Аэронизация сельскохозяйственных помещений

Естественный воздушный состав характеризуется наличием ионов обусловленных космическим излучением и радиацией земли (заряженные частицы).

Легкие ионы – ионизированные молекулы, окруженные нейтральными молекулами водяного пара.

Тяжелые ионы – заряженные аэрозольные частицы (воды, пыль в воздухе).

На 1 см3 воздуха приходится 500-1000 легких ионов и несколько тысяч тяжелых.

Для организмов наибольшее значение имеют легкие отрицательные ионы, они усиливают окислительно-восстановительные, обменные процессы, усиливают легочно-газовый обмен, активизируют ферменты, усиливают сопротивляемость болезням. При определенных режимах аэроионизации повышаются все показатели сельского хозяйства животных. (выход цыплят при инкубации до 6%, сохранность при выращивании до 10%, яйценоскость –10%, прирост – 20%, удой –10%, прирост поросят на 15%).

Положительные аэроионы действуют на живые организмы отрицательно, приводят к заболеваниям сердечно-сосудистой системы, повышается усталость.

    В производственных помещениях, организациях ионизация «+» ионов повышена.

Искусственно аэроионизация осуществляется аэроионизатором. Наиболее простой «люстра Чижевского», представляет собой металлическую сетку с острыми иглами (400-500шт на 1м2) U=40-50кВ. Подвешивается к потолку помещения, отрицательный подается на люстру, положительный на пол (металлический).

Ток разряда Iраз=0,1Ма, создает 1010 ионов в секунду.

Положительное влияние:

Создают легкие отрицательные ионы в нужной концентрации.

Создается азон.

Очищается воздух, так как пыль заряжается и осаждается на пол.

Методика расчета на проволочных электродах.

Определение исходных данных: вид, возраст животного, кормление, способ вентиляции его;

Определяем, рекомендуемое значение концентрации легких отрицательных ионов;

Находят удельную силу тока (на единицу объема помещения) по формуле Багирова:

IV=0,44·10-12 n2 [мкА/м3];

n – количество ионов в единице объема.

 Определяем общую силу тока на всю систему электродов.

I=IV·V·10-6, [A];

 Рассчитывают удельную силу тока на единицу длины коронируемого электрода.

IL=I/L, [A/м];

 Из ВАХ определяем значение напряжения коронного разряда.

ВАХ экспериментальна или по формуле.

IL=k·ε0·G

k – подвижность ионов, м2/(В·с),

G – функция напряженности поля и геометрических параметров электродов.

 [В2/м2]

h – высота размещения коронируемого электрода над полом;

U – напряжение на коронируемых электродах.

А – функция, зависящая от коронируемой системы.

 

Из формулы находим требуемое напряжение.

Аэрозольная техника.

Аэрозольной называется система состоящая из твердых или жидких частиц взвешенных в воздухе.

Размеры частиц от 1нм до 1мм.

Аэрозоли из-за высокой площади поверхности на единицу объема обладают большой физико-химической активностью (мука –300гр на м3 взрывоопасна).

С помощью аэрозолей проводят дезинфекцию и дезинсекцию, обработку ядохимикатами семян и растений, окраску изделий.

 

Аэрозольный генератор

 

 

 

Электрофильтрация воздуха

1. Электрические фильтры:

по способу очистки:

а) сухой очистки  

б) мокрой очистки           

в) электрические фильтры

 

по конструкции:

                           а) пластинчатые

                           б) трубчатые

сухая:

1) однозонная

2) двухзонная

В однозонных фильтрах заряд и осаждение происходит в одной зоне, в двухзонных - в двух.

Двухзонный электрофильтр

 

Недостатки: частица может перезарядится и улететь. Удаляют – электрод и у диэлектрика.

 

 

Физические основы электрической очистки газа.

Фаза очистки:

Зарядка взвешенной частицы происходит во внешней зоне коронного разряда, эта зона заполнена отрицательными ионами и свободными электронами. При пропускании через электрический фильтр запыленного газа частицы его поляризуются, к частицам его прилипают ионы из объемного заряда, созданного короной. Заряд идет до тех пор, пока заряд осевших на частицах ионов не сравняется с внешним полем.

Заряженная частица движется к осадительному электроду.

Осаждение частиц на электрод.

Удаление осевших частиц с электрода.

Зарядка частиц: производится во внешней зоне коронного разряда. Эта зона заполнена отрицательными ионами и свободными электронами (есть объемный заряд) скорость движения ионов 10-60 м/с. Характеризуется подвижностью ионов k.

 Подвижность ионов k – это скорость движения ионов при тнапряжении поля в 1 В/м.

Газ	k·104
Азот	8
Водород	8,13

Подвижность отрицательных ионов выше

Подвижность ионов зависит от температуры, влажности, давления газа, чистоты газа. В однородном газе подвижность в десятки раз выше. При пропускании через электрический фильтр запыленного газа или пыли, частицы его поляризуется.

К частицам налипают ионы из объемного разряда, созданного короной.

Заряд идет до той поры, пока заряд осевших на частице ионов не сравниться с внешним полем.

Заряд частицы

е – заряд электрона;

n0 – концентрация отрицательных ионов ();

t - время зарядки;

ε0 – диэлектрическая проницаемость.

Сущность 2 механизма зарядки.

1. Ударная, для частиц > 1 мкм.

2. Диффузионная для частиц до 0,1 мкм.

Максимальный заряд при ударной зарядке.

где εr – диэлектрическая проницаемость частицы;

Eз – напряженность поля в точке зарядки частицы;

r - радиус частицы.

Максимальный заряд получается ≈ за 0,1 сек.

Для диффузионной зарядки:

К – постоянная Больцмана;

m – масса частицы;

А – const;

Т – температура.

А – функция зависящая от начальной концентрации частиц электронов.

Движение заряженных частиц.

Скорость движения заряженной частицы зависит от Кулоновской силы, силы тяжести, давления электрического ветра, силы сопротивления среды.

Кулоновская сила.

Еос – напряженность осаждения.

Сила тяжести.

Диаметр частицы d, мкм	100	10	1
Скорость падения V, м/с	0,3	0,003	0,00003

Для меньших частиц скоростью падения пренебрегают

Сила электрического ветра – скорость электрического ветра не более 1 м/с, он обусловлен тем, что заряженная частица двигается, сталкивается и увлекает за собой частицы воздуха, в результате возникает ветер (движение воздуха). Электрический ветер чаще всего не учитывают.

Сила сопротивления среды определяется по закону Стокса (в зависимости от вязкости среды).

Fср.=6π·μ·r·Wg.

Wg – скорость дрейфа частицы (движения её к осадительному электроду);

μ – вязкость воздуха;

r – радиус частицы.

Для частиц р-рами больше длины свободного пробега скорость частицы.

Для более мелких частиц существуют поправки.

Осаждение частицы.

После того как частица осела на электрод идет ее разрядка, зависящая от материала частицы, материала электрода и так далее.

На частицу действует сила кулона, сила молекулярного притяжения, сила индукционного заряда, сила зеркального отображения.

В зависимости от диэлектрических свойств и удельного сопротивления, делят на группы:

а) хорошо проводящая пыль r<104Ом см (плохо улавливается на электроде, так как быстро перезаряжается на электроде и уносится воздушным потоком).

б) Плохо проводящая пыль r=104-1010Ом см. Разряжается медленно, необходимо стряхивать с фильтра.

в) Практически не проводящая пыль r>1010Ом см. Практически не разряжается на электроде, следовательно покрыв тонким слоем электрод остальные частицы к нему не пускает. Поэтому покрыв небольшим слоем электрод остальные частицы уже не пускают (компенсируют заряд электрода). При этом возможно возникновение обратной короны. Такую пыль смачивают (электрод отряхивают очень часто).

 

Удаление пыли

В промышленных условиях пыль из фильтров удаляют:

1. стряхиванием,

2. промывкой водой.

Элементы конструкции электрофильтров (основные элементы):

Корпус;

Узлы подвода и вывода газов;

Коронированные и осадительные электроды;

Системы очистки электродов;

Изоляторные коробки.

В корпусе электроды.

Для лучшей работы нужна равномерность движения газов в электрофильтре.

 

Эффективность (степень) очистки

Эффективность очистки можно определить:

 - для трубчатого фильтра.

Z1 – концентрация пыли на входе;

Z2 – концентрация пыли на выходе;

η=0,8-0,97;

L – длина трубы;

R – радиус трубы;

Ur – скорость воздуха в трубе.

 - для пластинчатого электрофильтра.

Н – расстояние между коронируемым и осадительным электродом.

,

 - удельная площадь осаждения.

Высоковольтные источники питания для установок ЭИТ.

Источник должен обеспечивать:

1. Стабильность напряжения;

2. Плавкость и глубину регулирования выходного напряжения;

3. Высокий КПД;

4. надежность в работе;

5. Компактность;

6. Экономичность;

7. Безопасность в работе.

 

Ультразвуковая технология

Ультразвук – механические колебания среды с частотой 15 кГц-1 ГГц

Слышимый диапазон 16 Гц-20 кГц

Звуковые колебания по синусоиде определяется амплитуда.

Мощность звука Р_змех=2prcfA [Вт]

r - плотность среды

с – скорость распространения звука в среде

f – частота колебаний в Гц

А – амплитуда колебаний

rс – волновое сопротивление.

Величина переносимой ультразвуком энергии – это интенсивность ультразвука.

Физический смысл – это энергия, приходящаяся в единицу времени на единицу площади, перпендикулярен распространению звука, (т.е. мощностью на единицу площади).

 - интенсивность ультразвука.

Энергия звука уменьшается при удалении от источника.

 - закон Гугера – закон поглощения ультразвука.

α – коэффициент поглощения средой 1/м;

х – расстояние от источника;

I₀ – интенсивность у источника.

Звук отражается, преломляется, огибает.

Коэффициент отражения – отношение интенсивности отраженной волны к интенсивности падающей.

 

 При переходе из среды с большой плотностью в среду с меньшей К₀ приближается к 1.

Ультразвук вызывает ряд эффектов.

 П ервичные – те которые вызывает сам ультразвук.

1. звуковое давление;
2. поглощение ультразвука;
3. явление кавитации - разряжение или образование полостей в жидкой среде, которые закапываются и создают большое давление.

 

Вторичные – механические, биологические, тепловые ХНМ воздействие, обуславливаемые первичным воздействием.

1. УЗ коагуляция – образование более крупных из более мелких;
2. повышение температуры;
3. микро массаж;
4. нагрев живой ткани;
5.  Физико-химическое превращение в живой ткани.

При частоте = 1 МГц можно получить мощность до 10 Вт/см², рядом с источником.

Генерирование ультразвука

Ультразвуковой преобразователь предназначен для преобразования электрической энергии в энергию ультразвука.

Частота тока

Бывают: электромашинные, ламповые, полупроводниковые.

Тиристоры хуже коммутируются – частота сравнительно ниже, но можно получить большие мощности. Тиристоры и лампы коммутируются лучше.

Блок схема преобразователя УЗ

 

 

I. переменным напряжением ультразвуковой частоты

II. усиление электрической энергии ультразвуковой частоты

III. акустический ультразвук

IV. концентратор (Акустический трансформатор).

 

Преобразователь электрического ультразвукового сигнала в акустический

Концентратор (акустический трансформатор)

 

В качестве задающего генератора используют мультивибраторы, например УЗГ 8-01; УГГ-4

Преобразователи:

1 – магнитострикционный преобразователь – стержень на котором на котором намотана катушка при изменении магнитного поля стержень изменяет геометрические размеры, для уменьшения вихревых токов стержень стержень выполняют из пластин. Сила звука до 10 Вт/см². Работает с частотами 200кГц

2 Ферритовые (железные) излучатели Р= до 2 Вт/см². Высокая частота ультразвука.

3 Пьезокерамические – кристаллы кварца вырезанные в определенной области кристаллической решетки. При приложение электрического импульса к граням кристалл меняет геометрические размеры Р=до 3 Вт/см². Частота любая.

4 Концентратор – представляет собой стержень переменного сечения присоединенный к излучателю широким концом.

 

 

Применение ультразвука

1. Обработка металлов (пробивка фасонных отверстий в деталях);
2. ускорение обезжиривания деталей;
3. сушка материалов;
4. стирка ткани;
5. мойка шерсти;
6. пайка и сваривание металла, пластмасс;
7. контроль качества сварных швов;
8. контроль качества автомобильных шин;
9. пастеризация молока и сока;
10. получение эмульсии;
11.  диспергирвование (разбивание) и оакугулеция веществ;
12. ультразвуковая обработка семян;
13. биологическое действие – борьба с насекомыми, отпугивание грызунов.

Пробивка фасонных отверстий в деталях.

 

 

Применение в ремонте деталей (наплавка коленвалов, вибродуговая наплавка).

Биологическое действие УЗ:

УЗ используется при пастеризации молока, соков, предпосевная обработка, лечение животных, отпугивание грызунов.

В ветеринарии мощность 1-2 кВт/м², частотой о т сотен кГц до МГц. Лечат масти у коров. Фонофорез (проникновение лекарств внутрь через поверхности кожи, с помощью УЗ. Лучше электрофореза, т.к. лекарство проникает в клетку ткани, а при электрофорезе – между клеток. УЗ применяется для лечения ран, фурункулеза, опорно-двигательного аппарата (суставы) интенсивность 2-4 Вт/см².

Под воздействием УЗ происходит размягчение тканей и ускоряется рассасывание болезней. Лечение связок, сухожилий, воспаление скелетных мышц (миозит). При лечение катаракты глаз (замутнение зрачка) f=800 кГц, 0,3-0,4 Вт/см² (фонофорез).

Лечение опухолей, мужских болезней.

Использование УЗ для связи и информации используется небольшие источники (пример пьезокерамические преобразователи).

Методы получения информации делят:

1. Методы, основанные на изменении скорости распространения УЗ (в зависимости от плотности среды и наличия в ней примесей).

2. Методы, основанные на отражении УЗ на грани двух сред.

Скорость звука и его поглощение зависит от плоскости среза наличия и инородных включений в ней, от её влажности, температуры. Это используется во влагомерах (сорбционные тигрометры).

Используются свойства материалов изменять свои геометрические растворы под действием влажности.

Например: Пьезокварцевые сероционные q датчики.

Разность потенциалов пропорциональна влажности.

ДОВП-1 марка пьезосодержащих датчиков. Применяется в составе регуляторов влажности. Диапазон регулирования от 0 до 100 %φ, погрешность 5%, инерционность ≈2 мин.

Применение УЗ для определения жирности молока. Чем больше в молоке жировых мариров, тем больше поглощение УЗ.

1. Генератор;

2. Преобразователь УЗ;

3. Приемник УЗ и преобразователь эл.;

4. Усилитель;

5. Индикатор, приборы.

Жирность 2-6 %, погрешность 0,2-0,3 %.

Приборы на основе отражения УЗ.

Определение супоросности свиноматок или стельности коров.

УЗ пускают через тело животного и судят по плотности.

Датчики для измерения быстропеременных давлений.

1 - стальной корпус; 2,4 – пьезокерамические датчики (из титаната бария); 3,5 – стальные электроды.

Под действием F идет сжатие (растение) д-ков ═> разность потенциалов.

С₁+С₂=С₃, R₁=R₂.

4 – измерительный диск, 2 – для настройки.

При настройке SА разомкнут U_вых.=0. Затем SA замыкают и сигнал идет только с датчика 4.