Математическое моделирование устройства для нагрева воды для поения крупного рогатого скота

Abstract

Изучение потребления энергоресурсов сельскохозяйственными предприятиями выявило повышенное потребление электрической энергии. Очевидно, что требуется снижение её потребления. Большỳю часть потребления электрической энергии в сельскохозяйственных предприятиях занимают электрические водонагреватели. Рассматриваются типы нагревательных устройств в зависимости от вида нагрева: косвенного, прямого, индукционного, диэлектрического. Проводился анализ научных работ многих учёных о влиянии температуры на продуктивность животных. Выяснили, что вода различной температуры оказывает разное влияние на производительность крупного рогатого скота, но по-прежнему остаётся потребность в подогреве воды. Для того чтобы удовлетворить требование в снижении потребления электрической энергии, затрачиваемой на нагрев воды, предлагается использовать новое устройство, которое представляет собой теплообменник, работающий за счёт теплоты излучаемой крупным рогатым скотом. Он представляет собой оребрённую трубу, которая заполняется водой. Оребрение необходимо для увеличения поверхности теплообмена. Математические расчёты выполнялись в несколько этапов. Сначала была выбрана программа для автоматизации необходимых расчётов, затем выбраны задающие условия для математического моделирования эксперимента. В результате выполнена аппроксимация экспериментальных зависимостей температуры воды от времени нагрева при разной мощности излучателя теплоты, составлены матричные уравнения в соответствии с экспериментальными данными опытного образца устройства для нагрева воды. Для описания зависимости температуры от времени нагрева из матричных уравнений выведены полиномы. Графически отображены указанные зависимости для разных мощностей, которые наглядно показывают, что с увеличением продолжительности нагрева растет температура воды, а сам процесс нагрева замедляется. Активный рост температуры наблюдается только в самом начале процесса.