авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |

МЕТОД ЭКСПРЕСС-АНАЛИЗА ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ И ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ УСТАНОВОК ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОБЪЕКТЫ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Курзин

Николай Николаевич

МЕТОД ЭКСПРЕСС-АНАЛИЗА ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

ПОКАЗАТЕЛЕЙ И ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ УСТАНОВОК

ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОБЪЕКТЫ

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА

Специальность: 05.20.02 – Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Краснодар 2008

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном

учреждении высшего профессионального образования

«Кубанский государственный аграрный университет»

(ФГОУ ВПО КубГАУ)

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Оськин Сергей Владимирович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Загинайлов Владимир Ильич

доктор технических наук, профессор

Пахомов Виктор Иванович

доктор технических наук, профессор

Никитенко Геннадий Владимирович

Ведущая организация: ФГОУ ВПО «Челябинский государственный

агроиженерный университет»

Защита состоится 27 ноября 2008 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д220.038.08 при ФГОУ ВПО Кубанский государственный аграрный университет по адресу: 350044, г. Краснодар, ул. Калинина 13, КубГАУ, корпус факультета энергетики и электрификации, ауд. № 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет».

Автореферат разослан 27 октября 2008г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук, профессор С.В. Оськин

Общая характеристика работы

Актуальность темы. За годы реформирования, в ходе которых осуществлялся переход на рыночные механизмы хозяйствования, аграрный сектор оказался в кризисном состоянии: объемы капитальных вложений в АПК (в сопоставимых ценах) уменьшились в 20 раз; парк основных видов сельскохозяйственных машин сократился на 40 – 50%; посевные площади уменьшились на 32,3 млн. гектаров, или почти на треть. Применение органических удобрений снизилось в 6 раз, а минеральных в 7 раз. Поголовье крупного рогатого скота и свиней уменьшилось на 51%, овец и коз – на 75%, птицы – на 48%. Производство зерна сократилось в 1,8 раза, сахарной свеклы – в 2,2, молока – в 1,7, мяса – в 2,2, яиц – в 1,4, шерсти – в 5,6 раза. Общий объем валовой продукции сельского хозяйства во всех категориях хозяйств снизился на 37%, а доля отрасли в валовом внутреннем продукте страны сократилась с 16,5 до 7,1%.

Создание эффективного, конкурентоспособного агропромышленного производства, обеспечивающего продовольственную безопасность страны, наращивание экспорта отдельных видов сельскохозяйственной продукции – важнейшие стратегические цели агропродовольственной политики государства сегодня. В перечень перспективных технологий включены направления, связанные с нанонаукой. Использование энергии электромагнитного поля различной частоты существенно дополняет возможности электротехнологии в сельском хозяйстве. Широкое применение аппаратов электромагнитного воздействия на биосистемы в сельскохозяйственном производстве перспективно с точки зрения затратного механизма при проектировании, изготовлении и эксплуатации подобных устройств. Экспериментальные данные отечественных и зарубежных исследователей свидетельствуют о повышении биологической активности при использовании электромагнитных полей (ЭМП) во всех частотных диапазонах. Механизмы действия неинтенсивных полей (электромагнитного излучения естественного поля Земли, современной электронной и электротехнической аппаратуры) изучены не в полной мере, а в то же время большинство биологических объектов проявляют достаточно высокую чувствительность к ним. При наличии большого многообразия индивидуальных особенностей клеточных организмов, подвергаемых воздействию электромагнитных волн искусственного происхождения в сельскохозяйственном производстве, недостаточно разработана методическая и теоретическая концепции, позволяющие проектировать аппараты для электротехнологической обработки биосистем с целью стимулирования процессов жизнедеятельности.



Исследования по теме диссертации выполнялись в рамках научно-исследовательских работ в соответствии с госбюджетной темой ФГОУ ВПО «Кубанский ГАУ» на 2000-2005гг. (№ГР01200113477 и на 2006-2010гг. (№ГР01200606851).

Рабочая гипотеза. Характер перемещения электронов по квазипериодическим молекулярным системам и его изменение при внешних электромагнитных воздействиях можно оценить с помощью аппаратно-программных продуктов, основанных на использовании высокоскоростной обработки сигналов и построении графиков интегральных оценок энергетических процессов в биологических системах.

Целью диссертационной работы является разработка метода экспресс-анализа электротехнологических показателей и выбор параметров установок для стимуляции жизнедеятельности объектов сельскохозяйственного производства при электрофизическом воздействии с его метрологической оценкой.

Объект исследования – биологические объекты сельскохозяйственного производства, подвергающиеся электромагнитному воздействию как естественного, так и искусственного излучения, и опытные образцы разрабатываемых для современных электротехнологий технических устройств и средств диагностики.

Предмет исследования – электрофизические методы определения количественных показателей, воздействующих на параметры сельскохозяйственной продукции с математических моделированием динамических процессов объектов.

Методологическая база и методы исследования. В основу конструирования аппаратов и устройств электрофизического воздействия и средств экспресс-анализа результатов обработки сельскохозяйственных объектов, положен методологический прием, в рамках которого сами объекты и технология их обработки рассмотрены как сложные нелинейные системы, в которых происходят скоротечные по времени изменения параметров жизнедеятельности, определяющие в итоге энергетические и экономические показатели производства конечной продукции.

Поставленные задачи решались с использованием методов схемотехники, теории исследования биологических систем животного происхождения, теории вероятности и математической статистики, теории корреляционного и регрессионного анализов, методов активного планирования эксперимента.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

- предложен новый метод экпресс-анализа результатов воздействий электромагнитных полей на биологические системы с использованием методов исследования твердого тела и применением аппаратно-программных изделий, основанных на высокоскоростной обработке сигналов в оценке энергетических процессов в исследуемых системах;

- с помощью полной системы уравнений Максвелла определены пределы применения квазистатического приближения по оценке характера электромагнитных полей с учетом нелинейности, проявляющейся на мембране клетки, что существенно упростило решение электромагнитной задачи;

- получены математические модели на основе дискретного и быстрого преобразований Фурье, которые положены в основу при проектировании прибора цифровой оценки сигналов биоэнергетической природы;

- предложена инструментальная оценка спектральных составляющих электромагнитных полей разрабатываемых устройств электрофизического воздействия на биологический материал на основе современных быстродействующих микроконтроллеров в составе аппаратно-программного изделия;

- обоснована методика электромагнитной обработки объектов биологического происхождения с определенными параметрами, влияющей на рост их активности в процессе жизнедеятельности.

Практическая значимость и ценность работы заключается в следующем:

1. Разработаны технические конструкции аппаратов магнитной обработки биосистем, использующие пульсирующее электромагнитное поле, вращающееся с заданной частотой и амплитудой, которые используются в сельскохозяйственном производстве ряда предприятий Южного федерального округа.

2. Создан цифровой прибор метрологической оценки электромагнитных составляющих полей с пакетом прикладных программ, обеспечивающих автоматизацию математических расчетов различных параметров проектируемых устройств.

3. Экспериментально получена конфигурация пространственной структуры с семейством составляющих электромагнитного поля активной части индуктора предпосевной установки, что позволяет использовать эти характеристики в целях оптимизации параметров подобных аппаратов в зависимости от их назначения.

4. Математически доказана возможность машинного проектирования отдельных технических узлов без их реального изготовления с целью ускорения самого процесса проектирования и снижения затрат.

5. Изучены вопросы использования индукторов с различными источниками питания и, как наиболее приемлемый вариант предложен источник промышленной частоты с изменяющимся электромагнитным полем в зависимости от требований биотехнологии.

6. Установлены общие закономерности обрабатываемых биологических сред по оптимальным зонам с учетом практического внедрения на предприятиях АПК края, включая вопросы генетики.

7. Представлено несколько оригинальных конструктивных решений аппаратов и устройств, предназначенных для воздействия электромагнитными полями различной интенсивности на семена растений, животных, эмбрионы птиц, растворы и жидкости, новизна которых подтверждена 16 патентами на изобретение.

8. Подготовлены для сельскохозяйственных предприятий рекомендации по применению и инструкции по эксплуатации разработанных в лаборатории университета аппаратов и устройств, использующих энергию электромагнитных полей.

Реализация и внедрение результатов работы.

В Департамент сельского хозяйства администрации Краснодарского края переданы результаты научных исследований по данной тематике, разработаны и утверждены рекомендации по применению и инструкции по эксплуатации комплекса устройств электрофизического воздействия на животных в сельскохозяйственных предприятиях АПК.

В конструкторское бюро производственного объединения «Протон» (г. Харьков) передана техническая документация и налажено промышленное производство приборов «Стимул-2» и «Стимул-3», используемых в системе мероприятий по борьбе с маститами в хозяйствах края.

Разработаны, изготовлены и более 9 лет успешно эксплуатируются аппараты магнитной обработки спермы быков-производителей, эмбрионов яиц птицы, семян растений, спиртовых растворов и воды на государственном племенном предприятии «Гулькевичское» Гулькевичского района, на птицефабриках Выселковского, Кореновского и Динского районов Краснодарского края, на ОАО «Биохимзавод «Кавказский» и ОАО «Ладожское» Усть-Лабинского района.

Материалы результатов научно-исследовательской работы используются в учебном процессе ФГОУ ВПО «Кубанский ГАУ» при изучении дисциплины: «Электротехнология». Издана монография «Методология проектирования устройств и оценка электрофизического воздействия на биологические объекты сельскохозяйственного производства», предназначенная для научных и инженерно-технических работников, студентов, аспирантов и преподавателей высших учебных заведений.

На защиту выносятся:

- концепция проектирования аппаратов, работающих на принципе высокоскоростной обработке сигналов биоэнергетической природы с применением микропроцессорной техники;

- метод экспресс-анализа результатов электрофизического воздействия на биологические системы с использованием современных микроконтроллеров в составе аппаратно-программного изделия;

- математические модели статических и динамических процессов, протекающих в электромагнитных аппаратах, исследованные на основе дискретного и быстрого преобразования Фурье и позволившие применить предложенную теорию конструирования устройств;





- функциональные зависимости спектральных составляющих и параметры электромагнитных полей индукторов, полученные по предложенной методике, подтвержденные экспериментальными исследованиями;

- новые конструкции электромагнитных аппаратов для биосистем различного назначения, у которых на стадии проектирования определены оптимальные воздействующие параметры;

- результаты экономической эффективности используемых аппаратов и устройств электрофизического воздействия на объекты сельскохозяйственного назначения АПК.

Апробация работы. Основные результаты исследований и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались:

– на ежегодных научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава ФГОУ ВПО КубГАУ по энергосберегающим технологиям (г. Краснодар, КубГАУ, 1998…2007 гг.);

– на международном симпозиуме по электротехнологии (г. Кишинев, 1998г.);

– на 1-й и 2-й Российской научно-практической конференциях «Физико-технические проблемы создания новых технологий в АПК» (г. Ставрополь, 2001г., 2003г.);

– на Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы оптимизации затрат при передачи и распределении электрической энергии» (с. Дивноморское, 2003г.);

– на Всероссийских научных конференциях «Разработка новых южнороссийских технологий и технической базы для возделывания зерновых в зоне засушливого земледелия» (г. Зерноград, 2004 - 2005гг.);

– на международной научно-практической конференции «Энергосберегающие технологии. Проблемы их эффективного использования» (г. Волгоград, 2006г.);

- на IV Московском международном салоне инноваций и инвестиций (ВВЦ, г. Москва, 2004) получена золотая медаль.

Публикации. Основные положения и результаты диссертации опубликованы в 46 печатных работах, включая монографию и 16 патентов на изобретения. Восемь научных работ опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов, библиографического списка (332 наименования) и приложения. Диссертация изложена на 334 страницах, включая 16 таблиц и 96 рисунков.

Содержание работы

Во введении обоснована и раскрывается актуальность проблемы, сформулированы цель работы, научная новизна, практическая значимость и основные положения, выносимые на защиту. Приведены сведения о внедрении и использовании результатов научных исследований.

В первой главе проведен анализ факторов, влияющих на объекты сельскохозяйственного производства в случае электромагнитного воздействия полей различной интенсивности с использованием аппаратов и устройств магнитной обработки. Приведены конструкции, в том числе разработанные в лабораториях Кубанского ГАУ, характерной особенностью которых является низкое энергопотребление, простота изготовления и оригинальность самих устройств, защищенных патентами РФ.

В разное время изучению процессов электромагнитного влияния на системы биологического происхождения и математическому моделированию конструкций электромагнитных устройств посвятили свои работы зарубежные и отечественные ученые В.И.Классен, О.Зенкевич, Е.Шуман, Т.Веймайр, И.Ф. Бородин, В.И.Загинайлов, В.И. Пахомов, В.Г.Никитенко, М.Г.Ковалев, В.Н.Гурницкий, Е.Ф.Теребихин, А.Н.Куценко, А.В.Карнаухов, М.Н.Жадин, Б.М.Владимирский, Н.А.Тимурьянц, Ф.А.Мамедов, М.Г.Барышев и многие другие.

Накопленные экспериментальные данные в области магнитобиологии убедительно доказали, что биологические системы обладают избирательной восприимчивостью к действию электромагнитных полей в зависимости от их напряженности, времени воздействия и частоты. Влияние электромагнитного поля на биологические организмы, которыми могут быть яйцо, яйцеклетка, сперматозоиды, семена растений и другие объекты, в конечном итоге спускается на уровень отдельной клетки, в которой протекают различные физические и химические процессы, в общей совокупности представляющие основу жизнедеятельности организма.

В соответствии с современными представлениями, структурную основу живого организма составляют микромолекулы, прежде всего важнейшие биополимеры – белки и нуклеиновые кислоты. Специфика полимерных молекул в отличие от малых молекул определяется большим числом однотипных звеньев (мономеров), связанных в линейную цепь. Тепловое движение входящих в полимерную цепь атомов и атомных групп, повороты и вращения их вокруг единичных связей обусловливают большое число внутренних степеней свободы макромолекулы. Это заставляет рассматривать макромолекулы как макроскопическую систему, статистический характер поведения которой проявляется в наличии средних значений таких параметров, как размеры, форма, степень свернутости макромолекулы. Вместе с тем существующие между атомами химические связи и взаимодействия ближнего и дальнего порядка накладывают определенные ограничения на число возможных конформаций макромолекул. Изменение конформации биополимеров, происходящие в процессах клеточного метаболизма и трансформации энергии, также носят вполне определенный характер и отражают внутриклеточную динамическую организацию биополимеров. Таким образом, своеобразие биологической макромолекулы как физического объекта заключается в тесном сочетании статистических и детерминистских (механических) особенностей ее поведения: с одной стороны, большое число взаимодействующих атомов и внутримолекулярных степеней свободы и, как следствие, возможность осуществления огромного числа разных конформаций, с другой – определенный химический характер и конформационные изменения при функционировании биополимеров.

В макромолекулах происходят сложные процессы трансформации энергии, включающие миграцию энергии электронного возбуждения и транспорт электронов.

Для бесконечного малого изменения состояния системы уравнение первого начала термодинамики примет вид:

dQ = du + dA = du + pdV ± d/, (1)

где du изменение внутренней энергии; dA – сумма всех элементарных работ, pdV- работа преодоления внешнего давления; d/ - работа против действия электрических, магнитных и прочих сил, либо полезная работа над системой внешних сил.

Принято считать, что с помощью энтропии можно количественно охарактеризовать ту направленность изменений, происходящих в природе при протекании необратимых процессов, которой следует из второго начала термодинамики. Максимально полезная работа d/max следующим образом связана с термодинамическими функциями свободной энергии F и полного термодинамического потенциала G.

При T = const и V = const:



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.