ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВОЗДУШНО-ЖИДКОСТНОГО ПОТОКА ПРИ ОБРАБОТКЕ СОРНЫХ РАСТЕНИЙ В МЕЖДУРЯДИЙ ВИНОГРАДНИКОВ
Постановка проблемы. Во всем технологическом процессе возделывания винограда, особое место занимают операции по защите виноградных насаждений от вредителей, болезней и сорной растительности. При химической защите, с целью повышения урожайности виноградного куста огромную роль играет борьба с сорняками, так как они, в целом, наносят вред всем без исключения сельскохозяйственным культурам. Наличие 100...200 сорняков на 1 м2 с 1 га почвы выносится в среднем 100...140 кг калия и что на образование 1 кг сухого вещества расходуется 250...1000 л воды, то есть происходит активное истощение плодородного почвенного слоя.
В связи с этим исследования, направленные на создание приспособлений к опрыскивателю для внесения гербицидов в рядах и междурядьях садов и виноградников, с меньшим расходом ядохимикатов, обеспечивающих равномерную обработку межствольных и межкустовых пространств с исключением при этом попадания раствора на штамбы и листву культурных растений при регулируемой по площади и конфигурации защитной зоне в околоштамбовом пространстве, являются актуальными, имеют как научное, так и народнохозяйственное значение.
Цель исследования. Установить зависимость количества движения струи от степени проницаемости полупроницаемого слоя и основных геометрических и кинематических параметров воздушной форсунки. Определить характер движения воздушно-жидкостного потока в зависимости от толщины полупроницаемого слоя.
Анализ публикаций. Исследованию технологических процессов
|
Цель (100% гибель) |
Рекомендуемый размер распыляемых частиц (капель) |
|
Летающие насекомые
|
от 10 до 50 микрон |
|
Насекомые на поверхности листового аппарата |
от 30 до 150 микрон |
|
Болезни растений
|
от 30 до 150 микрон |
|
Сорняки
|
от 100 до 300 микрон |
борьбы с сорной растительностью посвящены работы В. Ш. Ладонина, П. И. Войтова, Г. С. Груздева, П. А. Догоды, С. С. Воложанинова. Исследованием турбулентных струй занимались такие ученные как: Дунский В. Ф., Никитин Н. В., Абрамович Г. Н., Догода П. А., Воложанинов С. С.
Основная часть. Одним из наиболее действенных средств уничтожения сорной растительности является обработка поверхности междурядий и приствольных полос гербицидами.
Принцип внесения гербицидов прост. Капля химического препарата, попадая на растение, образует очаг поражения. Чем больше капель, тем больше попаданий в цель. Но традиционные методы имеют один очень большой недостаток. Для того чтобы получить большее количество капель, необходимо увеличивать количество распыляемой жидкости на единицу площади. Это снижает производительность работ, а также порождает ряд технических проблем и неудобств, как:
– увеличение частоты подвоза рабочего раствора в семь раз и более;
– затраты на использование дополнительного трактора;
– технологические простои на заправку;
– увеличение количество персонала, задействованного на хим. работах.
Пытаясь решить эту проблему, исследователи технологии химической обработки растений пришли к выводу, что нужно увеличивать количество капель не путем увеличения объема рабочей жидкости на гектар, а путем уменьшения размера самой капли (см. табл. 1). При этом количество химического препарата, растворенного в объеме рабочей жидкости, остается неизменным.
Таблица 1 - Рекомендуемые размеры частиц (капель) при борьбе с вредителями, болезнями и сорняками.
В нашем случаи применение воздушного потока позволило бы усовершенствовать процесс внесения гербицидов. Сжатый воздух через щель в нижней части рукава должен податься в зону действия жидкостных распылителей. Количество и скорость воздуха позволит, не только препятствовать снесению препарата в ветреную погоду, но и раздвигать густые насаждения растений, и таким образом распылитель обработает труднодоступную для обычных опрыскивателей внутреннюю сторону листьев и донесет капли до поверхности почвы.
Во многих странах ведутся исследования, показывающие, что при опрыскивании с использованием принудительного осаждения капель воздушным потоком на растениях оседает больше капель рабочего раствора, чем при обычном опрыскивании.
Однако на сегодня аналитически недостаточно обоснованы параметры поведения воздушно-жидкостного потока при проникновений его в крону сорного растения, а также не обоснованы наиболее приемлемые способы движения потока в кроне, в зависимости от количества листовой поверхности и высоты стебля, что не дает возможность найти наиболее приемлемые параметры рабочих органов и как следствие отсутствие самих машин.
Возник вопрос, как ведет себя турбулентная струя при прохождении препятствия. В нашем случае примером служит внесение гербицидов для обработки сорных растений в виноградных насаждениях. Турбулентная воздушно-капельная струя, создаваемая распылителем, направляется в листье-стебельную массу, которую можно рассматривать как полупроницаемое препятствие.
Схема струи, проходящей через полупроницаемый слой А, показана на рис.2. Набегающая часть струи (
) существенно отличается от соответствующего участка невозмущенной струи лишь в непосредственной близости от слоя А, т. е., как и в не
Рис. 2. Схема струи, проходящей через плоский полупроницаемый слой (на примере осота полевого).
возмущенной струе, количество движения в набегающей струи.
. (1)
В струе прошедшей слой А (
), 
. (2)
В полупроницаемом слое А (
) количество движения струи убывает. Принято, что убыль количества движения струи в малом элементе слоя пропорциональна объему этого элемента 
и равна 
, где 
– величина, постоянная для всего слоя А и характеризует степень его проницаемости.
Убыль количества движения струи на участке протяженностью 
:
. (3)
При 
, 
. После интегрирования получим. 
exp
. (4)
Отсюда:
exp
.
Применительно к круглой струе.
, при
, (5)
где 
– радиус сопла: 
– средняя скорость воздуха в выходном сечении сопла.
Для оценки распределения скоростей в круглой струе, проходящей через слой А, принято, что в ней, как и в невозмущенной струе, сохраняется подобие профилей скоростей и что эти профили приближенно соответствуют уравнению профиля для основного участка невозмущенной струи:
. (6)
Из принятого подобия профилей скорости следует прямолинейность границ струи [1]:
при 
, 
при , 
при . (7)
Скорость на оси струи при , 
[1]: 
. (8)
Для участка при 
exp
. (9)
Аналогично для участка при 
exp
. (10)
Расход воздуха через поперечное сечение струи на участке с учетом с учетом (6), (7) и (8). 
. (11)
Аналогично на участке при 
. 
exp. (12)
Рассмотрим подробнее равенство (12). При имеем 
~
, т. е. с увеличением 
расход растет. Нетрудно видеть, сто при 
, 
. Очевидно, расход воздуха через поперечное сечение струи при увеличении 
сначала растет и достигает максимума, а затем убывает. Но уменьшение расхода воздуха в турбулентной струе физически невозможно: вследствие неразрывности течения и турбулентной диффузии расход воздуха с увеличением может возрастать. Поэтому принятые допущения о сохранении подобия профилей скоростей и соответствия их уравнению (6) на участке () оказываются физически возможными лишь при определенных ограничениях, а именно при условии, что расход воздуха через сечение струи на участке () растет с увеличением .
Взяв производную от 
по и приняв ее нулю, найдем, что максимум расхода достигается при:
(13)
или при .
.
Критическая толщина полупроницаемого слоя равна при этом соответственно. 
(14)
или при .
. (15)
Расход воздуха в критическом сечении стрии (максимальный расход воздуха) равен.
(16)
или при .
(17)
Рассмотрим вопрос о форме струи при толщине полупроницаемого слоя, превышающей критическую. Согласно (3) количество движения струи в полупроницаемом слое. 
.
Расход воздуха через струю 
, т. е. 
, откуда 
.
Если принять условие постоянства расхода, то 
~
. (18)
т. е. для обеспечения постоянства расхода воздуха при данном законе уменьшения количества движения границы струи должны быть не прямолинейными, как в невозмущенной струе, а криволинейными и их кривизна должна возрастать с увеличением х и .
Следовательно, при значительной толщине и густоте полупроницаемого слоя струя должна расширяться сильнее, чем невозмущенная струя.
При 
ошибка, допускаемая при предположении о прямолинейности границ струи и об отсутствии различий в форме невозмущенной струи, и струи, проходящей через полупроницаемый слой, становится явной.
Выводы: При прохождении через полупроницаемый слой (листовой аппарат сорных растений – от цветка до поверхности почвы) движение воздушно-жидкостного потока, при условий постоянства расхода воздуха и уменьшения количества движения струи должна быть криволинейным. Кривизна потока должна возрастать с увеличением толщины полупроницаемого слоя и степени его проницаемости, что даст возможность уменьшить расход самого препарата на гектар, при этом достигая лучшей эффективности по сравнению с обычным опрыскиванием.
Список литературы:
Дунский В. Ф., Никитин Н. В., Соколов М. С. Пестицидные аэрозоли. М.: Наука, 1982, 288 с. Абрамович Г. Н. Теория турбулентных струй. М.: Физматгиз, 1960. 715с. Догода П. А., Воложанинов С. С., Догода Н. П. Проблемы разработки энергосберегающей технологии и средств механизации защиты растений. «Вісник інженерної академії України» Київ, №1 2000 г. Груздев Г. С. Химическая защита растений. М: «Агропромиздат», 1987 г. – 415 с. Догода П. А., Воложанинов С. С., Догода Н. П. Механизация химической защиты растений. Симферополь: «Таврия», 200г. – 139 с. Дисперсность распыла в зарубежных опрыскивателях: Режим доступа: http://www. zerno-ua. com/p=989.
Догода П. А. – д. с-х. н., профессор.
Соболевский И. В. – к. т.н.
Степанов А. В. – к. т.н.
Османов Э. Ш. – аспирант