Анализ тепловой эффективности обеззараживающего электродного нагрева почвы

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.

1. Микаелян Г.А., Нурметов Р.Д. Способы и методы обеззараживания почвы в теплицах // В кн.: Основы оптимального проектирования производственных процессов в овощеводстве: Монография. М.: Росинформагротех, 2005. С. 443-448. EDN: QKXKUZ

2. Никитина О.В., Стифеев А.И., Трутаева Н.Н. Микроорганизмы почв и их влияние на урожайность сельскохозяйственных культур // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2024. № 4. С. 63-69. EDN: TCQXMP

3. Домрачева Л.И., Скугорева С.Г., Ковина А.Л. и др. Специфика растительно-микробных комплексов при антропогенном загрязнении почвы (обзор) // Теорeтическая и прикладная экология. 2022. № 3. С. 14-25. EDN: GWOPRX

4. Смирнова П.С., Тихомирова В.В. Проблема загрязнения почвы пестицидами и пути ее решения // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2023. № 3. С. 37-41. https://doi.org/10.17513/mjpfi.13519

5. Поспелова И.Г., Возмищев И.В., Ниязов А.М. К вопросу о способах обеззараживания почвы в защищенном грунте // Электротехнологии и электрооборудование в АПК. 2020. Т. 67, № 3 (40). С. 45-49. EDN: NONPMR

6. Кабалоев Т.Х., Гатуева К.К., Гокоев Т.М., Никколова Л.С. Температурное поле тепличной почвы при термоэлектрическом способе нагрева // Известия Горского государственного аграрного университета. 2018. Т. 55, № 4. С. 148-152. EDN: YRLMVN

7. Баранов Л.А., Бурнаев М.Г. Устройство для электротермической обработки почвы защищенного грунта // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Энергетика». 2007. № 20. С. 46-49. EDN: KWUPRZ

8. Воложанинов С.С., Алдошин Н.В., Завалий А.А. и др. Применение физических методов обработки для обеззараживания почвы // Агроинженерия. 2022. Т. 24, № 6. С. 32-37. https://doi.org/10.26897/2687-1149-2022-6-32-37

9. Топорков В.Н., Королев В.А. Интенсификация электроимпульсных процессов в агротехнологиях // Вестник аграрной науки Дона. 2017. № 3 (39). С. 1-10. EDN: ZVHYKR

10. Jason D. Crisp, Ekaterini Riga, Gordon J. McComb. Method and apparatus for the management of a soil pest or pathogen: patent US12433285B2. Lisi Global Inc. US. 2025.10.07. Appl. No. US18/243,060 filed 2023.09.06. IPC: A01M19/00. URL: US12433285B2 – Method and apparatus for the management of a soil pest or pathogen – Google Patents (date of access: 23.11.2025)

11. Wolf J., Gomes T., Barton T., Damasi D. Electrical resistance heating: rapid treatment for soil and groundwater remediation. Águas Subterrâneas. July 2009. URL: (PDF) Electrical Resistance Heating: Rapid Treatment for Soil and Groundwater Remediation (date of access: 23.11.2025)

12. Никишина О.В., Морозов Г.А. Комбинированные методы обработки почв // Электроника, фотоника и киберфизические системы. 2022. Т. 2, № 2. С. 51-55. EDN: LNRICH