура центра семени, °С; гв — температура жидкости, окружающей семя, °С; 10 — начальная температура семени, °С.

Безразмерная температура центра семени при его нагревании, определенная с помощью графиков, выражается уравнением:

0 _ .

- в - - о

Зная температуру окружающей семя воды, начальную температуру семени и значение безразмерной температуры, можно определить температуру центра семени, т. е. при его нагревании и охлаждении, а следовательно, вычислить количество энергии, которую получает семя при ВТО.

Список литературы

1. Генетическая активность импульсного концентрированного солнечного света при воздействии на семена растений / В.В. Моргун [и др.] // Проблемы фотоэнергетики растений: тезисы докладов. — Львов: Вольная Украина, 1984. — С. 174—175.

2. Преображенский, В.П. Теплотехнические измерения и приборы / В.П. Преображенский. — М.: Энергия, 1978. — 406 с.

3. Краснощёков, Е.А. Задачник по теплопередаче / Е.А. Краснощёков, А.С. Сукомел. — М.: Госэнергоэз-дат, 1963. — 224 с.