Математичне моделювання температурних полів у культиваційних спорудах

Loading...
Thumbnail Image
Date
2025
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Український державний університет науки і технологій, Дніпро
Abstract
UKR: Мета. Основна мета статті полягає в розробці методу розрахунку теплових полів у ґрунті теплиць в разі його штучного обігріву. Оскільки температурний режим у ґрунті теплиць має істотний вплив на врожайність рослин, дуже важливо, з одного боку, забезпечити потрібну температуру в ґрунті, а з іншого – визначити енергоощадний режим обігріву. Методика. Для побудови методу використано чисельне інтегрування рівняння теплопереносу. Для аналізу та прогнозування нестаціонарного процесу нагрівання ґрунту в теплиці в разі його штучного обігріву використано двовимірне рівняння теплопереносу, а для його розв’язання – дві скінченнорізницеві схеми. На базі побудованих чисельних моделей розроблено комп’ютерну програму для проведення обчислювального експерименту. Результати. Створено ефективні комп’ютерні моделі для прогнозування нестаціонарного формування теплових зон у ґрунті теплиці під час її штучного обігрівання. Наведено результати чисельного моделювання. Наукова новизна. Розроблено прогностичні чисельні моделі для аналізу динаміки формування теплових полів у ґрунті теплиць під час його штучного нагрівання. На базі розроблених чисельних моделей створено комплекс прикладних програм для проведення обчислювального експерименту з визначення нестаціонарного поля температури в ґрунті теплиць. Побудовані чисельні моделі належать до класу «operational models», тобто розроблені для оперативного аналізу теплових полів у ґрунті. Для практичного використання розроблених чисельних моделей потрібна стандартна вхідна інформація. Практична значимість. Побудовані чисельні моделі становлять інструмент для аналізу динаміки нагрівання ґрунту та можуть бути використані піл час розробки енергоощадної технології обігріву. За допомогою цих моделей можна визначати час оптимального нагрівання ґрунту в різних зонах (коренева система, поверхня ґрунту) та визначати раціональне місце розташування нагрівальних елементів, час, коли потрібно вимкнути нагрівальні елементи, та час, коли їх потрібно ввімкнути знову. Тобто ці моделі дозволяють розробити енергоощадну технологію обігрівання ґрунту в теплиці.
Purpose. The main purpose of the article is to develop a method for calculating thermal fields in greenhouse soil in the case of its artificial heating. Since the temperature regime in greenhouse soil has a significant impact on plant yields, it is very important, on the one hand, to ensure the required temperature in the soil, and on the other hand, to determine the energy-saving heating regime. Methodology. The method is based on the numerical integration of the heat transfer equation. A two-dimensional heat transfer equation was used to analyze and predict the unsteady process of soil heating in a greenhouse under artificial heating, and two finite-difference schemes were used to solve it. On the basis of the constructed numerical models, a computer program was developed to conduct a computational experiment. Findings. Effective computer models have been created to predict the unsteady formation of thermal zones in the greenhouse soil during its artificial heating. The results of numerical modeling are presented. Originality. Prognostic numerical models have been developed to analyze the dynamics of thermal fields formation in greenhouse soil during its artificial heating. On the basis of the developed numerical models, a set of application programs was created to conduct a computational experiment to determine the unsteady temperature field in greenhouse soil. The constructed numerical models belong to the class of «operational models», i.e., they are designed for the operational analysis of thermal fields in the soil. For the practical use of the developed numerical models, stand-ard input information is required. Practical value. The constructed numerical models are a tool for analyzing the dynamics of soil heating and can be used in the development of energy-saving heating technology. These models can be used to determine the time of optimal soil heating in different zones (root system, soil surface) and to deter-mine the rational location of heating elements, the time when the heating elements should be turned off, and the time when they should be turned on again. These models allow us to develop an energy-saving technology for heating the soil in a greenhouse.
Description
В. Біляєва: ORCID 0000-0003-2399-3124; С. Щербина: ORCID 0009-0004-7593-8631
Keywords
обігрів ґрунту, теплиця, енергозбереження, чисельне моделювання, soil heating, greenhouse, energy saving, numerical modeling, КЕСЕ
Citation
Біляєва В. В., Щербина С. А. Математичне моделювання температурних полів у культиваційних спорудах. Наука та прогрес транспорту. Дніпро, 2024. Вип. 4(108). С. 13 – 20. DOI: 10.15802/stp2024/316334.