Синицина Є. Ю. Гідропневматична система об'єкту тепличного господарства середнього об'єму

Наша країна вже досить довгий час славиться якісною сільськогосподарською продукцією по всьому світу. На жаль, сьогодні не кожна країна може похизуватися такими можливостями. Оскільки кліматичні умови різні і не вся продукція може там рости. У теплицях використовують механічне керування мікрокліматом, що займає досить багато часу на обслуговування та є економічно невигідним. Для великих площ застосовують автоматичні системи, які, у свою чергу, не завжди охоплюють увесь об’єм інформації. Такі системи, зазвичай, працюють не ефективно і не можуть прогнозувати роботу системи при зміні різних зовнішніх та внутрішніх параметрів. Різкі зміни температури та вологості повітря негативно впливають на вирощування рослин. Сучасні методи регулювання мікроклімату тепличних об’єктів зводяться до найпростішого – регулювання швидкості потоку, вологості та температури повітряних мас. Тому виникає питання у створенні універсальної системи для вирощення сільськогосподарських продуктів, а саме ефективної автоматизації інженерних систем. У дисертації розроблено автоматизовану мехатронну систему мікроклімату теплиці. Дисертація складається з п'яти розділів, основний зміст та результати кожного з яких наведено нижче. У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, визначено мету і задачі дослідження, наведено методи дослідження, сформульовано наукову новизну та практичну цінність отриманих результатів, а також представлено дані про апробацію роботи. У першому розділі виконано огляд інженерних систем тепличного об’єкту та їх конструктивні особливості. Проведено порівняльний аналіз теплиць по їх габаритним розмірам, складності монтажу, наявності інженерних систем та систем управління. Визначено напрямок дослідження, сформульовано мету та задачі дисертаційної роботи. У другому розділі сформовано підґрунтя для розроблення структури мехатронної системи тепличного об’єкта середнього об’єму. Розглянуто загальні функції системи мікроклімату та визначено вимоги до системи керування. Запропоновано структура мехатронної системи з моделлю теплиці. Розроблено принципову схему системи вентиляції та рециркуляції, також розроблено та розраховано систему повітропроводів. Підібрано вентилятор, розраховано крутний момент та визначено зусилля, яке має забезпечити пневматичний привід при закритті та відкритті заслінки. Розраховано систему обігріву теплиці та підібрано нагрівач. Розроблено загальну схему виконавчих пристроїв для системи вентиляції, зашторювання, опалення та вікон провітрювання. Розраховано систему поливу та зволоження теплиці. Запропоновано загальну структуру та комп’ютерну модель тепличного об’єкта. У третьому розділі виконано дослідження фізики тепло-масообмінних процесів в середині теплиці, з метою визначення вимог до моделі об’єкту керування. Теоретично обґрунтовано тепло-масообміні процеси в теплиці, які базуються на балансі теплових потоків повітря. Теоретично обґрунтовано теплові втрати через огороджувальну конструкцію теплиці з полікарбонату та визначено загальний коефіцієнт теплопередачі. Теоретично визначено рівняння теплового балансу та аеродинамічних процесів через рівняння Нав’є-Стокса. Визначено задачі для комп’ютерної моделі. У четвертому розділі представлено етапи дослідження тепло-масообмінних процесів в теплиці середнього об’єму. Створено комп’ютерну 3-D модель теплиці та для моделювання процесів встановлено змінні величини: тиск, температура, швидкість потоку повітря, параметри повітря та час. Модель описує тепличний об’єкт, як заданий об’єм повітря, обмежений стінами, дахом та підлогою. Температурний режим в середині замкненого тепличного об’єму має бути рівномірним та сталим, незалежним від впливу зовнішніх факторів. Моделювання тепличного об’єкта проведено в пакеті Ansys та SOLIDWORKS. На першому етапі дослідження було проведено серію тестових експериментів: процес теплообміну в теплиці, швидкість теплообміну та зміна тиску, а також час стабілізації температури, швидкості повітря. Другий етап- дослідження теплообміну теплиці з навколишнім середовищем. Наступним етапом було проведено дослідження стабілізації температури в середині теплиці при заданому прогнозу погоди. Четвертим етапом було дослідження теплопередачі через огороджувальну конструкцію теплиці у навколишнє середовище. П’ятим етапом дослідження було розподілення водяної пари в середині замкненого об’єму тепличного об’єкта. У п'ятому розділі наведено загальний алгоритм програми керування нагрівачами. Розроблено режим роботи та програму керування форсунками. Проведено порівняльний розрахунок ефективності мехатронної системи з упереджуючим керуванням.