Применение методов математического моделирования тепловых процессов при разработке энергосберегающего оборудования для инкубации яиц сельскохозяйственной птицы

Аннотация

Рассматривается задача повышения энергоэффективности инкубационных систем на основе применения математического моделирования тепловых процессов. Во вводной части обозначена актуальность исследований, связанная с необходимостью оптимизации конструкции бытовых и промышленных инкубаторов. Отмечается переход от электромеханических систем к цифровому управлению на базе микроконтроллеров и современных технологий, включая IoT и элементы искусственного интеллекта. Методика основана на использовании комплексной математической модели, включающей процессы конвективного теплообмена, теплопроводности и радиационного переноса. Для расчетов использованы законы термодинамики и уравнения тепломассопереноса с учетом специфики биологических объектов. Основная часть посвящена реализации численных экспериментов, позволяющих проследить динамику нагрева воздушной среды и яиц, оценить тепловые потери через ограждающие конструкции, а также влияние излучения на общий тепловой баланс. Приведены алгоритмы численного моделирования динамики нагрева, расчёта теплопотерь через стенки, теплового взаимодействия «воздух-яйца» и радиационного теплообмена. Полученные результаты показали экспоненциальный характер роста температуры воздуха при работе нагревателя мощностью 120 Вт, линейную зависимость теплопотерь от перепада температур и толщины изоляции, а также прямую зависимость температуры яиц от температуры воздуха. Отмечено, что критическими факторами энергоэффективности являются толщина стенок корпуса, площадь излучающих поверхностей и теплоемкость яиц. По результатам исследования сделан вывод о возможности оптимизации конструктивных параметров инкубатора на основе математического моделирования, что обеспечивает снижение энергопотребления и повышение стабильности температурного режима. Практическая значимость исследования заключается в применении предложенной модели при проектировании энергосберегающего оборудования для инкубации сельскохозяйственной птицы, что открывает перспективы использования результатов в агропромышленном производстве.