Юрий Анатольевич Иванов, академик РАН, профессор, д-р с.-х. наук
109428, г. Москва, 1-й Институтский проезд, 5
Yuriy A. Ivanov, Full Member of the Russian Academy of Sciences, Professor, DSc (Ag)
1st Institutskiy Proezd Str., 5, Moscow, 109428
Александр Дмитриевич Лукьянов, канд. техн. наук, заведующий кафедрой «Автоматизация производственных процессов»
344003, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1
Alexandr D. Lukyanov, CSc (Eng), Head of the Department “Automation of Production Processes”
Gagarina Square, 1, Rostov-on-Don, 344003
Данила Юрьевич Донской, аспирант
344003, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1
Danila Yu. Donskoy, postgraduate student
Gagarina Square, 1, Rostov-on-Don, 344003
Дмитрий Владимирович Рудой, канд. техн. наук, декан факультета «Агропромышленный»
344003, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1
Dmitry V. Rudoy, CSc (Eng), Dean of the Agroindustrial Faculty
Gagarina Square, 1, Rostov-on-Don, 344003
Биореактор статической мини-модели искусственного желудочно-кишечного тракта рыбы обеспечит моделирование процессов в ЖКТ промышленно выращиваемых рыб (карповых, форелевых, осетровых). Исследования проведены с целью изучения термодинамических процессов, происходящих в биореакторе, и возможности применения термоэлектрического преобразователя TEC1-12706 в системе контроля температуры биореактора. Температура в биореакторе объемом до 200 мл должна варьироваться от 45 до 14℃, точность поддержания температуры – 0,1℃. Как результат, была получена математическая модель с корректировкой по идентифицированным параметрам системы, что позволяет оценить термодинамические процессы в биореакторе, подобрать аппаратное оснащение и создать его общую математическую модель. Идентификация параметров элемента Пельтье осуществлялась с помощью макета-прототипа, измеряющего температуру холодной стороны преобразователя, горячего радиатора, окружающей среды, температуру жидкости в реакторе и потребляемый ток. Функционирование реальной системы происходило при внешней температуре 28,31°C, все физические накопители находились в температурном равновесии и в одинаковых начальных условиях. Сравнение температурных изменений в реальной системе и полученной нами математической модели в результате идентификации параметров элемента Пельтье показало, что соответствие значений было не идеальным, но характер изменения температур был идентичным. Сделаны следующие выводы: в математической модели необходимо учитывать дополнительные накопители и потоки, описывающие неидеальные условия экспериментальных данных: например, тепловое отражение рабочей поверхности стола и частичное отражение воздушных потоков. Для снижения температуры заполненного биореактора на 2…3℃ достаточно 1/3 от максимальной мощности преобразователя. Таким образом, термоэлектрический преобразователь TEC1-12706 может применяться в системе in vitro моделирования желудочно-кишечного тракта рыб.
The bioreactor of a static mini-model of the artificial gastrointestinal tract of fish will provide modeling of processes in the gastrointestinal tract of industrially grown fish (carp, trout, and sturgeon). The study aimed to determine the thermodynamic processes occurring in the bioreactor and the possibility of using the thermoelectric converter TEC1-12706 in the temperature control system of the bioreactor. The temperature in a bioreactor with a volume of up to 200 ml should vary from 45 to 14℃, the accuracy of maintaining the temperature is 0.1℃. As a result, a mathematical model was obtained with an adjustment according to the identified system parameters, which makes it possible to evaluate thermodynamic processes in the bioreactor, select hardware and create its general mathematical model. The parameters of the Peltier element were identified using a prototype layout measuring the temperature of the cold side of the converter, the hot radiator, the environment, the temperature of the liquid in the reactor, and the current consumed. The operation of the real system took place at an external temperature of 28.31℃; all physical drives were in the temperature equilibrium and under the same initial conditions. A comparison of temperature changes in the real system and the mathematical model obtained as a result of identifying the parameters of the Peltier element showed a non-perfect match of values, but the nature of the temperature change is identical. The following conclusions have been drawn: in the mathematical model, it is necessary to take into account additional drives and flows describing non-ideal conditions of experimental data, for example, thermal reflection of the working surface of the table and partial reflection of air flows. One third of the maximum converter power is sufficient to reduce the temperature of the filled bioreactor by 2 to 3℃. Thus, the thermoelectric converter TEC1-12706 can be used in an in vitro modeling system of the gastrointestinal tract of fish.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.