автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Контроль скоростей воздушных потоков в теплице времяпролетным методом при испытании систем микроклимата

ЧЕЛЯШШС.-Ш ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕШ ИНСТИТУТ МЩШЗЩИ II ЭЛЕХТН&ИКАЩИ. СЕЛЬСКОГО 1СЗЗЯЙСТНА

На правах рукопцся

ЗАХАХАТГЮВ Виктор Глебович

-УДК 631:554.4:628.85

ЩПТОйЬ СК0Р0С1ЕЯ ВОЗДУШНЫХ потоков В ТЕПЛИЦЕ БЩЩРОЛрШ МЕТОДОМ ШИ ИСПЫТАНИИ СИСТЕМ Л " ЙКРОКШАТА •".

Специальность 05^20.02 .- .Электрификация ■Сельскохозяйственного. лрояз водствз

А Б-Т О Р ЕФ ЕРА Т

¡дгассзртают на сояскаше ученой степени кагошгата технических .наук

-.Челябинск, IS88

Работа выполнена в Челябинском ордена Трудового Красного Знамени институте механизация и электрификации сельского хозяйства .

Научный руководитель - доктор технических наук,

.профессор 3-Я. ЙЗЖОВ

Официальные оппоненты - академик ЖСШИ, доктор -техно:

■ских наук, профессор ,Л,Г„ПШ£:

- кандидат технических наук В.А. ;,'АК0Ь2ШЯ

Ведущее предприятие •- .Всесехшш;"' центрз^ьшМ; научно-исследовательский и проекткии институт типового к экспериментального про оптирования тепличных комбинатов, arpi лрошаисннкх комплексов и лреддр:1ягий по обработке и хранению сельскохозяйственной продукции (ШПРОНИСельпром)

Зашита диссертации состоится " " 198 г.в

час. на заседании специализированного совета К 120.46.02 'Челябинского орд8iî3 Трудового Красного Знамени института механизации н электрификации сельского хозяйства ( 454080,, г.Челябинск,, пр. им.В..И. Ленина, 75).

С диссертацией конго ознакомиться в Олбдаотоко ш;стд-

гута.

Автореферат разослан " " _198 __г.

Отзывы на автореферат (в 2-х экземплярах), заверенные печатью, просим направить по адресу-: 454080,. г.. Челябинск, пр. Ленина » 75.

Ученый секретарь '' / ЧЕРЕПАНОВ

специализированного совета/ ^^

СБСАЛ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Васным фактором развития сельскохозяйствонно-

0 производства, намеченного а "Основных направлениях зкономиче-ксго развития СССР на 1986-1290 годы и на период до 2000 года", вляется интенсификация овощеводства закиданного грунта. Одним

э условий достижения поставленной задачи является снижение со-эстоимостл выращиваемых овокзй за счет снижения расходов на топление теплиц, а такие за счет гарантированного обеспечения орнированных параметров микроклимата.

Большое влияние на теплопотэр! теплицы, на влаго- и гаэо-5мен растений, а гокео на ¿оркированке температурных полей ока-ззает двияение воздуха внутри сооружения. Однако имеш'щеся дан-ае о двкдэнии воздуха в теплицах разрозненны и носят лишь каче-гвенный характер. Сдноу кз пр'.чин этого является отсутствие зхническкх средств для изучения низкоскоростных конвективных отоков.

В связи со сказанным исследование воздушных течений в теп-1цах с применением внойь разработанных технических средств, надавленных на разработку энергосозрегаюгах мероприятии и усовер-знствование систем обеспечения микроклимата теплиц, является стуальным.

Цель и задачи, цельв работы является изучение воздушных те-}ШП: в теплице с применение;; вреиянролетного метода и разрзбот-> рекомендации по снигешго тэплопотерь теплиц ангарного типа, ш достижения поставленной цели ставятся следуюике задачи:

- обосновать целесообразность использования для изучения ээдушных течений теплиц времяпролетного лазерного измерителя горости 1ВЛИС) и провести теоретические исследования возмсинос-

1 применения для анализа сигналов ЗЛИС знакового коррелятора Ж) псевдореального времени;

- с учетом специфики исследования конвективных течений теп-щ (низкая скорость, малые концентрации частиц-меток) оценить эгрешность измерения, производимых с помощьп АЛИС;

- разработать электронный блок анализа сигналов ВЛИС и ке- • эдику расчета основных параметров этого блока, на базе раорабо-»нного блока создать установку контроля скоростей воздушных по-жов в теплицах;

- разработать методику измерении и исследовать воздушные

течения б теплице ангарного типа, изучав влияние на эти течения метеоусловий, высота растений, включения калориферной системы отопления;

- на основании результатов исследований разработать рекомендации по снижению тзплопотерь теплиц ангарного типа.

СОьект исследования. Объектом исследований слукет воздушные течения в ангарной теплице, а также ЗК псевдореалького времени с устройством поиска максимума корреляционной функции и регистрацией времени транспортного запаздывания, соответствующего этому максимуму.

Методика исследованиь. Аналитически получено выражение для взаимной корреляционной функции (ВЙ?) сигналов фотодетекторов ВЛИС. Изучение влияния параметров выборки на форму ВКФ проводилось с помощью £ЗК методом двумерных сечении. Исследование влияния на погрешность измерений параметров ¿Ш'С, параметров элект ронного блока обработки сигналов и условии измерения производилось методом имитационного моделирования с применением теории планирования экспериментов, факторы, влиявшие на погрешность, варьировались согласно матрице трехуровневого полного факторног эксперимента 3°.

Измерение скоростей воздушных течений производилось в трех поперечных сечениях теплицы при различных метеоусловиях, различной разности температур наружного и внутреннего воздуха,.раз личной высоте растонии и при работающей и отключенной калорифер нов системе отопления.

Научная новизна. Получено выражение для ЗЕФ сигналов фотодетекторов ВЛЙС. Анализ полученного выраиения позволил установить возможность использования для обработки сигналов ВЛИС знакового коррелятора псевдореального времени, а также выявить фак торы, влияющие на погрешность измерений.

Предложена методика изучения влияния параметров ЗЛИ", пара метров электронного блоха обработки и условий измерения на погрешность измерений методом имитационного моделирования с применением теории планирования экспериментов. Оценена погрешность измерений с учетом специфики исследований воздушных течений теп лиц - низкие скорости и малые концентрации частиц-меток.

Предложена структурная схема электронного блока обработки сигналов ВЛИС (Авторское свидетельство $ 1265618) и методика расчета основных параметров этого блока.

Предложена мэтодика измерений с помощью БДИМ, Изучены воздушные течения в ангарной теплице.

Установлено, что метеоусловия и наличие растении деформирует воздушные течения и изменяют их скорость, но не изменяют характера этих течений. Включение калориферной отопительной систе-" ш вызывает увеличение скорости воздушного течения, однако на изменяет его характера.

Практическая ценность. Рекомендации по сштению теплопотерь теплиц могут быть использованы при проектировании, либо внедрены на эксплуатируемых сооружениях. Результаты исследований воздушных течений могут быть использованы проектными организациями при разработке систем обеспечения микроклимата ангарных теплиц. Разработанная установка может применяться при исследованиях воздушных течений в любых сельскохозяйственных помещениях, а также при исследованиях низкоскоростных воздушных потоков в других отраслях науки и техники.

Реализация результатов исследований. Результаты исследований воздушных течений и рекомендации по снижению теплопотерь ангарных теплиц переданы во Всесоюзный центральный научно-исследовательский и проектный институт типового и экспериментального проектирования тепличных комбинатов, агропромышленных комплексов и предприятий по обработке и хранению сельхозпродукции. Разработанная установка контроля скоростей воздушных потоков внедрена в Подсобном сельском хозяйстве ЧТЗ им, 3.И,Ленина р г.Челябинске. Зариант установки.использован УралВТИ в научно-исследовательских работах по снижению пылевых выбросов в атмосферу, снижавших продуктивность полей и приводящих к преждевременной выбраковке крупного рогатого екота,

. Апробация■ Основные пслоаения диссертационной работы доло-аены и одобрены на научных конференциях Челябинского ордена Трудового Красного Знамени института механизации и электрификации сельского хозяйства (ЧИМЭСХ, г-Челябинск, 1977-1888 гг.), Ленинградского сельскохозяйственного института (ЛСХЙ, г.Пушкин, 197У, 1388 г.), на научных семинарах Центрального научно-исследовательского института механизации и электрификации -сельского хозяйства Нечерноземной зоны (ЦНИИМЭСХ, г.!1инся, 1988 г.), научно-исследовательского института метрологии им. Д.И.Менделеева (НИШ, г.Ленинград, 1988 г.), Всесоюзного центрального научно-исследовательского и проектного-института типового м экспериментального провк-

тирования тепличных комбинатов, агропромышленных комплексов и предприятий по обработке и хранении сельскохозяйственной продукции (ГИПРОНИИСельпрок, г.Орел).

Публикация. По материалам диссертации имеется 10 публикаций, получено авторокоз свидетельство. Три статьи находятся в печати.

Обьем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и выводов, списка использованной литературы и приложении.

Работа изложена на 157 страницах, б тон числе 132 страницы текста, 17 рисунков,6 таблиц , 9 приложений. Список используемой литературы включает 115 наименований.

В первой главе анализируется влияние скорости движения воздушных потоков на теплопотери теплиц, на влаго- и газообмен растеши; к на формирование температурных полей внутри сооружений. Анализ показал, что несмотря на существенное влияние подвижности воздуха на теплопотери сооружения и его микроклимат, в настоящее время вопросу изучения воздушных течении уделяется кало внимания. Данные о воздушных течениях немногочисленны и носят качественный характер. Анализ существуют« средств исследования воздушных потоков позволил установить, что традиционные сродства (трубки полного напора, термоанемонетри и крыльчатые анемометры) не могут быть использованы для исследования воздушных течений теплиц, поскольку не обеспечивают качественных результатов во веек диапазоне флюктуации скоростей. Перспективным средством является ВЛИС, который макет быть использован для исследования воздушных течений теплиц при условии решения проблемы анализа сигналов фотодетекторов- .С учетом полученных выводов сформулированы цель и задачи исследований.

Во второй гладе рассматривается структура аппаратуры для анализа сигналов ВЛИС, обосновывается необходимость применения для анализа сигналов ВЛИС знакового коррелятора псевдореальног-о времени, выводятся формулы для определения основных параметров коррелятора, разрабатывается методика определения полосы -пропускания усилительного тракта.

Принцип работы ВЛИС заключается в следующем: в исследуемом потоке формируется два зондирующих пучка, отстояимх друг от друга на известноо (базовое) расстояние . Частицы пыли, всегда присутствующие в технологических потоках, поочередно пересекают оба пучка. Рассеянный ими сват регистрируется фотодетекторада,

на выходе которых появляются сигналы в виде всплесков фототока. Вычисляя ВК$ этих сигналов, можно определить вро.чя пролета частиц между пучками (транспортное запаздывание). Оно равно запаздывании, соответствующему максимуму ВКФ. Скорость в этом случае равна частному от деления базового расстояния на время транспортного запаздывания.

Применение ЗЕ псевдореального времени предусматривает сигну и-пре образование сигналов, их дискретизацию во времени и запись в блоки памяти. Для обоснования возможности применения ЗК для анализа сигналов ВЯЙС было получено выражение для ВКФ сигналов, вид которых показан на рис. 1.

тТ 1 г

г

Ь

Рис. 1. Сигналы фотодетекторов, прошедшие сигнум-преоорад ованиз

Сигналы фотодвтекторов после дискретизации по времени мсяно записать:

(1)

Здесь - периодическая функция, о периодом которой

осуществляется дискретизация сигналов; Мб) - сигналы фотодетекторов, подвергнутые

сигнум-преобравованию.

Так как процессы х(Ь) , к независимы, В{® сигналов ^ и ^ запишется

^^(с) мохно еаписать через вероятности совпадения и несовпадения внаков процессов и

Б -

(Г/л) ~МГХ(0).у(с)]~ = aäPfX(ü)-at у(т)^с}+агР{х{0)=0,у(т:)^0} . ¿3)

Здесь а - амплитуда сигналов;

А - величина, характеризующая выбор начала координат Iсм. рис. 1).

Переходя к условном вероятностям, получим:

Rxy(t/&)-a*P[X(Oha}-P{!/(z:)~a\m-a}+ uj

r-a2P[X(0)=O]-P{y(v)^a\X(OJ=Oj .

Tai: как частицы-кзт;:п в потоке распродзлену равномерно процессы x(t) к y(t) мсг.но считать порсщокнвми пуассоиовскик потоком, а плотность вероятности времени пролета частиц мезду пучками подчиняется нормальному распределению, после статистического осреднения по Л получим.-

Здесь J " параметр распределения Пуассона;

rnT (»n-f)T

/?= J P(t)drf Р(ъ-)ат :

(m-1) Т яГ

P(tr) - Плотность вероятности распределения времени пролета часпщ между пучками.

Анализ выражения (5), проведенная с помощью £811 методом дву-.мерных сечений, показал, что максимум ВКФ соответствует транспортному запаздывания, а увеличение турбулентности потока приводит к упшрению пика ВК§. Йромэ зтого, было установлено, что на фору ВК§, а следовательно и на погрешность измерений влияет концентрация частиц-маток в потоко.

Для реализации ВЛИС ванное■аначонио имеет фильтрация сигналов' фотодвтекторов, на виходо которых, наряду с полезной составляющей, присутствует широкополосный шум, прием спектры сигнала и шума перекрываются. В этих условиях для оптимальной фильтрации необходимо правильно выбрать полосу среза фильтра тс,¡них частот, с помощь» которого осуществляется фильтрация. Суть выбора частоты среза состоит в определении максимальной значащей частоты в спектре сигнала. Для зтого предложено использовать энергетический критерий.

Согласно предлагаемой методике,необходимо задаться частотой среза и-вычислить относительную потери знергии при фильтрации по

формуле

7 \а(т*<& ' (6)

о

сДесь ~ энергия исходного и отфильтрованного сигналов;

а(Г) - спектр сигналов.

Если потеря энергии приемлема, то частоту среза могно считать выбранной. 2сли нет, то следует повторить вычисления, скорректировав частоту среза.

Задача определения максимальной значащей частоты в спектре сигнала имеет важнее значение и для определения основных параметров коррелятора, к которым относится частота дискретиаации и количество вычисляемых ординат ЗпФ. для круглых пучков и сферических частиц-меток длительность импульса от одной частицы равна

а+Дт,^

гТ^Гг • (7)

Здесь & - диаметр зондирушаего пучка;

- минимальный размер частицы-метки;

- максимальная скооость.

Согласно теореме Котел ьникова,частота дискретизации долина удовлетворять условию ^«2Ят . Здесь — ^ . ^ определяется из условии допустимых потерь при фильтрации. Если = , то

у, 211 тах ■

При выбора числа вычисляемых ординат ВКФ необходимо соблсдать условие п-&т> Од/и , где лт - шаг разбиения ВКФ. Обычно его определяет из соотношения:

п^^/лт .

Здесь Ттвх - интервал корреляции.

Так как минимальное деление измерительной шкалы ЗК мснет быть равным периоду дискретизации Г, агг необходимо вы бирать из условия ¿2'** Г.

Для ВЛИП интервал корреляции можно оценить исходя из условий измерений- Если базовое расстояние больше произведения лагранжева интегрального масштаба временных пульсаций -А. на с редкою скорость потока и , разброс времен пролета частиц между пучками мал по

сравнен;':« со временем транспортного запаздывания и мерол интервала корреляции макет служить лагршеев интегральный масштаб времени . Если г?Л.>й[а , пик ЗК> сильно уширен к интервал корреляции следует устанавливать равным

Я

¿Г - (9)

При выборе интервала корреляции по выракениз (9) вычисления следует начинать с аргумента , иначе пик 3:15 окажется са пределами интервала зарьировашш г- . Для иктерзала корреляции, определенного по (Э) с учетом (7) число вычисляемых ординат ВК5

п———--ч ^ Ю >

и Саг-)

¿ля практического использования врз.чяпролзтнего метола важное оначешз имеет оценка погрешности кзхэрошш. Погрешность измерзни'!; в случае применения ¿ЛИС зависит от флюктуации максимума БК'1> от замера к аакору и оценивалась'Т.Двррани, К.Грейздом. В частности, было установлено, что погрешность измерения времени транспортного запаздывания зависит от размеров зондирующих пучков и расстояния между ниш, скорости потока и времени осреднения. Анализ полученного выражения для Б!® V5) позволил установить, что форма ВКФ, а следовательно и погрешность измерении зависит от турбулентности и концентрации частиц-меток в потоке. Таким об->разом, погрешность измерений зависит от параметров измерительного объема, параметров потока, параметров частиц-меток и их распределения в потоке. В связи с тем, что аналитический вывод вы-■ракения, дающего связь погрешности с факторами, влиявшими на нее, 'затруднен., оценка погрешности к изучение влияния на нее упомянутых факторов производились методами имитационного моделирования.

В третьей главе методами имитационного моделирования с использованием теории планирования экспериментов изучалось влияние параметров потока, параметров частиц-моток и параметров измерительного объема на погрешность измерении; оценивалась погрешность измерений. Оценка погрешности производилась с учетом специфики исследований воздушных течений в теплицах (малые концентрации частиц-меток в потоке).

На первом этапе была принята физическая модель измерительной процедуры, согласно которой частицы-метки появляются в случайные момента времени на числовой оси и двигаются по ней со случайными скоростями, пересекая поочередно зоны вотирующих пучков. Порэса-,ски9 зондирующих пучков регистрируется фотодетекторами, сигналы

которых ограничиваются по уровни, записываются в блоки памяти, после заполнения которых происходит вычисление БКФ по аягор;тну

Л АГ

Я Г бдпл(t)sga </(t.+алгТ). ш.

Здесь ; ¿к - разность номеров одновременно

считываемых ячеек.

При разработке физической модели были приняты следующие" ограничения: скольжение частиц в потоке отсутствует; частицы в потоке распределены равномерно и распределение моментов появления их в пучке подчиняется закону Пуассона; мгновенные скорости частиц распределены по нормальному закону; скорость конкретной частицы не изменяется при пролете базового расстояния.

На втором этапе разрабатывалась числовая модель измерительной процедуры. 3 качестве факторов,'влияющих на погрешность измерений былй Приняты турбулентность потока - Х^; время осреднения -Xgi средний интервал появления частиц в пучке - Xgi относительное базовое расстояние - Х^ и относительная размер частиц-метох -Xg. При этом было принято, чТо все факторы, имеющие размерность длины измеряются в единицах размера зондирующего пучка d , а факторы, имеющие размерность времени в единицах, равных половине временя пролета частицами Через зондирующий пучок со скоростью, равной i. Это Позволило.исключить из рассмотрения скорость йак фактор, влияющип на погрешность измерений и перейти к безразмерным величинам.

Числовая модель была реализована а виде вычислительной программа на БВМ ЕС 1035» В первом блоке программы создавалась база данных, описывающих входные факторы Xj - Xg. Факторы Xg, Х^ i Xgj являющиеся детерминированными величинами, вводились в но-[ель с помощью переменных, которым в ходе эксперимента присваи-тлись конкретные значения. Факторы Х^, Xg, имеющие случайную 1рйреду, вводились в модель в виде детерминированных величин -гараметров распределений. Так распределение мгновенных скорос-•ей (турбулентность X-^J задавалось среднеквадратнческим откло-(ением, а интервал появления частиц в пучке Xg задавался с помощью параметра распределения закона Пуассона. Конкретные ана-ения нгновенной скорости и интервал мезду соседними частицами олучайся в программе о помощью генерации случайных чисел, рас-ределенных норнально и равномерно соответственно. Во втором локе программы производился расчет параметров выборок сигналов.

В третьем блоке форшруются одномерные массивы, эыуандувгдэ блоки памяти. Б четвертом - вычисляется ВКФ, по полс-енш маЕСикуха - определяется .транспортное запаздывание и определяется гзегрезамгь измерения, которая равна разности расчетного и полеченного в зге-паринента времен транспортного запаздывания. Расчетное врекк транспортного запаздывания определяется как частное от двлэгия принятого базового расстояния на рзсЧотнуо скорость.,

Значении факторов варьировались согласно катркцз грезерзвагн-вого полного факторного эксперимента,- который реалкзезыззггх з * пяти повторностях. Интервал варьирования факторов Енб;:йа.лгл

образом, чтобы исследовать случай малых Чзапщ-хз'зог*

в потоке.

В результате реализации имитационного охспергг-еата Сш пелз7-чен массив данных, еодеркащиг абсолютные погрешности нзкзгеши:. Обработка результатов по формулам для симметричных плакез к статистический анализ модели были реализованы в той го еюгггэтегь-ноа программе. Подученная регрессионная зависимость norcei.HC.crn измерений от факторов, влиявших на нее, имеет вид:

?ООС$ у- О/Х, -2,7Х2 -22Х£ -О.вХ^ЩЗ^-О^Х. -

Полученное выражение позволяет для выбранного диаг^гспа варьирования рассчитать погрешность измерении в еавпешюсет от уедь-вии-намерений и параметров изморгселя, а такае оцзкл?ь .^¿зальную и максимальную приведенные погрешности} которнэ разцы ссаг-ветствекко О,02 и 0,15.

■ Кромэ этого, выражений (12) дает воопе:Ность выявить влияьха торов Х1...Х5 на погрешность. В частности установлено, чгс пегсэ-гность убывает с-возрастанием времени осреднения и кенцвнграс^а частиц-меток, и уменьшением размеров чаётиц-кэток. В касгедгексл интервале варьирования факторов погрешность практически не еавл-сит рт турбулентности и бааового расстояния.

Четвертая глава посвящена технической реализации злзг^ренно-го блока \ЭБ) обработки'сигналов ВЛИС.''На-основании зазаннсго апазона скоростей и заданной погрешности измерений, с учетом рз-аультатов имитационного моделирования, произведены рзечзгн соисз-них параметров оБ - полосу пропускания усилительного трагта, лс-

■ эффициента усиления усилителя, частоты дискретизации, чиега вы-

- и -

tossseksx b35, ,езгсс?ь йлсесз паютя.

С^вузгсургзя CTSK3 SS ссгзгака нз р*с. 2.

Ч—ЧГТ*-™

гг.атггтгру; -51, i¿ - л, j2 -

231, ZZ2 ~ лсг;г:«?г*г.о зетвчн; Sí, H22 - блеет ~-.гхт: ; ZJ7! — з^ннпз "zûîctîeîSs j 33 — счзткз—сун— ;rp rc;y™ro значения; Z - Естззрзтор; -гз счяктангя; РЦ2 - рзгг.стр у^глез '.'л; 7Г - raïïcrirn ггпэрззер; ? -

рпезгауз? iirrrcrc^rs 313 еггяаасэ, саппсакси а п гзкзта 221 л SI2 в ^гдзкзе» козззесодв тсчзж, готорса спрэ-^зугз "îiîEr-STîa счетчягз a trass пргуп-знтз

, ее зпзг^тйалнзену сЗЕжтрсвнна Слег

ТТСЯ 333 SSB "42Ж1 - fijCX 5ВЗЛСГСЗОЗ ейрзботш с::гк2г.а и <5лсг . згзи> гергйэттн. ¡¡jan píen ззегтроЕпого йлега состоит га : рзгетгз - ргсага ©acsaa гиберех сигнапсз и реяла акажза.

В ретпга гаггггз rríopes сствалн <*ото-с?огтсрта çznbTpjcrca ■ тажа 51, 12, jeïœebseïcs ^слзотзлшш j1, J2, сгрзнячгзаптся зеота^ээ д^гггртатзтерага Д1» Л2 я nocijnauT на логические ! 321, 122, оз c?cjw5sss2ssTca - опарацца йисгрзткзагдая сягва-з прэдггах spsasKsoro ства, вачаяо которого <жселавя®!ч»в

мероы, а длительность ~ временен заполнения блоков памяти. Блоки памяти БП1 и БП2 представляет собой статические ОЗУ, эмулируете работу сдвиговых регистров¿

• После заполнения блоков памяти ре»км ваписи заканчивается.

- Перед началом режима анализа счетчики СЦС и GG устанавливается в нулевое состояние, в регистры РТ и БЦС записывается "О". Содержимое блоков памяти начинает синхронно периодически ечнписаться. Перед каздым циклом считывания и счзтчик СЦС поступает импульс, увеличивал eto содергание на Upa первой цикле считывания информация из одноименных ячеек блоков памяти поступает на вход схемы "исключающее или", осуществлять!! логическое ушскаНшь Счетчик-сумматор регистрирует число совпадении информации на входе схемы "исключающее или" и совместно tí ней реализует алгорит» (32). После окончания считывания соде ртыоз СС - число А - сравнивается компаратором К с содеркимым РТ - числом В. Если А>В, что всегда имеет место при первом цикле считывания, число А записывается в РТ, а число, содеркащеесй в СЦС, записывается в РЦС» Таким обраэом после первого цикла считывания РЦС содеркйт 1, á РТ - аначение ВКФ при 0. Второй цикл считывания Происходит ■со сдвигом адресов, т.е. одновременно считнваетйя содержимое К. -а ячейки блока памяти БП и К+1 ячейки БП2. В остальной схема работает аналогично.

После окончания считывания проверяется условие А>В. Если оно-выполняется, происходит перезапись СЦС —РЦС4 СС —РТ. Если ус.ловие не выполняется, СС устанавливается в "0й и начинается очередной цикл считывания. Кагдый последующий цикл считывания • сдвига .адресов увеличивается на 1. После завершения /г .циклов считывания регистр РТ содершт максимальное значение В Н>, а регистр РЦС - номер цикла- считывания, соответствующий этому максимуму, т.е. время транспортного запаздывания а масштабе периода тактовой частоты.

ЗБ, созданный по описанной структурной схеме, испитывался на тестовых сигналах, представляющих собой две последовательности прямоугольных импульсов, сдвинутых относительно друг друга на определенное время (транспортное запаздывание). В качестве эталонного прибора использовался частотомер 43-54, включенный в ре-вике измерителя интервалов времени. Оба прибора регистрировали время тречепортного запаздывания. Погрешность ЭБ не превосходила половины кладшго разряда деления шкалы.

Пятая глаза поспякзна исследованию воздушных течений в ангарной теплице. Измерительная установка, используемая для этой цела, состояла из 33 обработки сигналов, оптического блока, состоящего из лазера ЛГ-cü и расщепителя пучка, блока фотодетекторсв и оптоволоконного сенсора. Разработанный оптоволоконный сенсор представляет собой ягу? из дзеиадцата сптхчесхах волокон, два из которых являются п-зредапщиггл, а десять - приемными. Оптическое излучение вводится в передасщпе вслокнз л из выходе из них образует два ост;-дпруогих пучка. Част:'цц-:-:етги, пролетая сквозь осндпруэщкз пучки, рзссеизант свет, потери:: попадает в приемные оптические волокна, уложенные вокруг передающих, и по эт.т.; волоккам поступает в блок $отоде*тектороз.

Применение оптоволоконного сенсора позволяет вннзети оятичз-ехую и электронную аппаратуру из зоны измерений, те.ч самым значительно облегчать исследовании.

Исследования производились в ангарноа теплице '.Т.П. 810-95), имеющей типозые отопительные систеки. Исследования производились в течение сорока дней з си: гний период npi закрытых фрамугах в теплице, где выращивалась культура огурца. 3 перюд исследований температура наруаного воздуха колебалась в пределах Í0...-13)°G, температура внутри покещенул бала (19...28)°С, ветер различных направлений (1...10) к/с. Исследования производились при солнечной радиации,' в облачную погоду и ночью. Высота растений изменялась от 0,2 м до 2 м.

Измерение скорости воздуеннх потокоз производилось в трех симметричных относительно центра поперечных сечениях теплицы по разработанной методике. Разработка специальной методики обусловлена тем, что ЗЛйС чувствителен к вектору скорости и для регистрации вектора необходимо выполнить серию измерения для различных углов наклона плоскости зендируюгдах пучков к вектору скорости. Вектор скорости соответствует углу, для которого разброс показаний измерителя минимальный.

В результате исследований установлено, что в ангарной теплице при оговоренных выше условиях существуют два регулярных воздушных течения - восходящее, образованное двумя восходящими потоками от регистров бокового обогрева, и продольное, образованное низовым потоком, направленным от холодной торцевой стенки к теплой I обращенной к технологическому коридору) и верховым потоком, направлен!?™ противоположно. Метеоусловия оказывают влияние на эти

тачания, изменяя их скороать и вкаывая деформации. Лев сзку ценные течения (ветер отсутствует., ¡солнечная радиация отсутствует, .либо нагревает кровле равномзрни) показаны на риа.З сплшной линией.

Петер

.Ветер

С

РОЭ

I)

Рис.3. Звздушные течения в ангарной теплице:

- невозкувднныэ течения;

— - возмущенные течения

Метеоусловия влияет на воздушные течения постольку, поскольку изменяет условия охлаждения потоков у ограздающне конструкций-Ветер относится к факторам, наиболее сильно влияющим на воадушша течения. При боковом ветре восходящий поток с ¡наветренной стороны охлаждается быстрее и картина восходящего течешш становится несимметричной (ок. рис.За пунктиром). Кроме втого,у продольного течения появляется поперечная составлявшая и .воздух начинает двигаться от холодного торца к теплому по спирали.

Бетер со стороны холодной торцевое станки выаывает .увеличение скорости продольного течения, а ветры противопододного направления^ наоборот, замедляют продольное течение. В обоих -случаях у жплвдноЯ торцевой стенки образуется гона с повышенной турбулентности) .(гм. рис.36 пунктиром).

влияние солнечной радиации и наружное .температуры ысаанвавтся на восходящем течении. При повышении наружное 'температуры или ^усилении солнечной радиации высота .подъема восходящ* потоков увеличивается, а при поникании наружной температуры и уменьшении сил-

печзсй радцац:::; уггзаьгззтея.

Етагсгакв гзлсрц^дриог сястеж сгеплейет, гсторая ссстсдт ::з сзсег хзлорг*ерсз, ус-ансзлешпп: по три у кзгдог. тосцезой станка« внапЕзэт уЕЗяичеяж: сгорсетя продельного течения. прекг-хс?,тл? за счег гогс, что пстс~ с» гзлоря^зроз, устанозязшшх у теплея топ^еезз стеньг согпадез? с Езрхозглг тзчгнхзм. Погог от гало-рйерез, устскогязннух у холодно^ торцевез. стзкх;г направлен прока верхового пстсет, Слзгсдард чэ:-(у он быстро езтухазт" прзхтэте-лг:: К5 прегедл ч с сну рггт:;тг;::г.

х

Г ■■ ! \ Г ; 1 ; ; ¿'М- 1

Г"ГТГ" |

1

1 1 1 ШШ* 1

!

1 1 ;й& | ух/у.-уул {

|

\ \ гт 1 ГЩк!

%

1 ! 1' \\щ! " ( '/у/

-Сг" -0,2 О су С]?¿¿Су 6:7 -£>2 О ¿>2 ¿IV ^''/"7

а) б)

Г::?,4. Прс?:глп сгсрсгтгл п осгег :гг еслзбанпя ппх'га'-гзнгшл ::стзоуглсзпа:

з) соиа асдебанаа профиля продозшоя ссотзвяягггЗ

егсрсотл

I - при' сваотв раатв1сг>1 0,2 п; •с - прг еусотэ растект с и;

с) зека когэбавет вертнхаяшея ссотэвлгпзгза егорсатя

Ез р:з<4 пояаетни а сну, з которзг хсг.збгзтм профиль продсяь-ксг. 4а> а взртякаяшод (рге. 46) состаадяпсзх скорсста прт гктесусзсвяд.

*1з р-.С. 4а пгдно, что скорость шгпезего л вврхсаого потоков . нгзсте ростзнпй 0,2 и в ззгискаеетй ог котзоуслсвпа келебеэт-

ся в диапааоне 10,15...0,3) м/с. Пр1чем направление скорости внизу и вверху остается неизменным, а реверсирование скорости происходит на высоте ч2,2.. .2,7) м. При высоте растений 2 м происходит деформация профиля скорости низового потока. Скорость его снига-ется.до iO,02". ..0,15) м/с.

Изменения вертикальной составляющей скорости по ширине теплицы и зона ее колебание показана на рис. 46.

Непосредственно над регистрами бокозого обогрева скорость восходящих потоков колеблется в пределах ЮД5...0,64) м/с. Далее вдет аона, где воздух в зависимости от метеоусловий мшет подниматься или опускаться и блше к центру теплицы находится зона опускания воздушных потоков. Их скорость колеблется в диапазоне 10... ...0,25) м/с.

Поскольку теплообмен теплицы с атмосферой происходит конвективным способом, наличие регулярных воздушных течении в теплице связано с дополнительными теплопотеряки сооружения, Снизить кото. рые можно за счет снижения скорости движения воздуха непосредственно у ограждающих конструкции. В связи с этйм разработаны рекомендации по снижению тепдопотерь ангарных теплиц. В частности, •теплопотери можно снизить устанавливая шторы непосредственно у ограждений из прозрачной пленки на пути воздушных потоков, перераспределяя тепловую мощность между боковой и надпочвенное систем мами обогрева в пользу последней. Теплопотери при работающей калориферной системе отепления «сакс снизить применяя раздаточные -воздуховоды ил полиэтиленовой пленки.

. Годовой экономический аффект от внедрения энергосберегающих мероприятий в тепличном комбинате площадью 3 га составляет 7700 р. Годовой экономический эффек? bf использования разработанной измерительной у0*аноь*й tto сравнению б базовой 1Щ0-2) равен 660 р,

и Йаушшэ SJt$ йекйзайб, что при'возрастании тур-

булен^ости Hotoita löilt В&& JfttüpHöidÄ, 6 при уменьшении концэн*-раций частиц-меток увеличивается йоа*оннйая составляющая й уширяется пик ВКФ. На форму ВК§* а сл&Дйаа*вйьно> и на погрешность измерений, влияют следующие факторн: турбулентность потока» время осреднения, концентрация частйц-läö'iött» ИХ оросительные pQBiiö— ры, а также относительное расстояние йэйДу йоМДИруйЩйЫи йуЧкаш.

л- Приведенная погрешность измерений в ясследуекоп области нахолптсд з пределах С,02...О,15. Зшгзитъ погрешность гамеренад: ксгно, уззллчлъая кснцзнтрзцио часглц-кзтох, уменьшением относительных рзкароз чзстп^-кетск к зскдлрупцлх лучков, а такие увеличивая зргмя осреднения.

3. Знзковый коррелятор, прлмзнзнкмн для анализа сигналов ВЛП2, относительно просто мого? Сатъ реализован по предложенной структурно;: схеме, все фукэдгекальшэ узла которой являзтея типо- • самл злементани ц::т.рсэол здехтренкяи. Расрзботзннып б~ох анал:яз ' сигналов ни бззэ знакового коррелятора метет работать пр:: пскеро-нлях лак з кзпрзрвзках. тек л в хвазккзпроркзьцх ижпуаьсьых) потоках, а Гсдллз при лпсь'х диапазонах измеряемых скоростей. Для изменения дл-зпасона достаточно изменить частоту дискретизации.

л. Прлмензплз в ломерлтзльаол установке оптоволоконного сенсора позволяет гнкестл из зоны измерений излучатель и тем самым расширлть область применения измерительной установки. Таксе тох-кичэсзссе реленле увеличивает надежность установки,поскольку позволяет обеспечить эксплуатация получателя (.лазера/ в соответствии с техническими условиями.

5. Применение разработанной измерительной установки для измерения полл скоростей в ангарное теплице позволило зкявдть за-кокомергостл конвективного движения воздушных течений. Заявлено два устолчлзых воздушных течения - продольное^ направленное от холодно;; торцевой стенки к торцевой стенке, примыкавшей к технологическое коридору, и восходящее, образованное двумя восхрдя-пзла! потоками от регистров бокового обогрева^

6. Метеоусловия влияит на воздушные течения в ангарной теплице. ¿Зыяскено, что ветер и солнечная радиация вызывают деформации воздушных течений к изменяет их скорости. Влияние этих йак-торез сказывается через изменение уелезлй теплообмена череда ,ог-раздаоага конструкции.. Увеличение разности температур .нррувдого ■ и внутреннего воздуха вызывает увеличение) скорости воздушных -течений. Пр;: разности темпзратур наружного и внутреннего воздуха \22...41)°С скорости воздушных течении в теплице находится в. пределах (.0,15.^0^-64^ м/с.. Наличие взрослых растений (.огурцы) не вменяет характера течений, а лкиь снижает скорость продольного течения с м/с до \0,05...0,15) м/с.

7. ¡-¡аличпе регулярных воздушных течении н теплице сопряжено с дополнительными тэ.плоаыод ¡поуеррии:. Для снижения тетюпотер^

следует снизить скорость потоков у огргздаюпзгх конструкций. Зтого MOF.HO достичь, приуеняя шторы из прозрачных пленок, устанавливаемых на пути потоков непосредственно на ограгда^шх конструкциях, либо перераспределял мощность обогрева кэкду боковой и надпочвенной системами отопления в пользу последней.

6. Анализ характера течении асздугных потоков пр; включенных калориферах позволил установить нецелесообразность мест установки и ориентации потоков калориферов- Для сшжения тзплозкх потерь, связанных с увеличением скорости движения у ограждающих конструкции и для исключения сушащего действия калориферов следует применять пленочный раздаточным воздуховод, располагая его над растениями по продольной оси теплицы.

9. Расчет денегкого экономического эффекта псдтаерядаег целесообразность реализации рекомендаций по снижению теплшотзрь ангарных теплиц, а также эффективность использования разработанной измерительно!! установки. Эффект от внедрения предложений по снижению теплопотерь на тепличном комбинате площадью 3 га га отопительный сезон составляет 7700 рублей.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. SaxaxaTHOB З.Г., Крутасоз З.Д., Таккиноз 2.А. Система обработки сигналов лазерного двухлучевого измерителя скорости //Науч. тр./ Приборы и технические средства автоматизации процессов сельскохозяйственного производства; Челяб.ин-т из*. и электрнф-с.-х. - 19Б5.- 2.62-65.

¿. Оптоволоконный сенсор /Доставители Ф.Я.Изаков, Б.Г.Заха-хатнов, Ю.А.Таикиноа; Челяб. межотраслевой территориальный ЦКТЛ и пропаганды.- 1S8E.- Зс.

S. Двухлучевой оптический пзмарктель скорости жидкостных потоков /Составители В.Г.Еахахатнов, Г.Д.Т&ькинов, З.Л.Лнскоз, П.А.Пономарев; Челяб. межотраслевой территориальный i^HTH ¡г пропаганды.- 1SE6.- Зс.

4. Л.с. 1265618 СССР, MGS3, 01 Р 3/80. Корреляционный измеритель скорости /З.Г.Захахатнов, Ю.А.Таскннсв, В.Л.Лысксз, А.Н.Шилин. г 3859926/24-10, Баявл. 13.03.85; Опубл. 23.10.86. Б.К. ё 39.- Юс.

5. Крутасов В.Д., Захахатнов З.Г. Анализ кзтсдоз измерении скорости воздушных потокой в присутствии поля коронного разряда //^зуч.тр./ Челяб.ин-т кзх.и зле к три],, с.-х.- Челябинск, 1379.-Бып.154.- 4.1. - C.&9-10S'.

£. Разработка и кзготсадзнке слитного обрааца лазерного измерителя скорости импульсного потока: Ьтчзт о НИР /чЛМЭСХ, Науч. рук. про;. Нозков -5.л.- # Г? 0ie2cGlS<-?2; Лиа. 5 02650061205.-Чэляблнс:-:, 1SS4.- 97с.- Стз.исполн. Бзхахзткоз 5.Г.

7. Отработка методики хгхерэнкя скорости импульсного потока" с поу.сцьэ лазерного акзкояетрз: Отчет о НИ? /чЖОХ, ¿-ауч.рук. npo$.Zatiroa v-Я- J Г? 01228013475; аав.Э 02860« 1616.-Челябинск, 1965.- Б9с.- Отв.наполи. Захахатнсв ¿.Г.

с- Захара тнса В.Т., Изаггоа 4.Л. Зсзмсжкости использования лазеров з сельс.-схогяьзтденнс:! приборостроении //Тез.докл.Респуб-л::каксго£ научк.тзхн.кскф. "Аатокаткзащм технологических процессов з гэльском хозяйстве".- Кязв, 1S85.- J.10.

2. Еахахаткоа ¿.Г. Применение сна:: он ого коррелятора в качестве анэл;:гпругя;ого блока даухяучеаого лазерного измерителя //Науч.тр./Оптимизац;:я жхроклилата и теплознх процесссп з сельском хозяйстве; Челкб.нн-т кех.п злеггтри^.с.-х.- 1S67.- С.57-60-.

iC. Лгахса i-.Я., Захахатков З.Г., Таггкксз P.A. Двухлучевой лаззрнш; измеритель скорости воздушных потоков //Техника в сельском хозяйство.- 1023.J 4.- С.22-23.

Подписано £ печати рУ. 12.#8 ФорпсгМ 60*90 */f6 Тираж /00 жз. За ¿аз. 79i- чимэсх