Решение краевой задачи тепломассопереноса методом источников для условий лучистого обогрева почвы

Цель исследований – нахождение, прогнозирование и регулирование температурно-влажностного режима почвы для условий лучистого отопления культивационных сооружений с применением потолочных инфракрасных излучателей темного типа. Представлена система дифференциальных уравнений (в размерном и безразмерном видах), отражающая взаимосвязь тепловых и массообменных процессов в коллоидных капиллярно-пористых телах в случае поверхностного лучистого обогрева. Рассмотрено частное аналитическое решение данной системы дифференциальных уравнений для полуограниченного тела при исключении явления термовлагопроводности и пародиффузионных процессов. На примере фрезерного торфа с учетом исходных данных получено решение краевой задачи тепломассопереноса методом источников, представляющее собой одномерные нестационарные поля влагосодержания и температуры. Установлено, что при заданных начальных и граничных условиях, а также с учетом теплофизических свойств фрезерного торфа достижение требуемого значения влагосодержания произойдет через 6 ч, температуры – через 3 ч. Регулируя тепловую мощность источника инфракрасного излучения, а значит, и интенсивность испарения влаги с поверхности почвы в окружающую среду, можно управлять скоростью прогрева и сушки слоя (например, для определения времени или периодичности полива почвы). Для уточнения значений влагосодержания и температуры почвы по координате и во времени представляется целесообразным рассмотрение аналитических решений, учитывавших не только основные, но и сопряженные процессы диффузии теплоты и массы.

1. РД-АПК 1.10.09.01-14. Методические рекомендации по технологическому проектированию теплиц и тепличных комбинатов для выращивания овощей и рассады: утв. врио директора Департамента научно-технологической политики и образования Минсельхоза России А.А. Вельматовым от 13 августа 2014 г.М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2014. 104 с.

2. Болотских Н.Н. Инфракрасный обогрев теплиц с помощью электрических длинноволновых нагревательных панелей // Энергосбережение. Энергетика. Энергоаудит. 2015. № 9 (140). С. 43-52.

3. Ilichev V.Yu. Development of procedure for determination of characteristics of heated polycarbonate greenhouses // International Research Journal. 2021. № 2 (104). Pp. 132-135. DOI: 10.23670/IRJ.2021.103.2.025.

4. Калегин И.В. Сравнение и оценка эффективности видов отопления тепличных комплексов в зимний период // Вестник науки. 2020. № 7 (28). С. 75-85.

5. Бровка Г.П., Агутин К.А. Компьютерное моделирование теплового режима промерзающих торфяных почв // Природопользование. 2015. № 27. С. 159-166.

6. Хворова Л.А., Брыксин В.М., Скобова Т.С. Моделирование теплового режима почвы с учетом приходящей длинноволновой радиации // Известия Алтайского государственного университета. 2005. № 1 (35). С. 74-77.

7. Боярская А.В. Численное моделирование теплофизических параметров теплового режима почв // Прикладная математика и фундаментальная информатика. 2014. № 1. С. 135-139.

8. Яшин В.М., Глазунова И.В. Обоснование требований растений к регулированию водного режима почв и его контроль // Природообустройство. 2022. № 5. С. 15-21. DOI: 10.26897/1997-6011-2022-5-15-21.

9. Микайылов Ф.Д., Шеин Е.В. Граничные условия при моделировании переноса тепла в почве // Агрофизика. 2014. № 4. С. 1-6.

10. Рысбайулы Б., Карашбаева Ж.О. Влагои термофизические характеристики уравнения тепломассопереноса в почве // Вестник КазНПУ им. Абая. Серия «Физико-математические науки». 2021. № 4 (76). С. 51-58. DOI: 10.51889/2021-4.1728-7901.07.

11. Михайлов Ю.А., Глазунов Ю.Т. Вариационные методы в теории нелинейного теплои массопереноса. Рига: Зинатне, 1985.190 с.

12. Павлов М.В. Исследование процессов тепломассопереноса в слое почвы на примере фрезерного торфа при инфракрасно-лучистом обогреве: учебное пособие / Павлов М.В., Карпов Д.Ф., Синицын А.А. и др. Вологда: ВоГУ, 2015. 192 с.

13. Лыков А.В. Теория сушки. М.: Энергия, 1968. 472 с.

14. Куртенер Д.А., Усков И.Б. Климатические факторы и тепловой режим в открытом защищенном грунте. Л.: Гидрометеоиздат, 1982.232 с.

15. Антонов В.Я., Малков Л.М., Гамаюнов Н.И. Технология полевой сушки торфа. М.: Недра, 1981. 239 с.

16. Ковда В.А. Основы учения о почвах. Общая теория почвообразовательного процесса: В 2 т. Т. 1. М.: Наука, 1973. 456 с.

17. Лыков А.В. Теория теплопроводности: учебник для вузов. М.: Высшая школа, 1967. 600 с.