Решение краевой задачи тепломассопереноса методом конечного интегрального преобразования Фурье 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. В работе без промежуточных математических преобразований представлена общепринятая система дифференциальных уравнений (как в размерном, так и в безразмерном видах), учитывающая основные и перекрестные процессы тепломассопереноса в дисперсных средах. Для данной системы уравнений рассмотрено частное аналитическое решение, которое учитывает не только основные, происходящие независимо друг от друга явления тепломассопереноса, но и влияние переноса водяных паров на формирование температурного поля слоя почвы. На примере фрезерного торфа представлены результаты решения данной задачи в виде одномерных нестационарных полей температуры и влагосодержания. С учетом заданных условий однозначности (геометрических, физических, начальных и граничных условий) установлено, что достижение требуемых значений влагосодержания и температуры произойдет через 6 ч. При этом изменение влагосодержания практически отсутствует в течение рассматриваемого периода на координатном отрезке z ∈[0;6,0] см. Решение математической задачи, реализованное в программной среде, позволяет контролировать тепловой и влажностный режимы почвы путем регулирования теплового потока на ее поверхности (в случае очевидной зависимости между величиной теплового потока и интенсивностью испарения с поверхности почвы). В силу того, что предложенное в статье решение является частным и не учитывает термодиффузию в слое почвы, то есть влияние разности температур на перенос влаги, представляется целесообразным и имеет научный интерес рассмотрение в дальнейшем общего решения системы дифференциальных уравнений взаимосвязанного тепломассопереноса.

1. 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.

2. Кабалоев Т.Х., Температурное поле тепличной почвы при термоэлектрическом способе нагрева / Гатуева К.К., Гокоев Т.М., Никколова Л.С. // Известия Горского государственного аграрного университета. 2018. Т. 55, № 4. С. 148-152.

3. Махмаёров Б., Самаров Ш. Температурные поля в почвах при различных режимах воздуха в теплицах // Вестник Таджикского национального университета. 2017. № 1. С. 145-149.

4. Барановский Н.В. Экспериментальное исследование режимов теплового воздействия на слой почвы при инертном прогреве / Максимов В.И., Разва А.С., Базаров А.В. // Инженерно-физический журнал. 2020. Т. 93. № 6. С. 1455-1460.

5. Дородов П.В. Применение инфракрасного нагрева при обеззараживании почвы в защищенном грунте и механизм распространения тепла / Поспелова И.Г., Возмищев И.В., Титов И.В. // Электротехнологии и электрооборудование в АПК. 2022. Т. 69, № 2 (47). С. 59-64.

6. Туголуков Е.Н. Решение задач теплопроводности методом конечных интегральных преобразований: учеб. пособие. Тамбов: Изд-во Тамбовского университета, 2005. 116 с.

7. Павлов М.В., Карпов Д.Ф. Решение краевой задачи тепломассопереноса методом источников для условий лучистого обогрева почвы // Природообустройство. 2023. № 4. С. 15-20.

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

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

10. Лыков А.В. Теория сушки: учеб. пособие для втузов. М.: Энергия, 1968. 472 с.

11. Куртенер Д.А., Усков И.Б. Климатические факторы и тепловой режим в открытом защищенном грунте. Л.: Гидрометеоиздат, 1982. 232 с.

12. Лыков А.В., Михайлов Ю.А. Теория переноса энергии и вещества. Минск: Изд-во АН БССР, 1963. 332 с.

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