Завалий Алексей Алексеевич, д-р техн. наук, доцент, заведующий кафедрой общетехнических дисциплин
295007, Республика Крым, г. Симферополь, пр. Академика Вернадского, 4
Aleksei A. Zavaly, DSc (Eng), Associate Professor, Head of the Department of “General Technical Subjects”
4 Akademika Vernadskogo Ave., Simferopol, 295007, Republic of Crimea
Алдошин Николай Васильевич, д-р техн. наук, профессор, главный научный сотрудник лаборатории почвообрабатывающих и мелиоративных машин
109428, г. Москва, 1-й Институтский проезд, 5
Nikolay V. Aldoshin, DSc (Eng), Professor, Chief Research Engineer of the Laboratory of Tillage and Reclamation
109428, Moscow, 1st Institutsky Proezd Str., 5
Воложанинов Сергей Сергеевич, канд. техн. наук, доцент, декан факультета механизации и пищевых технологий
295007, Республика Крым, г. Симферополь, пр. Академика Вернадского, 4
Sergey S. Volozhaninov, CSc (Eng), Associate Professor, Dean of the Faculty of Mechanization and Food Technologies
4 Akademika Vernadskogo Ave., Simferopol, 295007, Republic of Crimea
Волобуев Дмитрий Дмитриевич, аспирант кафедры общетехнических дисциплин
295007, Республика Крым, г. Симферополь, пр. Академика Вернадского, 4
Dmitry D. Volobuev, postgraduate student of Head of the Department of “General Technical Subjects”
4 Akademika Vernadskogo Ave., Simferopol, 295007, Republic of Crimea
Обеззараживающая обработка почвы в теплицах позволяет очистить ее от патогенной микрофлоры и летучих органических веществ и улучшить качество производимой растительной продукции. Электродный нагрев почвы и эффективность различных его схем пока не изучены. Цель исследований – определение показателей тепловой эффективности электродного обеззараживающего нагрева слоя почвы. С помощью вычислительных моделей COMSOL Multiphysics выполнено моделирование электродного нагрева образцов почвы в среднем от 20,7 до 87,1°C влажностью 5 и 20% с использованием электродов различной формы (стержневых цилиндрических, плоских пластинчатых и дисковых). Электрический потенциал электродов составлял +150…-150 В. Время нагрева – 60 с. Размеры расчетной области: длина – 800 мм, ширина – 400 мм, глубина – 300 мм; размеры нагреваемого образца почвы – 200 х 200х60 мм. Глубина погружения электродов в почву составляла 100 мм. Проведено расчетное моделирование нагрева образца почвы пластинчатыми электродами при наличии электроизоляции, изменении количества электродов (2, 3, 8, 14) и их взаимного расположения. Установили зависимость необходимой для нагрева разности потенциалов на электродах от свойств почвы, геометрии электродов и их размещения в обрабатываемом слое почвы. Выявили, что дисковые электроды обеспечивают наилучшую равномерность температурного поля в нагреваемом образце за счет цилиндрического расположения линий электрического потенциала между электродами. Повышение эффективности устройств прямого обеззараживающего нагрева слоя почвы достигается уменьшением расстояния между электродами, увеличением их количества, использованием электроизолирующих материалов. Равномерный нагрев объема почвы и высокая энергетическая эффективность нагрева 96,32% достигаются при полной изоляции поверхности электродов и образца почвы. Разработанные расчетные модели позволят проектировать энергоэффективные устройства, обеспечивающие прямой электрический равномерный нагрев обрабатываемого слоя почвы.
Disinfection treatment of greenhouse soil helps eliminate pathogenic microflora and volatile organic compounds, thereby improving the quality of plant products. However, electrode-based soil heating and the effectiveness of its various configurations have not yet been sufficiently investigated. The study aims to determine the thermal efficiency indicators of electrode-based disinfection heating of a soil layer. Using computational models in COMSOL Multiphysics, the authors simulated electrode heating of soil samples with moisture contents of 5% and 20%, raising the average temperature from 20.7°C to 87.1°C. Electrodes of various geometries were employed: cylindrical rod electrodes, flat plate electrodes, and disc electrodes. The electric potential applied to the electrodes was ±150 V, with a heating duration of 60 seconds. The computational domain measured 800 mm in length, 400 mm in width, and 300 mm in depth; the heated soil sample itself had dimensions of 200 × 200 × 60 mm. Electrodes were immersed to a depth of 100 mm. Computational modeling was also performed for heating a soil sample with plate electrodes under electrical insulation conditions, varying the number of electrodes (2, 3, 8, 14) and their mutual arrangement. The study established relationships between the required potential difference for heating and the soil properties, electrode geometry, and electrode placement within the treated layer. The results indicate that disc electrodes provide the best temperature field uniformity in the heated sample due to the cylindrical configuration of electric potential lines between the electrodes. Improving the efficiency of direct disinfection heating devices can be achieved by reducing the distance between electrodes, increasing their number, and employing electrically insulating materials. Uniform heating of the soil volume and a high energy efficiency of 96.32% are attained when both the electrodes and the soil sample surfaces are fully insulated. The developed computational models enable the design of energy-efficient units that ensure direct, uniform electrical heating of the treated soil layer.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.