Механико-технологические основы снижения энергоемкости обработки почвы

Вид материала

Автореферат

Содержание Особенностью черноземных почв является взаимодействие частиц одноименного положительного заряда и наименьшая энергия межчастично Г.Х. Цейтин и А.Ф. Чудновский предложили формулу для определения температуры почвенных слоев по температуре окружающего воздуха

Подобный материал:

• «Проектирование структуры посевных площадей, системы севооборотов, обработки почвы, 906.62kb.
• Осенняя обработка почвы для сахарной свеклы, 93.47kb.
• Примерная программа наименование дисциплины общее земледелие рекомендуется для направления, 130.8kb.
• Физико-технологические основы новых способов термической обработки высокопрочного чугуна, 72.96kb.
• Механико-технологические основы повышения эффективности процесса центробежной очистки, 652.28kb.
• Рабочей программы учебной дисциплины (модуля) Основы математической обработки информации, 44.43kb.
• Агрегат для минимальной обработки почвы акм, 18.55kb.
• Агроэкономическое обоснование севооборотов и обработки почвы в сзао емельяновское Емельяновского, 360.03kb.
• Агротехнические требования, 123.61kb.
• Рабочая программа По дисциплине «Основы обработки визуальной информации» По специальности, 230.56kb.

^

Особенностью черноземных почв является взаимодействие частиц одноименного положительного заряда и наименьшая энергия межчастичной связи.

Принято допущение, что к твердой фазе почвы как системе материальных частиц могут быть применены положения классической механики.

Состояние почвенного слоя характеризуют пористость, плотность, температура и влажность. Почва есть макроскопическое тело, поэтому параметры состояния представляют собой макроскопические характеристики. В объеме почвы они не имеют одинакового и постоянного значения. За счет активного влияния окружающей среды и микроскопических процессов, происходящих внутри почвенного объема, они находятся в бесконечном изменении. При этом микропроцессы протекают за счет пространственных неоднородностей этих макрохарактеристик. Например, пространственная неоднородность во влажности вызывает перенос массы влаги за счет микроскопического механизма перераспределения ее в объеме. Этот процесс является диффузией. Теплопроводность появляется за счет неоднородности температуры в объеме, которая вызывает перенос тепловой энергии за счет перераспределения кинетической энергии.

Если принять, как в статистической механике, что почвенный слой как макросистема объемом V состоит из N частиц, каждая из которых подчиняется законам классической динамики, то его микроскопическое состояние как системы определяется точкой в фазовом пространстве 6N измерений с координатами


r₁, …, r_N; p₁, …, p_N, (1)


где r_i – радиус–вектор i-й частицы в пространстве координат, м; p_i – радиус–вектор i-й частицы в пространстве импульсов, кг∙м/с.

Нахождение системы в элементарном объеме фазового пространства dr₁ … dr_N; dp₁ …dp_N в окрестности точки (r₁,…,r_N; p₁,…,p_N) в момент времени t определяется вероятностной функцией распределения F_N (t, r₁,…,r_N, p₁,…,p_N) (через dr_i и dp_i обозначены объемы).

При помощи полученной нами функции распределения можно определить макроскопические характеристики системы.

Плотность вещества в точке r

 (t, r) =  (r) F_N ( t, r₁,..r_N,р₁…p_N ) dr₁…dp_N, (2)


где (r) – оператор плотности, кг/м³.


Плотность кинетической энергии в точке r


E (t, r) = (r) F_N (t, r₁,..r_N,р₁…p_N ) dr₁…dp_N, (3)


где (r) – оператор кинетической энергии, Дж.


Плотность потока массы влаги в точке r

J (t, r) = (r) F_N (t, r₁,..r_N,р₁…p_N ) dr₁…dp_N. (4)


где (r) – оператор плотности потока, кг/м³.


В однородной системе с m_i = m плотность кинетической энергии связана с температурой в той же точке r следующим образом:


E (t, r) = kT (t, r) l/m  (t, r) + K (J (t, r)), (5)


где  – численный множитель, зависящий от числа трансляционных степеней свободы в системе (для совершенно свободной частицы  = 3/2); k – постоянная Больцмана, Дж/К; К – плотность кинетической энергии макропотока в точке r, Дж/с.


Данные макрохарактеристики находятся в непрерывном изменении. Основой же изменений параметров состояния служит микроскопический механизм перераспределения частиц.

Таким образом, статистическая механика позволяет установить происходящие в почвенных слоях процессы переноса тепла, влаги и энергии, а также тепло- и влагообмен между окружающим воздухом и почвой.

^

Г.Х. Цейтин и А.Ф. Чудновский предложили формулу для определения температуры почвенных слоев по температуре окружающего воздуха на высоте метеорологической будки

, (6)

где х – глубина, на которой определяется температура почвы, м; ^ – изменение времени от ^ = 0 до заданного ^ =  (порядка нескольких часов);  ( -^) – ход температуры воздуха во времени на определенной высоте (высота метеорологической будки 1,5 – 2,0 м), К; dg (x, ^) и dW (x, ^) – соответственно функции изменения температуры и влажности во времени и по глубине.