Использование компьютерных систем для поиска коэффициента уравнения сушки травы | Статья в журнале «Молодой ученый»

Библиографическое описание:

Валге А. М., Сухопаров А. И., Ерохин И. В., Гайдидей С. В. Использование компьютерных систем для поиска коэффициента уравнения сушки травы // Молодой ученый. — 2017. — №5. — С. 116-119. — URL https://moluch.ru/archive/139/39252/ (дата обращения: 16.12.2018).



Определение продолжительности сушки травы в полевых условиях облегчает прогнозирование технологического процесса производства кормов из трав и обеспечивает оперативное управление им непосредственно в процессе его реализации, что способствует получению для животных кормов высокого качества. Применение экспоненциальных уравнений расчета продолжительности сушки травы затруднено, ввиду сложности в определении эмпирического коэффициента. Данный коэффициент экспоненты учитывает интенсивность испарения влаги из травы, погодные условия, вид травы, фазы вегетации и другие факторы. Для его расчёта по экспериментальным данным применены вычислительные средства, и соответствующее программное обеспечение. Рассмотрены два метода решения нелинейного алгебраического уравнения (итерационный и поиск параметра) с использованием компьютерных систем «MathCAD» и «Microsoft Excel». Разница расчетов значений равномерной влажности составила 3,34 %, а эмпирического коэффициента — 3,96 %.

Ключевые слова: корма, сушка травы, уравнения, методы решения, компьютерные системы

Процесс сушки (провяливания) травы в полевых условиях при заготовке кормов из трав является самым продолжительным по времени, на протекание которого влияет огромное количество факторов стохастического характера [1]. От качества его реализации в целом зависит энергетическая и питательная ценность полученных кормов. В процессе сушки травы в полевых условиях выполняются операции ворошения, оборачивания и сгребания в валки с целью ускорения испарения влаги из скошенной травы для обеспечения её консервации с минимумом потерь энергетической ценности. В связи с чем, требуется контроль влажности провяливаемой массы для принятия рациональных технико-технологического решения в процессе заготовки кормов из трав [2] с учётом складывающихся погодных условий, фазы вегетации травы, её ботанического состава и др. условий.

На Северо-Западе России провяливание травы, как правило, производится в полевых условиях в прокосе, так как в данном случае процесс испарения влаги происходит более интенсивно, чем в валках.

Уравнение сушки травы имеет вид [3]:

,(1)

где — начальная влажность травы, %;

— текущая по времени влажность провяливаемой травы, %;

— равновесная влажность травы, %;

— время сушки, ч.;

— эмпирический коэффициент, учитывающий интенсивность испарения влаги из травы и зависящий от погодных условий (температура, влажность и скорость перемещения атмосферного воздуха, энергетическая освещенность ультрафиолетового излучения), вида травы, фазы вегетации, вида скашивания, состояния травостоя, урожайности и других факторов.

На основе уравнения (1) определяется длительность выполнения операции провяливания травы [4], однако для оперативного использования уравнения имеются трудности по определению его коэффициентов. Значения и могут быть измерены влагомером. Коэффициенты и ранее определялись расчетом при обработке некоторого объема экспериментальных данных [5]. Коэффициент может быть так же определен по i-d диаграмме при известной температуре и влажности воздуха. По известному значению коэффициент сушки определяется по формуле (2) Лыкова А. В. [3]:

.(2)

Коэффициенты и можно определять более просто и оперативно, используя современные мобильные вычислительные средства (ноутбуки, планшеты и т. п.) и соответствующее программное обеспечение.

Для определения коэффициентов необходимо выполнить измерение влажности провяливаемой травы при двух значениях временного интервала: и , т. е. и . Для определения коэффициентов и , прологарифмируем уравнение (1):

.(3)

Подставим в уравнение (3) и , и представим полученные уравнения в следующем виде:

;(4)

.(5)

Уравнения (4) и (5) представляют собой систему нелинейных алгебраических уравнений, и решается итерационным методом с помощью математического пакета «MathCAD» [6]. На рисунке 1 представлен расчет коэффициентов и . Для расчетов задаются значения, например, %, %, %, ч., ч. Введены обозначения: и . Решение выполняется операторами программы «Given» и «Find» [6]. Решение выдается программой в матричном виде: % и .

Рис. 1. Программа в системе MathCAD для определения коэффициентов и

Определение коэффициентов можно выполнить так же и в системе «Microsoft Office Excel» через «Поиск параметра» [7].

Решим уравнения (4) и (5) относительно и приравняем их, умножив на:

.(6)

Из уравнения (6) необходимо определить равновесную влажность .

Введем следующие обозначения:

, , .(7)

Запишем следующее уравнение:

.(8)

Решение уравнения (8) дает значение , и его можно получить методом поиска.

Более наглядно решение получается графическим методом, путем построения кривой , решение получается при пересечении функцией оси абсцисс. Расчет необходимо выполнить для некоторого множества , внутри которого должно быть искомое решение.

Для нашего случая выбран массив = 1, …, 20. Решение задачи приведено на рисунке 2, которое оформлено так же в виде программы. Для расчетов в ячейки вводятся исходные данные, например, %, %, %, ч., ч.

Программа «Microsoft Excel»рассчитывает , , и строит график . Если не пересекает ось абсцисс, то необходимо изменить интервал значений «».

Рис. 2. Программа в системы Excel для определения коэффициентов и

Как видно из рисунка 2, кривая пересекает ось абсцисс при , т. е. %. Значение рассчитано по формуле (2) и составляет .

Результаты расчетов и в компьютерной системе «MathCAD» и в программном приложении «Microsoft Excel» совпадают достаточно близко, и таким образом разность значений составляет для равномерной влажности 3,34 %, а эмпирического коэффициента уравнения сушки — 3,96 %.

Выявленные эмпирические коэффициенты позволяют рассчитать по уравнению сушки травы динамику изменения влажности травы после скашивания в зависимости от погодных условий, фазы вегетации травы, ботанического состава травостоя и других факторов. Зная скорость влагоотдачи, осуществляется прогнозирование продолжительности времени сушки травы в поле, на основании чего предоставляется возможность осуществлять оперативное управление технологическим процессом заготовки кормов из трав, что существенно способствует получению кормов из трав различного вида и высокого качества для животных.

Литература:

  1. Попов В. Д., Сухопаров А. И. Информационная и структурная модели управления технологиями в растениеводстве // Вестник РАСХН. — 2010. — № 3. — С. 7–8.
  2. Сухопаров А. И. Условия и показатели управления технологиями заготовки кормов из трав и зерна // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства: Сб. науч. тр. Вып. 82. — С-Пб.: ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии, 2010. — С. 17–24.
  3. Лыков А. В. Теория сушки. — М.: Энергия, 1968. — 472 с.
  4. Валге А. М. Динамика сушки травы в полевых условиях // Технология и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства в Нечерноземной зоне России. Сб. науч. тр. Вып. 65. — С-Пб.: НИПТИМЭСХ НЗ, 1995. — С. 43–49.
  5. Зубрилин А. А. Научные основы консервирования зеленых кормов. — М.: ОГИЗ СельхозГИЗ, 1946. — 368 с.
  6. Кирьянов Д. В. Самоучитель MathCAD 2001. — СПб.: БХВ-Петербург, 2001. — 544 с.
  7. Чекотовский Э. В. Графический анализ статистических данных в Microsoft Excel 2000. — М.: Вильямс, 2002. — 464 с.
Основные термины (генерируются автоматически): эмпирический коэффициент, коэффициент, уравнение, ось абсцисс, трава, фаза вегетации травы, фаза вегетации, уравнение сушки травы, соответствующее программное обеспечение, система, равномерная влажность, провяливаемая трава, оперативное управление, метод решения, интенсивность испарения влаги, высокое качество, вид травы.


Ключевые слова

корма, сушка травы, уравнения, методы решения, компьютерные системы

Похожие статьи

Закономерности провяливания травы в зависимости от вида...

Ключевые слова: корма, скашивание трав, сушка травы, погодные условия, модели.

Для смешанного травостоя (клеверотимофеечная смесь) скошенной в фазу стеблевания бобового компонента и провяливаемого в прокосе были получены закономерности изменения...

Анализ зависимости сроков уборки трав на продуктивность КРС

На продуктивность животных значительное влияние оказывает качество кормов убранных при различных сроках вегетации. В общем виде кривая зависимости продуктивности от срока развития травы имеет вид кривой с одной экстремумом.

Компьютерная программа оценки энергетической эффективности...

Для производства кормов из трав используются различные по интенсивности технологии

, где — энергия, содержащаяся в корме из трав, полученных по конкретной производственной технологии

оперативному управлению технологическим процессом на всех его этапах

Алгоритм многокритериальной оценки технологий заготовки...

Управление технологическим процессом производства кормов из трав представляет многоуровневую иерархическую систему [2]. Широкий выбор способов и технических средств обеспечивает многовариантность технологий.

Эффективное осушение воздуха помещений бассейнов

Для этого решается уравнение воздушного баланса по влаге

Существует современная методика финских и немецких специалистов, которые вводят специальный эмпирический коэффициент, учитывающий изменение интенсивности испарения при различной...

Влияние фазы вегетации и технологии заготовки на содержание...

Полноценность пастбищной травы в значительной степени зависит от ее химического состава и питательности травостоя, которая меняется от ряда факторов, в первую очередь, от фазы вегетации [1].

Интенсификация кормопроизводства в условиях Северо-Западного...

Одним из важнейших решений в заготовке кормов — выбор времени уборки трав (таблица 1).

Значительно должны возрасти объемы заготовки корма из провяленных трав с содержанием сухого вещества 30–35 %.

Влияние глубины грунтовых вод на режим полива хлопчатника

Зная значение суммарного водопотребления (Ев) и притока влаги со стороны грунтовых вод (Г), определялись коэффициенты использования грунтовых вод (Кг) в различные фазы вегетации хлопчатника по соотношению.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Закономерности провяливания травы в зависимости от вида...

Ключевые слова: корма, скашивание трав, сушка травы, погодные условия, модели.

Для смешанного травостоя (клеверотимофеечная смесь) скошенной в фазу стеблевания бобового компонента и провяливаемого в прокосе были получены закономерности изменения...

Анализ зависимости сроков уборки трав на продуктивность КРС

На продуктивность животных значительное влияние оказывает качество кормов убранных при различных сроках вегетации. В общем виде кривая зависимости продуктивности от срока развития травы имеет вид кривой с одной экстремумом.

Компьютерная программа оценки энергетической эффективности...

Для производства кормов из трав используются различные по интенсивности технологии

, где — энергия, содержащаяся в корме из трав, полученных по конкретной производственной технологии

оперативному управлению технологическим процессом на всех его этапах

Алгоритм многокритериальной оценки технологий заготовки...

Управление технологическим процессом производства кормов из трав представляет многоуровневую иерархическую систему [2]. Широкий выбор способов и технических средств обеспечивает многовариантность технологий.

Эффективное осушение воздуха помещений бассейнов

Для этого решается уравнение воздушного баланса по влаге

Существует современная методика финских и немецких специалистов, которые вводят специальный эмпирический коэффициент, учитывающий изменение интенсивности испарения при различной...

Влияние фазы вегетации и технологии заготовки на содержание...

Полноценность пастбищной травы в значительной степени зависит от ее химического состава и питательности травостоя, которая меняется от ряда факторов, в первую очередь, от фазы вегетации [1].

Интенсификация кормопроизводства в условиях Северо-Западного...

Одним из важнейших решений в заготовке кормов — выбор времени уборки трав (таблица 1).

Значительно должны возрасти объемы заготовки корма из провяленных трав с содержанием сухого вещества 30–35 %.

Влияние глубины грунтовых вод на режим полива хлопчатника

Зная значение суммарного водопотребления (Ев) и притока влаги со стороны грунтовых вод (Г), определялись коэффициенты использования грунтовых вод (Кг) в различные фазы вегетации хлопчатника по соотношению.

Задать вопрос