автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:ОБРАБОТКА СЕМЯН ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПОЛЕМ

А-їіШ

шігстїрстю c^ií-ckoiü );оа;іютил годаїїшок Фкда?лі!Ш Г-ШНОЗ УІІРіШЛ£І2'ІЕ ШШ'Х УЧЕШЬІХ ЗШІИЩНИЙ

ЫОСЖОШИЯ ГОСУМ'РСТВЕННЬЙ АШ)І''іНКГНЕ?ІУИ УНИВЕРСИТЕТ клени Б .11, Горянтаіа

На правах рукописа

ВЕІчІЕІ СЕРГІЙ ВДДЛЖЮНМЧ

ОЕРАБО'ЖЛ СЙШН эжктралящгшм nam;

СпеГчЗаПіНазгі 05.20,02 - электрпфжеіі^я. сзльскохо&яйст~

ЕОЩІОГО произведет Еа

АВТОРЕФЕРАТ

Ллпссргадпэ на co::or.;yma ущной clonen?, доктора гехначзсклх наук

Москва - ISS4

Работа выполнена на наїюдр-з автоматизации ссльскохозяйст-коиного производства.Московского Гоиударствош:ого АгроинжеНср-, :їого Укт^верситета щ;еип В.П.Горячкина.

Научный консультант -,- академик РАСХН, доктор технических наук, ./' ',.■лроіюссор БОРОДИ и.о.

05еЦ2£ЛЬНК9 оппоненты- доктор технических наук,

'. сроїгоссср Рудобашта С,П.

доктор технических наук, . . профессор Ренус Г.Г.

-- доктор технических наук, ; . ■■ ;: ■ профессор Гарбуз В.М.

Влукав -предприятие' - ВМЗСХ

Заіідта состоится." ^ »^¿М^/^ ....._ 1994 г. в " /-? "ча-

сои на заседаші;:' олецкалазирозаїзіого совета Д»120.12.01 Ыосковс-" кого Гоіударсїлєшіогб'лгроажоксрного Университета ешни В.її.Го-рятагнаїпо адресу: 127550, Москва, ул.Тимирязевская д.58. • і ■ -. .■ ; ■■ С диссертацией можно ознакомиться■в библиотеке 1,1 ГАУ.

Огзива па автореферат Св 2-х экземплярах), заверенные гербовой гзчАсьз, ярсс-іч ягаразлять ученому секретар» специализированного сог-зта по адрэсу: 127550, Москва П-550, Тямирязэвекая ул. д.53, УГЛУ, Учокій. совет. '

Уч^ЕЬ'Л секретарь СЕЄЦ:'."ДІ;^іір0353ШОГО ссвзта, -

кгкдгда1? технических; наук, ' \ .

профессор В.И,Заг2найлов

ОПИАТЕ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОШ

Актуальность тгооблеш. Эффективность производства продукции растениеводства во многом определяется наличием высококачественного посевного материала и сохранностью продукции в процессе . хранения и переработки. В силу ряда объективных обстоятельств, таких как наличие естественных вредителей и болезней растений, состояние физиологического покоя семян и т.д. производитель вынужден цроводить всевозможные технологические операции дезинсекции, дезинфекции и предпосевной стимуляции семян. Ситуация такова, что в среднем потери зерна только из-за насекомых вредителей составляют от 5 до 10%, а потери бобовых достигают 14-64%. Влияние болезней растений и вредных микроорганизмов приводит к потере 15-20$ продукции, а иногда и к полному уничтожению урожая. ' Полноценные и здоровые семена, находящиеся в состоянии физиологического покоя, могут иметь на момент посева всхожесть в 1,5-2 раза ниже потенциальной, что естественно ведет к потере урожая и сознательному завышения нормы высева сомян. Существующие метода и технологические приемы дезинсекции, дезинфекции и предпосевной стимуляции семян, основанные на применении высокотоксичных химических препаратов и использовании гидротермической обработки, связаны с'большими затратами труда и низкой технологичностью процесса обработки семян. Кроме того, прямым следствием от применения ядохимикатов является 'загрязнение окружавшей среда и наруше-_ ние экологического равновесия в природе. Поэтому научные исследования, направленные на разработку эффективных, экологически безопасных и высокопроиЗЭОДИТельных методов повышения посевных качеств семян, актуальны и имеют важное народнохозяйственное значение. Одним из наиболее перспективных направлений исследований является использование электрофизических методов и, в частности, методов, использующих энергию электромагнитных полой сверхвысокой частоты, разработке которых и посвящена диссертация.

Исследования автора в указанном направлении проводились по координационному плану НИР МИИСПа (МГАУ) в соответствии с планами научно-технической Проблемы 0.51.21 ШГГ СССР на 1986-1990 гг. "Разработать ноше метода и технические средства электрификации сельского хозяйства"; Постановлением ШГГ СССР 15552 от 11.04.ЭЕг. ЦрОеКТ 1ЕЭ6 "РпяряГ^Уа чултггурмчйлчтя чддуд» оту-п^пв' сНИЖвНИЯ ДО-

терь сетскохоэяйст^етаоЙ^^ЙЙсЙ^' испо^ьзованиом СВЧ энергии"

МАУЧНЛЯ СНилИй ГЕКА I

Мос1Е. ачадоиин

и.<. Н. Л.1 ¿у

Инв. Ка/ГТ^

Решением научного еовота госудлрстглнной научно-технической программы России "Перспективные процессы производства сельскохозяйственной продукции" от 29,01.93г.

Цель работу. Разработка теоретических основ» методов и технических сродств, обеспечивающих получение высококачественного посевного материала за счет термической обработки семян -в электромагнитном поле СВЧ.

. Задачи исследования.

- Разработать теорию и математические методы анализа процессов •термичес кой обработки семян в электромагнитыом поле СВЧ включающие исследование напряженности электромагнитного поля в семени и исследование СЕЧ нагрева семян при дезинсекции, дезинфекции и ■ предпосевной стимуляции;

- Разработать математические модели исследования электродинамических и термических особенностей дезинсекции, дезинфекции и предпосевной стимуляции семян электромагнитным полем СВЧ;

- Разработать методы расчета основных технологических и конструктивных параметров СВЧ оборудования при термической обработке семян в электромагнитном Поле СВЧ;

. - Провости теоретическое и экспериментальное обоснование технологических требований к процессам дезинсекции,' дезинфекции и продпосовной стимуляции ссмяи при тормичоской обработке в электромагнитном поле СВЧ;

• - Пропусти анализ технологических особенностей процессов СВЧ обработки семян, разработать технологические приемы, способы и технические средства;

- Провести комплексный анализ технико-экономической эффективности применения электромагнитных полей СВЧ в процессах термической обработки семян.

Мзтоу'! исследования. Решение поставленных задач осуществлялось на основе комплексного научного подхода с использованием теоретических методов электродинамики, теории теплопроводности, теории планирования эксперимента, математической статистики, регрессионного. анализа, измерительной и вычислительной техники.

Научная новизна доследований. На основе общих физических принципов термообработки диэлектрических материалов в переменном. электромагнитном поле:

- разработаны теория и методы исследования дроцессов термической обработки (дезинсекции, дезинфекции, предпосевной стимуляции) семян -в электромагнитной поле СВЧ;

- получош мат омат ичос кие модели процесса термической обработки семян в электромагнитном доле СВЧ, устанавливающие взаимосвязь между основными физическими параметрами СЩ, физическими и б и ологиче с кими параметрами семян и окружающей среды, позволяющие выявлять способы и приемы совершенствования существующих и разработки более эффективных технологических приемов и технических средств термической дезинсекции, дезинфекции и предпосевной стимуляции семян в электромагнитном поле СВЧ;

- разработаны методы расчета основных технологических л -конструктивных параметров СВЧ оборудования, позволяющие определять режимные параметры термической СВЧ обработки семян при недостатке исходных данных, рассчитывать технологические параметры при СВЧ обработке объема семян в объемном резонаторе или в рэдиогермэтичной камере под излучателем, рассчитывать технологические параметры при СВЧ обработке семян в слое на конвейерной ленте под излучателем, рассчитывать основные технологические и конструктивные параметры при СВЧ обработке потока семян в камере, взаимодействия резонатор кого типа;

- проведены теоретические и экспериментальные исследования применимости интегрального температурно-временкого воздействия для оценки эффективности термической СВЧ обработка семян, предложены

математическая форма представления интеграла летальности как вероятности "отказа биологического объекта" и функции интенсивности отказов семян и вредителей при термической обработке в электромагнитном поле СВЧ, определены коэффициенты биорезистентноста семян и насекомых вредителей;

- определены агротехнологлческие требования к процессам термической обработки семян в электромагнитном поле СВЧ,' рекомендуемые технологические релоалы СВЧ дезинсекции, дезинфекции и предпосевной обработки зерновых и бобовых культур;

- разработаны технологические приемы, способы и техничеокие средства обработки семян в электромагнитном поле СВЧ, новизна*а полезность которых подтверждены авторскими свидетельствами на изобретения.

Достоверность результатов подтверждается положительными заключениями научно-исследовательских институтов (ВИР, ВНШССОК и др.) полученными при экспериментальной проверке рекомендуемых технологических режимов СВЧ обработки семян.

Практическая ценность диссертации - в разработке научных основ, позволяющих проектировать эффективные устройства термической

СПЧ обработки сомян.С уготом технологических особенностей, ТребОваний и режимных параметров, что существенно снижает затраты на их разработку и практическое внедрение технологий;

- в обосновании технологических требований и в разработке технологических режимов, обвспечивакхадх снижение затрат труда в 35 раз и получение дополнительной продукции в пределах 10-20$;

в разработке технологических приемов, способов и конструктивных технических решений, обеспечивающих охрану окружающей среды;

■ - в определении комплекса необходимых условий эффективности применения СВЧ установок для термической обработки семян.

. Сведения о практическом, использование научных результатов. Разработанные технологии СВЧ обработки семян апробированы в-НПО "Грибовское" Московской области, с-зе "Куликовский" Дмитровского района Московской области, с-зе "СкуратовскиЙ" Чернского района Тульской области, к-зе им.Ленина Зориоградсксго района Ростовской области. Технологические рекомендация а конструктивные разработки в качестве исходных требований пероданы с специализированные конструкторские организации МОКБ "Горизонт"(г.Москва) и ШО "Импульс" (г.Москва). Сошестно с ОКВ "Горизонт"(г.Москва) разработан специализированный СВЧ комплекс для обработки сельскохозяйственной продукции "Arpo" производительностью до 1,2 т/ч nptr дезинсекции семян.' Решением научного совета государствсшюй лоучио-тохничоской программы Россия "Перспектив1ше процессы производства•сельскохозяйственной продукции" от 29,01.1993 г. результаты исследований приняты к использованию в Проекте "Зерновой комплекс- 3000"» На з^иту выносятся,

X,-Теория и математические методы исследования напряженности электромагнитного поля в семени при СВЧ обработке, включавшие:■ теоретическое решение задачи взаимодействия электромагнитной волны с многослойными диэлектрическими объектами сферической формы; математическую модель исследования напряженности ЗЛИ в семенах при СВЧ дезинсекции, дезинфекции и предпосевной стимуляций; результаты численного эксперимента для процессов дезинсекции, дезинфекции и предпосевной стимуляции.

2.. Теория и математические методы исследования процессов СВЧ нагрева, включаотие: теоретическое решение общей краевой задачи . уравнения теплопроводности для одномерных многослойных объектов при неоднородных граничных условиях третьего рода; теоретическое решение-; задачи СВЧ -аагрева одномерных многослойных объектов при стационарных неоднородных граничных условиях третьего рода и при

независимости штоисшшостп - поглощения Сич энергии в объокто от времени;'тооротичоскоо рошонио задачи С1Я нагрева одномерных мно-гослс^шюс объектов при стационарных неоднородных граничных условиях третьего рода и при периодическом во времени поглощении СВЧ энергии (импульсный СВЧ нагрев); математическую модель исследования СВЧ нагрева семян при дезинсекции» дезинфекции и предпосевной стимуляции; результаты численного эксперимента СВЧ нагрева для процессов дезинсекции, дезинфекции и предпосевной стимуляции.

3. Методы расчета основных технологических и конструктивных параметров СВЧ оборудования при термической СВЧ обработке семян.

4. Результаты теоретических и экспериментальных исследования применимости интегрального температурно-временного воздействия для оценки эффективности термической СВЧ обработки сеглян, математическая форма представления интеграла летальности как вероятности "отказа биологического объекта", функции интенсивности отказов семян-и вредителей при термической обработке в электромагнитном поле СВЧ, коэффициенты термической биорезистентности семян и насекомых вредителей.

5. Агротехнологические требования к процессам термической обработки семян в электршагнитном поле СВЧ, рекомендуемые технологические решила термической СВЧ дезинсекции, дезинфекции и предпосевной стимуляции сешн зерновых и бобовых культур.

6. Результаты исследований по разработке технологических приемов, способов и технических средств термической обработки семян в электромагнитном поле СВЧ.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований доложены и обсуждены на ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава, научних работников п аспирантов МШСП (МГАУ) ш.В.П.Горячндна (г.Москва, 1987-1993 гг.); Всесоюзной научно-практической конференции "Действие СВЧ-излучений на биологические компоненты агроценозов и их применение в А1Ж"(г.Москва, 1989 г.); У1 Всесоюзной научно-технической конференции "Электрофизические методы обработки тщевых продуктов-и сельскохозяйственного сырья" (гЛЛосква, 1989 г.); У1 Всесоюзной научно-практической конференции "Применение СВЧ энергии в'технологических процессах и научных исследованиях" (г.Саратов, 1991 г.); Всесоюзном научно-производственном семинаре молодых ученых и социалистов "Новые идеи в растениеводстве и пути их реализации" (г.Воронеж, 1391 г.); Научно-технической конференции БНШПИМЭСХ по итогам исследований

1930. гЛг.З^рногрял, 7991 г.); Ben союз по Я конференции "Применение СЬЧ излучений в биологии и сельском хозяйстве" (г.Кишинев, 1391 г.)j Научной конференции научных работников и аспирантов ЛЧПМСХ (г, Зер-ноград, I99I-I992 гг.); Hayчно-практической конференции "Научно-техн7.чссю:й прогресс е язконерно-твхнической сфере АПК России" (г.Москва, 1992 г.); Всероссийском научно-техническом семинаре "Высокоэффективные электротехнологии до производству продукции сельского хозяйства их переработке и хранению" (г.Москва, 1993 г.); Научно-практической конференции "Научно-технический прогресс в инженерно" сфере. АПК России" (г.Г£оскза, 1993 г.).

^ Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 52 опубликованных работах, в том тасле в семи описаниях к авторским, свидетельствам на изобретения.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, сегли глав, обжх выводов, списка литературы и приложений. Основное содержание, диссертация изложено на 380 сгр. машинописного текста, включает 74 рис., 36 таблиц, 7 приложений и список литературы из 313 наименований, в том числе 26 на иностранных языках.

СОДЕРЕАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе обоснована необходимость совершенствования известных и разработки принципиально новых технологи!!, методов и технических сродсти дин повышения качества сймгш с.-х. культур. Показана особая актуальность и важность решения проблем дезинсекции, дезинГзкция и предпосевной стимуляции семян. Исходя из того, что существующие технологические приемы и методы обработки семян не в полной мере отвечают требованиям современного сельского хозяйства, обоснована необходимость разработки технологий дезинсекции, дезинфекции и предпосевной стимуляции семян с использованием анергии электромагнитных полей,

- Существенный вклад в развитие науки по применению электроэнергии в сельскохозяйственном производстве был сделан исследованиями М.Г.Евревнова, Г.И.Назарова, И.А.Будзко, К.Ф.Бородина, Л.Г,Прищепа, К.К.Цартыненко, А,М.Басова, Ф.Я.Изакова, И.Ф.Кудрявцева, A.M., ¿бусина/, Г.Г.Рекуса, Д.С.Стребкова, М.С.Левина, В.А.Воробьева, В.Т, Сергованцева,''В.VI.Тарушкпна, В.Н.Шмигеля, В.М.Гарбуза и др.

Особо следует выделить исследования связанные с использованием энеогии электромагнитных полей радиочастотного диапазона (ВЧ,

СВЧ) проводимые учеными МГАУ ОДШСЛ), Челябинским ГАУ (ЧШЭСХ), Красноярского ГАУ, 1ЖЭСХ, ВНИПТЖЭСХ и др. и, в частности, работы исследователей И.Ф.Бородин, Л.Г.Прнщеп, Ф.Я.Изаков, Г.А.Шарков, Н.В.Цугленок, В.К.Шустов, В.И.Пахомов, С.Л,Андреев, С.Г.Кузнецов, В.В.Олоничев, Г.В.Новикова, А.Д.Горин, Б.II.Половик, Л.Л.Бабешсо , и др.

Аналитическое обобщение научных исследований по использованию электромагнитных полей радиочастотного диапазона для повышения качества семян сельскохозяйственных культур (дезинсекции, дезинфек-цми и предпосевной стимуляции) показало, что, в основном, они отражают результаты экспериментальных исследований, что, несмотря на высокую эффективность и многолетнкш апробацию новых методов в производственных условиях, на настоящее время практически нет теоретических разработок, позволяющих качественно и количественно проанализировать процессы термической обработки семян переменными электромагнитными полями о учетом параметров электромагнитного поля, физических и биологических параметров семян и условий окружающей среда. В связи с этим нет достаточной ясности в вопросах выбо-, ра наиболее эффективных значений параметров ЭШ, различные мнения по данным вопросам носят хаотичный, а иногда и противоречивый характер, гипотезы, основанные исключительно на избирательном тепловом действии переменных электромагнитных полей, подчас не находят экспериментального подтверждения, что, в конечном счете, одерживает совершенствование существующих а создание новых экологически чистых технологий, методов и технических средств повышения качества семян сельскохозяйственных культур посредством их обработки в электромагнитных полях радиочастотного диапазона (ВЧ,СВЧ),

Указанные пробелы в комплексе научных исследований по применен!:» для повышения качества семян, а также заинтересованность предприятий оборонного комплекса в разработке технических средств дош реализации технологий на основе использования энергии электромагнитных нолей СВЧ побудили автора для написания данной диссертации, где полученные соискателем научные результаты изложены на основе единого комплексного подхода, включающего: разработку теории а математических методов исследования; теоретический анализ и экспериментальные исследования; оценку существующих л разработку новых технических средств; анализ технико-экономической эффективности и обоснованности применения СВЧ энергии дня процессов дезинсекции, дезинфекции и предпосевной стимуляции семян.

Во, второй, главе рассмотрены теория и математические методы исследования напряженности электромагнитного поля в семени при СМ дезинсекции, дезинфекции-и предпосевной стимуляции.

Как показал анализ состояния вопроса, эффективность СВЧ обработки семян в процессах дезинсекциям дезинфекции зависит от параметров электромагнитного' поля, причем различные мнения имеют неоднозначный, а иногда и противоречивый характер. Поэтому разработка технологии СЗЧ обработки семян требует исследование напряженности электромагнитного поля в семени с учетом специфических особенностей- каждого процесса, В общем случае, процессы дезинсекции, дезинфекции и.предпосевной стимуляции предусматривают СВЧ обработку объема или слоя семян.' Однако эффективность обработки семенной иассы будет определяться эффективностью обработки какого семени в отдельности. Следовательно целесообразно рассмотреть процессы происходящие при СВЧ воздействии на единичном семени, полагая, что семенная масса.является совокупностью отдельных семян, И если обеспечить равные, условия СВЧ воздействия по всему объему семенной массы, .то результаты понуренные при исследовании процесса на единичном семени вполне* могут быть применимы для всего объема обрабатываемых семян; ,

В силу того, что размеры объекта исследований (семян, насекомых) малы, проведение непосредственных измерений параметров электромагнитного поля,в нем весьма затруднительно. В связи с этим возникла необходимость в качественной и количественной оценке напряженности1 электрического поля в семени на основе физической модели с использованием теории и математических методов электродинамики.

Рис. I. К исследованию напряженности электромагнитного поля в семени.

м0» % ~ падающая и отраженная ЭЛВ во внесшей среде; М2. М3 - падающая и отраженная ЭЬШ в семени; - 2МВ во вредителе.

Эффективность теории и математических моделей в практическом пралозюшш во многом определяется корректностью предлагаемой физической модели и, следовательно, физическая модель процесса долина отражать основную суть исследуемой технологии. Тогда для процессов СВЧ дезинсекции, дезинфекции и предпоссвной стимуляции, при исследовании напряженности электромагнитного поля,, семя целесообразно рассматривать как объект состоящий из внутренней сферы и внешнего сферического слоя с физическими параметрами, характерными да диэлектриков с потерями. Такая постановка является наиболее общей и решение для ка*кдого из процессов молет быть представлено как частный случай общего решения задачи взаимодействия электромагнитной волны с двуслойным диэлектрическим объектом, математическая постановка, которой, показана на рис.1.

Математические модели исследования напряженности электромагнитного поля в семени при СВЧ дезинсекции, дезинфекции'и прэдпо-севной стимулгщид были получены на основе решения задачи взаимодействия плоской, линейнополяризованной монохроматической электромагнитной волны с многослойными диэлектрическими объектами сферической формы, математическая постановка, которой, предусматривала решение основных уранепнй Максвелла для изотропной среды при средней объемной плотности электрического заряда равной нулю:

дія В = О, діоЙ = О,

(і)

которые с учетом уравнений связи:

(2)

подстановкой

приводятся к виду:

діуМ = О

где

1 '

Рис. 2. К расчету напряженности электромагнитного поля в • многослойном диэлектрическом объекте сферической формы.

М0» ^ЗДЭ^Щ^ » м2]-1 ~ отраженная ] = 1,2,.,т .

' Согласно расчетной схемы задачи, приведенной на рис.2, напряженности электрического Ё и магнитного б полей в каждом слое находятся! из соотношений:

и ' ^ д(гу) с _ ✓ д*(гУ)

= ТЛпО дг ' иг дгдо '

; . (4)

и -1 ¿к д(г\/) /■ / дЧгУ) 1 г игипе дгё?

где функция определяются выражениями вида:

Г]/о= £ Вп.0 % (ко г)Р»(см8)з1п

= ^ Вп.+Ло(к1Г)Р»(сОЮ)$1П*х (5)

гдо

ШмЩ^Зпфг)-

- соответственно прксозда-' неннке функции Леяандра, Бесселевы функции первого рода, Цилиндрические функции Ганкеля второго рода.

Определение коэффициентов (Р=1,2,..,2/77 ) сводится к решению системы алгебраических уравнений вида

АВ-С, (6)

где Л = квадратная матрица ранга 2 /77 . ненулевое эле-

менты, которой строго определяются в соответствии с табли-

цей I. Элементы &р,£ не определенные таблицей I равны нулю;

1В - вектор столбец размера 2/77 х1, элементами, которого

• являются искомые коэффициенты ;

(£ = вектор столбец размера 2 т х1, Ср=0 при Р=3,...2/т?,

С, =-коВп.о%(ко^\ С* =-^ВпЖ(^).

Общая напряженность ЕШ в каждом слое определяется как сумма падающих и отраженных волн.

Численный эксперимент, проведенный на основе полученного решения с учетом конкретных электрофизических параметров в диапазоне 1-9 ГГц, показал, что, в общем случае, напряженность электрического поля в семени зависит как от линейной координаты "Г так и от . угловых координат "О " и " У Было установлено, что влажность семян, размеры вредителя и частота ЭЛЕ существенно влияют на характер -распределения напряженности электрического поля, как а семени так и во вредителе. Наличие внутри семена вредителя приводит к сильной на равно::! эрност и напряженности Э!.Ш б объекте, причем в оболочке (семеш;) напряженность электрического-поля по сравнению с вредителем выше почти в 2 раза. С увеличением размеров вредителя неравномерность напряженности Э'Л1 возрастает, при этом возрастает доля отраженной (рассеянной в окружающее пространство) энергии и уменьшается напряженность поля во вредителе.Повышение влажности семян снижает неравномерность напряженности ЗИП в семени и вредителе и, в тоже время, приводит к увеличению доли отраженной энергии.

'■ '.'лlV ' '•'..: . .Таблица I»

; ■ .' ' Формулы дня определения значенгГ: алеыентов квадратной матрицы А V, ■*.-ранга 2т ... (Р - номер строки, - S - ншер столбца),.

к s Р N. ! ! ! I P- 2 j P-I j P 1 ! i i * P+I P + 2

Р = 2j - X 0 ! ШЬ-ЩМШ i -hUkjRj)

P = 2j ■ J 1 ! J 1- "Ту'Lßjßfl 0 ■

* j= I,2f...m ; P, 3 = 1,2,... 2m .

го

Повышение частоты Э,:П приводит к уменьшению отражения энергии, но при »том поьишпотся пораиноморность элоктрпчоского поля зкж в семени, так и во вредителе.1 Характер неравномерности напряженности электрического поля в семени при наличии вредителя практически но зависит от .'частоты ЭМЛ,

Ддя оценки эффективности поглощения СВЧ. энергии во вредителе по сравнению с семенем был введен относительный коэффициент, рассчитанный по формуле

Я - lESfifig&a .

&0&, /Ес6М1Ч$$2 *

На ркс.З представлена зависимость Рзф от частоты при разной ■ влажности семени и размерах вредители, которая показывает, что эффективность поглощения СВЧ энергии увеличивается с ростом частоты ЖП, а также с уменьшением размеров вредителя и влакностп семян.

Установлено, что для процессов СВЧ дезинфекции и продпосезной стимуляции величина модуля тангенциальных компонент напряженности электрического поля имеет равномерное распределение независимо от , частоты, а величина модуля нормальной компоненты медленно убывает от поверхности к цонтру семени с повышением частоты ЭШ1. При СВЧ дезинфекции с поверхностным увла-кнениом семян удается создать Sony повышенной напряженности в поверхностном слое, где сосредоточена основная масса микроорганизмов, причем величина относительного поглощения СВЧ энергии внутренним объемом семени по сравнением с вноеким увлажненным cjroem составляет 0,5-0,8 единиц.

Рис. 3. Коэффициент SÜSeKTHB-ности поглощения СВЧ энергии во вредителе по сравнению с семенем.

1 - влажность семени 10%;

2 - влажность семени 20$.

Исследования распространения электромагнитной волны в форма прямоугольных СВЧ импульсов показали, что характер изменения амплитуда импульса .такой.же, как и для случая непрерывного излучения, т.е. пропорционально изменению передавочной функции среда, однако ' наблюдается растягивание импульса по фронту даи.?.ения, Кроме того, с уменьшением длительности расширяется энергетический спектр частот содержащихся в импульсе.

В третей, главе изложены теория и математические метода исследования процесса СВЧ нагрева семян.

В целом,, как уже указывалось ранее, термическая обработка семян в ЭШ СВЧ предусматривает обработку объема или слоя семян. Однако эффективность обработки объема семян будет определяться эффективностью 'обработки (нагрева) каждого семени в отдельности. Поэтому результаты исследований, полученные для единичного семени при.соблюдении равных условий СВЧ нагрева по всему объему вполне могут быть применимы ко всей семенной массе. Справедливость такого подхода объясняется' еще и тем, что нагрев воздушно-семенной среды будет определяться СВЧ нагревом той части объема, которую занимают семена и следовательно величиной удельной поглощаемой в единице объема каждого семени СВЧ мощности.

. В общем случае кинетика СВЧ нагрева материалов, имеющих некоторый процент воды должна описываться системой дифференциальных уравнений с учетом массо-переноса и фазовых превращений. Однако при определенных условиях, с некоторой степенью погрешности, кинетику нагрева'макно оценить на основе решения общего дифференциального уравнения, теплопроводности Фурье, Проведенные экспериментальные исследования по оценке возможной погрешности расчетов на основе теплопроводности показали, что исключение из анализа влияния*потерь теплоты на фазовые превращения приводит к погрешности не более 10%. Следовательно для расчетов кинетики СВЧ нагрева семян при дезинсекции, дезинфекции и предпосевной стимуляции, согласно общей физической модели, необходимо получить решение общего дифференциального уравнения теплопроводности Фурье на объекте состоящем из внутреннего шара и.внешнего шарового слоя. Такая постановка является наиболее общей и решение для каждого из рассматриваемых процессов ■ может быть представлено, как частный случай общего решения.

Математические модели СЗЧ нагрева семян при дезинсекции, дезинфекции и предпосевной стимуляции были получены на основе решения общей краевой задачи уравнения теплопроводности Фурье для многослойных объектов при неоднородных граничных условиях третьего

рода. '.фи иатоматячсскои иосгапошю допускалось, что объект япля-отся изотрошшм, т.о. толлофиппчоскт параметры и ка-адом слоо постоянны д однородна по всему занимаемому им объему.

В общем случае для. объекта состоящего из "Л " слоев температурные поля в каждом слое определяются решением систеш дифференциальных уршзиенлй теплопроводности Фурье:

. . п 1 '¿ = /,

где /°£ , , О - соответственно плотность, коэффициенты температуропроводности и теплоемкости ¿-го слоя; -Ха , Хп- соответственно координаты шишей и верхней геометрической (свободной) поверхности объекта; Чс(^Л) ^ количество теплоты, выделяемого внутренними источниками теплоты (СВЧ нагрев) в единице объема /-го слоя за единицу времени; У - пространственная координата, при иачатьтге условия^: ■ *

Тс (по) = (9)

где /¡(г)- некоторая Функция начального распределения температуры, при граничных условиях;;

[

(10)

при граничных условиях сопряжения:

1 дП(гЛ) _ г ЗТйЛгЛ)

Г~ XI (II)

дг дг

где А* - коэффициент теплоцроводности I —го слоя..

. Используя математические методы разделения переменных Фурье, методы включающие разложение функций источников теплоты по собственным функциям однородной задачи и метод Дюамеля для нестацпонар-ных граничных условий для системы уравнений (8) бшш получены решения в форме:

7} (п *).-(Х2) *

где , Гст ~ соответственно собственные фуШОШ1_И собственные значения задачи; обобщенные коэффициент^ лпределя-_____

емые с.учетом начальных и граничных условий, а тайке с учетом функций источников теплоты.

Полученное решение позволяет исследовать как кинетику нагрева^—^ так. и кинетику охлаждения объекта яри начальных температурах равных конечным температурам на стадии нагрева.

Экспериментальная проверка адекватности полученного решения для сферического случая, при СВЧ нагреве семян гороха показала, что разлитое-между-.экспериментальным и расчетными значениями не превышает 10$ з, следовательно, математические модели кинетики процесса СВЧ нагрева необходимо использовать для анализа процессов термической СВЧ дезинсекции, дезинфекции и предпосевной стимуляции семян, а также для расчета технологических и конструктивных параметров оборудования.. :

Численные эксперименты кинетики СВЧ нагрева для процессов СВЧ дезинсекции,' дезинфекции и предпосевной стимуляции, проведенные о учетш относительного коэффициента поглощения СВЧ анергии А эф в разных областях семени при дезинсекции, показали, что при СВЧ дезинсекции распределение температурных полей в семени и во вредителе • зависит от частоты ЭЖ, размеров насекомого, влажности семян и условий теплоотдачи на.поверхности семени. Характерные кривые температурного поля.в семени при СВЧ нагреве показаны на рис.4. В данном случае радиус семени йг =3,5 мм, размер вредителя =1,75мы, влажность семени 15$,.удельная поглощаемая в семени СВЧ мощность 1,85 кВт/кг, начальная температура семени и окружающей среды 20°С, время нагрева 50 с.

Т№~То,°С Рис. 4, Распределение темпе-

ратурного поля в семени при наличии в нем вредителя. .

1 - / <= 1000 МГц;

2 - / = 3000 МП*;

3 - /" = 9000 МГц; -и ш 7,4 Вт/ м2*

- - Л = 74 Вт/ ы2*К.

К;

<2,2. _

а,4 ; а& * . - ■

аз г/Ял _1—..„1.^

Установлено, что согласно гинотозн "теплового юоздойстьия*' :|ффО>ш{?[ОСТЬ С1(4 до :11111с о шиш поопшпотся с ростом чпетоти ИГ.Ш. Кро-;1е того, увеличение коэффициента теплоотдачи "оС " на поверхности семени при СБЧ нагреву позволяет повысить температуру во вредителе по сравнению с семенем, а при охлаждении быстро снять воздействие высоких температур .С увеличением влажности семян снижается температура нагрева вредителя, а с увеличением размеров вредителя температура его нагрева возрастает. В целом полученные результаты свидетельствуют о том, что предположение об избирательном нагреве при СВЧ дезинсекции имеет место лишь на очень высоких частотах " (до 9 ГГц) и при достаточно больших размерах вредителя (около половины размера семени). На частотах ЭМП 1-3 ГГц избирательность нагрева практически отсутствует. Влияние размеров вредителя на температуру его перегрева проявляется только на частотах выше 3 ГГц.

Распределение температурного поля яри СВЧ дезинфекции и СВЧ нагреве семени без вредителя практически не отличаются и в точности совпадают с кривой I на рис.4. Поверхностное увлажнение семян . при СВЧ дезинфекции, несмотря на увеличение эффективности поглощения СВЧ энергии в данной зоне, не дает возможности избирательного нагрева микрофлоры по сравнению с семенем.

При постоянной мощности воздействия СВЧ энергии на фиксированную массу семян более влаченые семена будут нагреваться сильнее по сравнению с менее влажными. Расчетные кривые изменения скорости нагрева семени с учетом влияния влажности на электрофизические и тэплофизические параметры для зерновых культур показаны на рис.5. Расчеты проведены для удельной мощности СВЧ воздействия I кВт/кг.

Рис. 5. Расчетные кривые изменения скорости нагрева семени с учетом влияния влажности на электрофизические и теплофи-эические параметры.

1 - СВЧ нагрев при влажности семян 10%;

2 - СЗЧ нагрев при влачшости семян 20$ без*учета изменения параметров;

3 - СВЧ нагрев при влажности семян 20% с учетом изменения параметров.

дТМ,К/с

■ * * * • > О ео 40 60 ЛО

..Устоловлоно,- что особенности СШ патроне при кмпудьс'по-шрио-дичоском поди о до СЬЧ энергии в сомом проявляются при частого следования импульсов менее ОД Гц. В том случае, когда частота следования импульсов более I. СВЧ наглев практически определяется средней в импульсе мощностью. Кроме того, отличие импульсного СВЧ нагрева от непрерывного более значимо проявляется при коэффициенте заполнения импульса более 0,1 или при скважности менее 10.

В четвертой глазе- приведены результаты исследований посвященное разработке методов расчета технологических и конструктивных параметров оборудования при термической обработке семян электромагнитным -полем. :

В основу методов расчета были положены результаты теоретических исследований кинетики СВЧ нагрева семян. Разработанные метода позволяют:

- определять режимные параметры термической СВЧ обработки семян при недостатке исходных данных;

- рассчитывать технологические параметры при СВЧ обработке объема семян в объемном резонаторе или в радаогерметичной камере под излучателем;

- рассчитывать технологические параметры при СВЧ обработке • семян а слое на конвейерной ленте под излучателем;

- рассчитывать основные технологические и конструктивные параметру при СВЧ обработке потока семян в камере взаимодействия ре-зонатарного типа. . "

Полученные результаты делают возможным рассчитывать и реали-зовнвать рекимы термической обработка семян (по скорости и по конечной Температуре нагрева) црактически на любом технологическом СЗЧ оборудовании, допускающем'СВЧ обработку (СВЧ нагрев) дисперсных, сыпучий материалов. ■

В пятой главе приведены результаты экспериментальных исследований процессов термической обработки семян электромагнитным полем^ сверхвысокой частоты, а также результаты теоретических и экспериментальных исследований применимости интегрального температурно-врем-энкого водействия для оценки эффективности термической СВЧ обработки' семлн. '

Экспериментальные.исследования процессов дезинсекции бобозых (горох, фасоль) и термической обработки зерновых (пшеница, ячмень, овес) культур электромагнитным полем сверхвысокой частоты позволили выявить взаимосвязь между параметрами воздействия 3/Д СВЧ, исходными параметрами'сеыян и эффективность» обработки. Установлены

зависимости между интенсивность!) СВЧ воздействия, экспозицией обработки и всхожестью семян зерновых и бобовых культур с учетом исходной влажности семян (получены регрессионные уравнения, рассчитаны номограмы). Одним из наиболее значимых факторов является удельная СВЧ мощность воздействия на единицу массы семян, которая наряду с исходной влажностью семян фактически определяет эффективность термической СВЧ обработки семян. Причем влияние СВЧ мощности воздействия наиболее сильно проявляется с повышением исходной влажности семян. Оптимальные и критические значения СВЧ мощности воздэйствия зависят от экспозиции и исходной влажности семян, которые можно определять из регрессионных уравнений или графически по расчетным номограмам. Так, например, при СВЧ обработке зерновых с исходной влажностью близкой к 20$ при экспозиции более I минуты удельную СВЧ мощность воздействия следует выбирать менее I кВт/кг. Оптимальные и критические значения параметров СВЧ воздействия не являются строгими фиксированными значениями, а определяются специфическими граничными "линиями уровня" на "полях" СВЧ мощнооти воздействия, экспозиции и исходной влажности семян.

При СВЧ дезинсекции семян для уровней СВЧ мощности воздействия 0,1 кВт/кг и более фактором, определяющим гибель насекомых вредителей, является доза поглощаемой СВЧ энергии. Гибель насеко- ■ мых (80-90$) наступает уже при дозах 65-70 кйс/кг, однако для достижения 100-процентной смертности насекомых СВЧ доза должна быть выше 72-75 кДк/кг. Удельные энергозатраты при СВЧ дезинсекции 'гороха и фасоли с учетом эффективности использования электроэнергии 70% составляют 0,029-0,032 кВт*ч/кг.

Параметры электромагнитного поля, экспозиция и исходные (электро- и теплофизические) параметры семян определяют скорость и конечную температуру СВЧ нагрева семян. Экспериментальными исследованиями по выявлению связи между термическим проявлением ЗМП СВЧ и биологическими показателями при СВЧ обработке семян установлено, что скорость и конечная температура нагрева по-разному коррелируют с показателями качества семян в зависимости от их исходной влажности. Так при исходной влажности семян зерновых в пределах 10$, влияние скорости и коночной температуры нагрева примерно равнозначно, при,этом критические значения (снижение всхожести относительно контроля) находятся в пределах 0,6-0,7 °С/с для скорости СВЧ нах^* рева и 60-65 °С для конечных.температур нагрева. При больших значениях исходной влажности семян (до 20%) качество семян после СВЧ обработки, в основном, зависит от конечной температуры нагрева.

В тстае время при больших значениях исходной влажности семена нал— . болсо. сильно подиоргаются угнетающему доЛстлшо СВ'1 ц(1гроиа, поэтому температурные режима следует ограничивать, как по скорости СВЧ нагрева (не более 0,4-0,5 °С/с), так и по конечной температуре нагрева'(на более 50-53 °С).

Результаты экспериментальных исследований показала, что частота ЕЛ-является существенным фактором лишь при СВЧ дезинсекции, а при термической подготовке семян к посеву в диапазоне 1-Э ГГЦ влияние частоты ЗЩ не существенно* Модуляция З.Щ является важным фактором" (СВЧ дезинсекция сети импульсным ШП на частоте 9 ГГц сникает энергозатраты по сравнению с обработкой непрерывным 2Щ на частоте 2,5 ГГц в среднем на 20-25^). Поляризация ЕШ также является важным фактором (экспериментально установлено, снижение энергозатрат при круговой поляризации ЭДВ по сравнении с линейной поляризацией .за счет улучшения согласования передач;! СВЧ энергии от источника к объекту и повышения коэффициента использования СВЧ энергии).

: Экспериментальные исследования влияния интегрального темпора-турно-временного воздействия при термической СВЧ обработке на посевные качества семян показали, что к процессу СВЧ обработки семян не мотет быть применена аналитическая форма представления интеграла летальности, учитывашая исключительно лишь действие высоких температур во времени. Поэтому били проведены теоретические и экспериментальные исследования и предложена математическая интегральная £орш оценки летальности воздействия при термической СВЧ обработке, семян как вероятности "отказа" биологического объекта, основанная на кинетике процесса и включающая эмпирические коэффициенты биоре— зистентности. В простейшем и наиболее распространенном случае кинетики- процесса "нагрев-охлаждение" интегральные, соотношения для оценки термического действия при СВЧ обработке семян имеют вид:

= (13)

. : ' о

где оС - вероятность снижения всхожести семян, связанная с количественными показателями всхожести по формуле:

(14)

где Ух ¿У - соответственно всхожесть семян до обработка и после обработки, /£;

Л {с/ - функция интенсивности отказов, зависящая от изменения температуры во времени и коэффициентов устойчивости семян к термическому СВЧ воздействию;

- время окончания стадии термического действия, характеризуемое некоторой критической температурой Тк, обуславливающей момент воэмокного наступления значительных биохимических изменений в клетках семян.

Для практического использования интегральной формы (13) определены конкретные выражения функций интенсивности отказов сем&н и насекомых вредителей, а также рассчитаны численные значения коэффициентов биорезистентности дня семян и насекомых вредителей по экспериментальным данным.

Ценность полученных результатов заключается в возможности аналитической оценки эффективности термической обработки семян в ЭГ.:П СВЧ нг, основе кинетики процесса, определения граничных условий на температурные режимы исходя из агротехнологических требований. Интегральная форма оценки позволяет уточнять режимы обработки, а также находить технологичоскио приемы дня удовлотворония требованиям на эффективность обработки. Одним из наиболее простых приемов является нейтрализация термического действия за счет интенсивного * охлаждения семян потоком воздуха после СВЧ нагрева. Расчетные значения скорости потока и время охлаждения определяются из условий эффективности обработки по интегральным соотношениям.

Исследования показали, что сочетание теоретических результатов кинотики СВЧ нагрева семян, мотодов расчета технологических и режимных параметров, а также интегральных форм оценки летальности термического дойствия делает возможным определять и оптимизировать режимы термической СВЧ обработки семян о заранее заданной зцфектив-' ностьм, что существенно повышает надежность технологического процесса. В результате были определены рекомендуемые режимы термической дезинсекции й предпосевной обработки семян зерновых и бобовых культур.

Практическая реализация технологий термической СВЧ обработки сомнн и зерна удо на настоящоо время возможна на технической базе широко используемой в оборонном комплексе. Так производственные испытания рекомендуемых режимов предпосевной обработки зерновых, проведенные совместно с МОКБ "Горизонт" (г.Москва) на полях совхоза "Куликовский" Дмитровского района Московской области (1990,1931гг.) и совхоза "Скуратовекий" Чернского района Тульской области (1931г.), показали высокую эффективность термической подготовки семян к со-

соьу С^Ч эноргнеН» Урожайность пчмеш: поело СиЧ обработки' в уопхо-зо "Скуратовсюп!" составила 30 ц/га {'бой обработки - 20 ц/га), п в совхозе ."Куликовский" в 1990г. - 43,9 ц/га (без обработки - 42,2 ц/га) и в Х991г. - 50 ц/га (без обработки - 42 ц/га).

В целом внедрение в сельскохозяйственное производство технологий термической, обработки семян электромагнитным полом СЗЧ позволит снизить потери зерна от насекомых вредителей до 30-40$, повысить урожайность Зерновых и бобовых на 10-2С%, снизить затраты энергии .при дезинсекции и дезинфекции зерна и семян в 2-3 раза.

В шестой главе изложены исследования посвященные разработке технологических приемов, способов и технических средств для термической обработки семян "электромагнитным полем СВЧ.

С учета*.; технологических особенностей процессов были систематизированы основные варианты технической реализации технологических линий дезинсекции, дезинфекции и предпосевной стимуляции семян. Непосредственно процесс СЗЧ обработки семян может быть осуществлен различными прёмами, однако с позиции технологичности процесса наиболее предпочтительны СВЧ обработка слоя семян под излучателем и СЗЧ обработка потока семян в проходной камере резонаторного типа.

Основными требованиями к устройствам СВЧ обработки семян в слое является равномерность обработки и согласование источника СЗЧ энергии с нагрузкой. Поэтому на основе теории и математических методов исследования распространения и отражения электромагнитных волн в плоскослоистых диэлектрических средах бцл разработан ряд , устройств и технических приемов СВЧ обработки семян, позводягашх при равномерной обработке, семян обеспечивать хорошее согласование источника СВЧ энергии' о нагрузкой по коэффициенту отражения. Разработанные способы согласования источника СВЧ энергии с нагрузкой позволили создать систему контроля и автоматического поддержания минимума коэффициента отражения в процессе СВЧ обработки при изменении электрофизических параметров. Новизна способов заключается в том, что под излучателем и слоем материала устанавливается регулируемых металлический экран и, в соответствии с определенными зависимостями, выбирается толщина слоя обрабатываемого материала и расстояние между конвейерной лентой и экраном.

Для обработки семян в потоке был разработан ряд СВЧ установок, камера взаимодействия, которых, представляет проходной объемный резонатор. Конструкции расработанных установок обеспечивают равномерную ¡обработку всего потока семян при максимально возможной про-из водит эль нос те.' Однако для промышленного использования целесооб-

Рис. 6. Принци ттльная блок-схема Сії4 иомпликсп "Агро"

І - система электропитания; 2-СВЧ генератор; 3 - загрузочный бункер; 4 - камера взаимодействия (объемный резонатор); 5 - разгрузочный бункер; 6 - система охлаждения; 7 - дистанционный пульт управления;

:— * — поток холодного воздуха;

---- соток подогретого воздуха.

разно создавать не отдельные типы СВЧ устройств, а специализированные унифицированные СВЧ комплексы, которые в полной мере могли бы реализовывать различные варианты технологических линий, включая операции присушив как дезинсекции, дезинфекции, так и предпосевной . стимуляции семян.

В связи с этим, совместно со специалистами опытно-конструкторского бюро "Горизонт" (г.Москва), был разработан специализированный СВЧ комплекс "Установка для обработки сельскохозяйственной продукции "Arpo", позволяющий реализовниать практически все рассматриваемые технологии термической обработки семян - дезинсекцию, дезинсекцию, предпосевную стимуляцию. Принципиальная блок-схема установки показана на рис.6. Конструктивно установка состоит из СВЧ-энергопэ-лучающего модуля с камерой взаимодействия» блока электропитания, дистанционного пульта управления и вспомогательных блоков. Отличительной особенностью принципа работы установки является использова-, ние тепла, полученного при обеспечении заданного температурного режима СВЧ генератора, для предварительного подогрева обрабатываемых семян при СЕЧ дезинсекции и дезинфекции. Это позволяет на 8-10% увеличить производительность установки без увеличения потребляемой мощности. Производительность установки при дезинсекции до 1,2 т/ч. , Конструкция СВЧ комплекса предусматривает также доукомплектование специализированными камерами взаимодействия и другими устройствами с целью существенного расширения его технологических возможностей: сушки зерна,^Фруктов, лекарственных трав, древесины ценных пород, . стерилизации пищевых продуктов и др. Возможны варианты как стационарного, так и мобильного размещения оборудования.

СедъУ|ар глава посвящена технико-экономическому анализу эффективности применения электромагнитных полей СВЧ для термической об-

работки 'семян зерновых и бобовых культур в процессах дезинсекции и . предпосевной обработки. С учетом производственного эффекта бил проведен детальный анализ влияния производительности, годовой загрузки и срока службы оборудования на экономическую эффективность СВЧ обработки. Разработан ткпоразмерный ряд СВЧ устройств по производительности для процессов обработки семян электромагнитным полем СВЧ.

Характерная зависимость экономического эффекта от выше указанных составляющих показана на рис.7. В целом на основании анализа технико-экономической эффективности применения З.Я1 СЗЧ для термической обработки семян были выявлены важные моменты, соблюдение, которых на .практике обеспечивает максимальный экономический эффект: одним из основных требований к СВЧ оборудованию является надежность безотказной работы. При сроке службы оборудования 5 лет и более затраты на СВЧ технологии будут экономически оправданы;

- Исходя из технических возможностей СВЧ оборудования (производительность) потребителю необходимо обеспечивать минимальную загрузку оборудования (объем обработки), чтобы СВЧ обработка семян была экономически оправдана. Обеспечение указанных условий возможно различными организационными мероприятиями:

1. При фиксированных сроках обработки и недостаточной производительности оборудования увеличить суточную нагрузку за счет двух или трехсменной работы;

2. Максимально использовать оборудование в течение года -предпосевная СВЧ подготовка семян весной, СВЧ дезинсекция семян в осенне-зимний период;

3.' Эксплуатация оборудования несколькими потребителями за счет обслуживания ряда хозяйств в конкретном районе, т.е. реализация СВЧ технологий на базе специализированного СВЧ комплекса.

Рис. 7. Влияние годовой загрузки оборудования на экономическую эффективность СВЧ дезинсекции гороха (срок службы оборудования - 5 лет) в зависимости от производительности.

I - 0,1 т/ч; 2 - 0,5 т/ч; 3-1 г/ч; 4-2 т/ч.

ЗШШШ1ИЕ и ОШ0Щ выводи.

Выполненная диссертация янляется комплексным научным исследованием процессов термической обработки семян с.-х. культур в электромагнитном поло сверхвысокой частоты, шошчоющим разработку теоретических методов исследования и использование их для разработки и практической реализации экологизированных технологий дезинсекции, дезинфекции и предпосевной стимуляции семян.

Основные результаты исследований заключаются в следующем:

1. Разработанные теория и математические методы исследования процессов термической обработки семян в электромагнитном поле сверхвысокой частоты, включающие исследование напряженности ШП в семени, исследование СВЧ нагрева, исследоваго!е применимости интегрального температуряО-Времеиного воздойствия для ОЦенКИ эф')еКТ1Ш-ности термической СВЧ обработки семян, являются научной базой создания эффективных методов и технических средств для получения высококачественного посевного материала. Результаты выполненных исследований позволяют оценить действие физических факторов при тер- ■ мическоЦ СВЧ обработке семян; определить условия эффективности термической СВЧ обработки при дезинсекции, дезинфекции и предпосевной стимуляции семян; комплексно оценить эффективность применения электромагнитных полей СВЧ для термической обработки семян в сельском хозяйстве.

2. Полученные математические модели процесса термической 66-работки семян в переменном электромагнитном поле, устанавливающие взаимосвязь кекду основными физическими параметрами ШП, физическими и биологическими параметрами семян и окружающей среда, позволяют выявлять способы и призмы совершенствования существующих и разработки более эффективных технологических приемов и- технических средств термической дезинсекции, дезинфекции и предпосевной стимуляции семян с.-х. культур в электромагнитном поло СВЧ, опродолять и -прогнозировать наиболее рациональное их применение. Разработанные математические модели позволяют рассматривать систему "Электромагнитное поле - среда - семена", как единую совокупность, определяемую физическими параметрами электромагнитного поля, свойствами биологических объектов и свойствами окружающей среды. При известных физических и биофизических свойствах биологического объекта по величине физических параметров электромагнитного поля ( удельной СВЧ мощности, экспозиции и т.д.) и по условиям окружающей среды (температура, интенсивность теплообмена) можно оценивать ве-

роятную эффективность термической СВЧ обработки семян (дезинсекции, дезинфекции, предпосевной стимуляции),

3, Экспериментальная проверка подтвердила адекватность теоретических моделей, что дало возможность провести численные эксперименты и взвить 'следующее:

- При СВЧ дезинсекции наиболее предпочтительна обработка семян с меньшей (кондиционной) влажностью, с высоким значением напряженности электрического поля. Гипотеза об избирательном СВЧ нагреве при СВЧ дезинсекции имеет место лишь_на очень высоких часто- ■ тах (до 9 ГГц)и при достаточно больших размерах насекомого (около половины размера семени). На частотах менее 3 Шц избирательность СВЧ нагрева практически отсутствует. Влияние размеров насекомого на температуру его перегрева начинает проявляться только на частотах выше 3 ГГц.. -

- При СВЧ дезинфекции наиболее предпочтительна обработка се-глян с меньшей ёлатаостыо, с высоким значением напряженности электрического поля. Кратковременное увлакнение семени позволяет создать зону повышенной напряженности электрического поля на его поверхности и некоторое увеличение эффективности поглощения СВЧ энергии в данной зоне, но не дает возможности избирательного нагрева микрофлоры по сравнению с семенем.

- При предпосевной стимуляции, дезинсекции и дезинфекции следует учитывать следующее: в целом распределение температурного поля в семени неравномерно - максимальная температура в центре, минимальная на поверхности; с повышением интенсивности теплообмена разница температур между центрам и поверхностью семени повшается, ко при этом сикается скорость СВЧ нагрева; при постоянной мощности воздействия.'СВЧ энергии на фиксированную кассу семян болей влажные семена будут нагреваться сильнее по сравнению с менее влажными.семенами; особенности СВЧ нагрева при лмпульсно-периоди-часком подводе СВЧ онергии в семена (снижение скорости нагрева) проявляются при частоте следования импульсов менее 0,1 Гц, в том случае, когда частота, следования импульсов более I Гц СВЧ нагрев практически определяется средней в импульсе мощностью; отличие импульсного СВЧ нагрева от непрерывного более энашлю проявляется при скважности импульса менее 10.

' 4. Разработанные на основе теоретических исследований методы расчета-основных технологических и конструктивных параметров СВЧ оборудования .позволяют определять режимные параметры термической СВЧ-обработки семян при недостатке исходных данных, рассчитывать

тпхтюлогпчлскио пдрпмотрн при СВЧ обработке объема семян в объемном резонаторе или б радаогоршти чиой каморо под излучателем, рассчитывать технологические параметры при СВЧ обработка семян в слоо на конвейерной ленте под излучателем, рассчитывать основные технологические и конструктивные параметры при СВЧ обработке потока семян в камере взаимодействия розонаторного типа. Это делает возможным создавать новые эффективные технические средства термической СВЧ обработки семян, а также использовать существующее технологическое СВЧ оборудование дан реализации процессов термической дезинсекции, дезинфекции и предпосевной стимуляции, существенно снижать затраты на разработку и внедрение новой техники в производство.

5. Экспериментальными исследованиями установлены регрессионные зависимости влияния удельной СВЧ мощности, экспозиции, скорости и коночной температуры СВЧ нагрева на качество семян при термической СВЧ обработке зерновых и бобовых культур, выявлены пороговые и критические значения параметров воздействия определяющие гибель насекших: ¿¡родитслой (гороховой и фасолевой зерновок),

6. Экспериментально установлено, что частота ЭШ является су-иествешшм фактором лпгаъ при СВЧ дезинсекции. Модуляция электро- , магнитного поля (импульсная СВЧ обработка) позволяет снизить энергозатраты при СВЧ дозинсекции на 25-30^. Круговая поляризация улучшает согласование передачи СВЧ энергии от источника к Семёнам сникая общие энергозатраты на термическую СВЧ обработку.

7. Экепоршонтлиьно ИОДТПСР'НДШГО, ЧТО эффоктивностъ ТОрМИЧОС-

коЗ'1 СВЧ обработки семян можо оценивать на основе интегральных соотношений "вероятности отказа биологического объекта".Математическая форма оценки эффективности термической СВЧ обработки, основанная на кинетике процесса и включающая эмпирические коэффициенты биорезистентности, позволяет определять условия эффективности об-работ1си семлн, рассчитывать и уточнять режимы термической СВЧ дезинсекции, дезинфекции, продпосевной стимуляции, прогнозировать ожидаемый результат, повысить надежность технологического процесса.

0. Экспериментально проверены в производственник условиях, разработанные на основе теоретических и экспериментальных исследований, рекомендуемые рекимы термической СВЧ обработки семян. Термическая СВЧ обработка позволяет проводить дезинсекцию бобовых без снижения всхожести семян. Прибавка урожая зерновых и бобовых культур составляет, 10-19^. ....

9. Разработанные новые способы и технические устройства для

•термической обработки семян в ШЛ СБЧ об ее почивают равномерность обработки'семян и согласование СВЧ источника с нагрузкой как для малых (до 100 кг/ч) так и для больших (до 2 т/ч) производителькос-тей. Разработанный совместно с ОКБ "Горизонт" (г.Москва) унифицированный СВЧ комплекс "Агро" (производительностью до 1,2 т/ч при дезинсекции) может быть использован также для сушка зерна, фруктов, лекарственных трав, древесины денных пород, стерилизации пищевых цродуктоз л др., предусматривает варианты как стационарного, гак и мобильного размещения оборудования.

10. Разработанная методика технико-экономической оценки поз-• валяет определять, комплекс необходимых условий эффективности применения энергии электромагнитных полей СВЧ для термической обработки семян. ■ ■;

Экологизированные технологии термической дезинсекции, дезинфекции, и предпосевной стимуляции семян в ЖП СВЧ позволяют улучшить экологию в сельскохозяйственных районах, повысить урожайность с.-х. .культур, обеспечить сохранность посевных свойств семян и продовольственных качеств зерна, снизить потери семян и зерна от насекомых-вредителей .запасов до 30-40$, отказаться от закупки дорогостоящих химических препаратов, снизить общие затраты энергии ' при термическом обеззараживании по сравнению с использованием жидкого топлива в 2-3 раза, снизить затраты ручного труда в 3-5 раз, улучшить условия труда, обслуживающего персонала.

Широкое внедрение технологий термической обработки семян в 2/Л СВЧ позволяет, использовать в народном хозяйстве оборудование, не задействованное в оборонном комплексе, и обеспечить занятость определенной части оборонных предприятий на изготовлении технологического СВЧ оборудования.

! '"'.'■ - ■"..■■■■■■-'■' ■

'ОСНОВНЫЕ'' ПОЯСНЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНЫ В РАБОТАХ:

IМатематическая модель процесса СВЧ-нагрева семян в псевдо-ожиженном слое//.Сб. науч. тр. НИИСП,- М., 1987.- С.33-36 (соавтор парков Г.А.).

2. Процесс дезинсекции семян при диэлектрическом нагреве// Сб. науч. тр. МШС11.- Ы., 1988.- С.16-22 (соавтор Шарков Г.А.).

. 3.: Рассеяние плоских электромагнитных волн сферическим препятствием// Сб. науч. тр. МИИСП.- Ы., 1989.- С.5-10 (соавтор Бородин К.Ф.). .

4.: Лабораторная.СВЧ установка// Сб. науч. тр. ШКСП.-М., 1969.- С.25-31 (соавторы Кузнецов С.Г., Михайлов М.Д.).

5.' СВЧ-допинсоиция сомян гороха от гороховой зерновки// У1 Всесоюзная нау чпо-т о хиическая конференция "Улоктрофизические метода обработки пищевых продуктов и с.-х. сырья,- М.: 1989.'- С.126.

6. Способ и устройство управления СВЧ-обработкой сыпучих материалов// Cö, науч. тр. МИКСП,- М., 1990.- C.I0-I4 (соавторы Кузнецов С.Г,, Андоржанов А.Л., Михайлов М.Д.). ■

СВЧ-обработка семян овощных культур// Сб. науч. тр. ПСИ. - М., 1990.- С.21-22 (соавтор Еабенко A.A.).

8. К вопросу СЗЧ дезинсекции семян бобовых культур// Сб.' науч. тр. МИИСП,- М., 1950.- С.45-48.

9. Всхожесть семян мо'кно повысить// Картофель и овощи.-1990, JS2.- С.24-25 (соавторы Кононков П.Ф,, Старцев В.И.).

10. Термический эффект определяющий фактор качества семян при СВЧ-сушке// Л Всесоюзная научно-практическая конференция "Применение СВЧ-эноргии в технологичоских процессах и научных исследованиях".- Саратов, 199Е,- С.16-17 (соавтор Горин А.Д.).

11. Импульсная СВЧ обработка семян гороха// Сб. науч. тр. ШИСП.- М., 1921.- С.31-У2.

12. Урожайность ячменя можно повысить используя СВЧ энергию// Сб. науч. тр. Ш!СП.- 1.1., 1991.- C.IÜ-I9 (соавтор Горин А.Д.).

13. Расчет импульсных электромагнитных полей при СВЧ-облуче-нии дюлектркчоских материалов, ограниченных метаиличосесим экраном // Сб. науч. тр. ШИС11,- 1921., С,14-18 (соавтор Еабенко A.A.).

14. Многомодульная СВЧ-установка и ее применение в агропро-мышюшшх предприятиях// Сб. науч. тр. МШС11.- 1931., С.25-28 (соавторы Кузнецов С.Г., Воронов A.B., Литун И,Б,).

15. Проявление то илового эффекта при СВЧ-сушке семян//Всесоюзная конференция "Применение СВЧ-иэлучений в .биологии и сельском хозяйстве".- Кишинев, 1991.- C.I&-I9 (соавтор Горин А.Д.).

16. Энергетический спектр излучения' irpn импульсном СВЧ воздействии на семена с.-х. растений/ Научно-техническая конференция ВНИДТИШСХ по итогам исследований 1990 г."- Зерноград, 1991.- С. 97-101 (соавтор Бабонко A.A.),

17. Взаимодействие электршагнитной волны с семенами при дезинсекции зерна// Техника в сельском хозяйстве.- 1991, £6,- С.8-10 (соавторы Бородин И.Ф., Кузнецов С.Г.).

18. СВЧ дезинсекция гороха и фасоли// Ш Всесоизный научно-производственный семинар молодых ученых и специалистов "Новые идеи в растениеводстве и пути их реализации"Воронеж, 1931 (соавтор Бородин И.Ф.).

19. К вопросу импульсного СВЧ нагрева с.-х. объектов// Сб. науч. тр. ШИСП.- 1992.- С.26-30.

20. Термические аспекты СВЧ обработки семян// Сб. науч. тр. Ш:СП,- М., 1992.- С.33-42. (соавтор Еабенко A.A.).

21. Распространение электромагнитного импульса при СВЧ обработке семян// Сб. науч. тр. Ш'ЮП..- М., 1902.- C.X05-I09 (соавтор Бабекко A.A.).

22. Исследование влияния температурных факторов на всхожесть семян пшеницы при СВЧ обработке//. Сб. науч. тр. ШИСП.- Ы., 1992,- ■ С.33-36 (соавтор Горин А.Д.).

-23. Электромагнитные поля на службе у полевода// Зерновые культуры,- 1992, #5-6,- С,6 (соавторы Бородин И.Ф., Горин А.Д,).

■ 24. Расчет температурных полей при СВЧ нагреве многослойных объектов//Сб^ науч. тр. ГЖИСП.-М., 1993,- С.22-27.

25. К расчету напряженности электрического поля при СВЧ обработке. полудроволящих плоскослоистых объектов ограниченных металлическим экраном//Сб. науч. тр. ШКСП.-М., 1993,- С.28-31.

26. Изменение! всхожести семян зерновых культур под влиянием СВЧ обработки// -Доклада РАСХН, 1993.- С.92-95 (соавторы Бородин К.2., Горин А.Д;). '

27. К расчету нестационарной теплопроводности в многослойных объектах при; граничных условиях третьего рода// Инженерно-Физический журнал.- 1993, Т.65,-Ш.-С.98-100.

28. . К'вопросу использования импульсных СВЧ генераторов для термообработки зерна// Техника в сельском хозяйстве.- 1933,- ЙЗ.-С.28-29.. - \ ; -

29. Основные результаты комплексного анализа эффективности применения электромагнитных полей СВЧ в процессах термической 'обработки семян// Всероссийский научно-технический сомшгар."Высокоэффективные технологии по производству продуктов сельского хозяйства их переработке и хранению",- МГЛУ.- Н,, 1993,- С.22-23.

30. К вопросу решения термической задачи СВЧ нагрева пантов северного оленя// Всероссийский научно-технический семинар "Высокоэффективные1 технологии по производству продуктов сельского хозяйства, их-переработке и хранению".- МГАУ,- М,, 1993,- С.20-21.(соавтор Горин А.Д;).

ЗГ; Исследование напряженности электрического поля в семени при СЗЧ.'дезинсёвдии зерна// Электричество,- 1994,- /53,- С.54-58.

: 32. Высокочастотный нагрев в технологии обработки семян зерновых// Техника в сельском хозяйстве.- 1994.- JS3.- C.I8-I9.

33. Воздействие тямгторлтуртлс факторов на всхожесть семян эерношх при их обработке в электромагнитном поле СВЧ// Доклады РАСХН.- 1994, С.21-23 (соавтор Горин А.Д.).

34. К решению некоторых общих краевых задач уравнения типа теплопроводности дат одномерных многослойных объектов при неоднородных граничных условиях третьего рода// Ред. "Ише.-физ. ж."

АН Беларуси.- Минск, 1994.- 9 е.- Деп. в ВИНИТИ.

35. Обработка семян и зорна электромагнитным полем сверхвысокой частоты// Сельский механизатор,- 1994, Jí>8.

36. Расчет напряженности электрического поля в многослойной ■ лолупроводящей сфере// Сб. науч, тр. МГАУ,- М., 1994.

37. Интегральная оценка температурного действия при обработке семян в ЭМП СВ4// Техника в сельском хозяйстве.- 1994, .'ÎG,

38. Исследование и обоснование способов и основных параметров СВЧ-устаповки для борьбы с сорняками в почве// Отчет 1ШР, этап X, МШСП.- Ы.: ВНТЩ, инв. JÍ029070001X889, 1989.- 50 с, (соавторы Бородин И.Ф. и др.).

39. Разработка и изготоиленно СВЧ стенда для проводония исследований с семенами сорных растений в лабораторных условиях// Отчет ÎMP, этап П, МШСП.- И.; В11ГИЦ, инв. )Ю29Х00-1673С, I9G9.- 47 с. (соавторы Бородин И,0. и др.),

40. Разработка экологачоски чистых и эиоргосборог.иштх: технологий по производству и хранению с.-х. продукции с использованием впеншкх электромагнитных полей и внутренних биоэлектрических явлений// Отчет НИР, этан I, Ш1СИ.- М. : В1ШЩ, шш, Ю292000;Ш5, 1990,- 189 с. (соавторы Бородин И.О. и др.).

. 41. Разработка экологически чистых способов снижения потерь с.-х. продукции с использованием СВЧ энергии// Отчет НИР, этап II, МШСП.- ГЛ. : В1ГГИЦ, инв. J; 02930004692, 1992.- 159 с. (соавторл Бородин И.Ф. и др.).

42. Разработка технологий и устройств для производства экологически чистой с.-х. продукции с применением биоэлектрической информации и электромагнитных полей// Отчет НИР, МИИС11.- М. : БНТИЦ, Инв. Ю2930004944, 1992.- 139 с. (соавторы Бородин I1.ÍP, и др.).

43. Исследование процессов обеззараживания семян зерновых культур и предпосевной их стимуляции на базе применения электромагнитных полей// Отчет НИР, МИИСП.- М.: БНТИЦ, инв. №290004943, 1992.- 92 с. (соавторы Бородин И.Ф. и др.).

44. A.C.ISSS550 (СССР). Устройство для обработки семян// Бородин И.Ф,, Вендан C.B., Кузнецов С.Г.- опубл. Б.И., 1990, JÍ3I.

45. А.с.I669087 (СССР)..'Слоеod обработки диэлектрических материалов// Опубл. Б;!'., 1991, .№29 (соавторы Бородин И.Ф., Кузнецов С.Г,, Михайлов М.Д.).';

46. А.с.16$886Х (СССР).Способ управления процессом перемешивания навозных .стоков и система для его осуществления// Опубл. Б.И,, 1991, J624 (соавторы Якименко А.П,, Гол овинов В.В., Паткин A.A.). . ,

47. А.с.1706419 (СССР). Способ дезинсекции семян бобовых// Опубл. Б.И., 1992, JJ3 (соавторы Горин А.Д., Кузнецов С.Г.). .

' 48. А.с.1738117 (СССР). Способ предпосевной обработки семян находящихся в состоянии-глубокого органического покоя// Опубл. Б.И., 1932, l'cZl (соавторы Бородин И.Ф., Кононков П.Ф., Старцев В .И., Бабенко A.A.).

49..А.с.1766294 (СССР). Устройство для предпосевной обработки семян// Опубл. Б.И., 1992, Ж37 (соавторы Бородин К.Ф., Бабенко А.А);

50.:A.c.I7€f?346 (СССР). Устройство для СВЧ обработки семян// Опубл. Б.И., 1993, Ш (соавтор Бородин И.Ф.).

51. A.c.4736102/31 (СССР). Устройство для дезинсекции семян// 1990 (соавтор Бородин И.Ф.).

52. VehdinSX 3nvesiigaiion of I he Eteclric Fuid Jnlen$iiy_Ln Seed Düring UHF- Disinfesiaiton,- Btec-iri cat Technology > /Q94, AW, pp. 1BQ-17&.

л -

Объем 2 п.л.

Подписано в печать , Тиран 100 экз.. Заказ

Ротапринт Московского Государственного Агропнженорного Университета имени В.П.Горячккна .

Москва, 1275СО, Тимирязевекак ул., д.58.