Метод параметрической оптимизации гидросооружений для отрицательных температур

Представлен метод оптимизации конструкционно-геометрических параметров с использованием «упрощенного» моделирования процесса охлаждения воды. Данный метод позволяет решать вопросы эксплуатационной технологичности в аспекте создания энерго- и ресурсосберегающих конструкций водонакопительных емкостей. В исследовании для определения размеров подземной и надземной частей водонакопительной емкости принят критерий минимальности теплопотерь и составлена математическая модель теплообмена воды с грунтом при условии его однородности и стационарности теплового режима. Установлено соотношение между высотой и радиусом подземной части при минимальности значения коэффициента теплопередачи от воды к грунту через металлическую стенку. Используя уравнение теплового баланса, найдено аналитическое выражение, определяющее температуру жидкости в надземной части для любого момента времени. На основе теории дифференциального исчисления выявлено условие минимальности темпа охлаждения воды, отдающей тепло через боковые стенки в окружающую среду и воздушное пространство под крышей емкости, что сделало возможной оптимизацию размеров ее надземной части. Определена взаимосвязь радиуса и общего объема водонапорной емкости для среднестатистических значений температуры окружающей среды и скорости ветра, зарегистрированных в регионе проведения исследований. Разработанный алгоритм метода «упрощенного» моделирования и его представление в виде блок-схемы могут быть реализованы при цифровизации расчетно-аналитических процедур для подбора конструкционно-геометрических параметров емкости по критерию минимума тепловых потерь. Графически проиллюстрированы функции радиуса и высоты подземной, а также надземной частей емкости от аргумента ее общего объема.

1. Махмудова И.М. Особенности систем водоснабжения малых поселков и городов // Universum: технические науки. 2020. № 3-1 (72). С. 9–12.

2. Бартова Л.В., Бушманина Н.В., Петухова Е.О. Водоснабжение и водоотведение многофункциональных комплексов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. 2019. Т. 10. № 2. С. 92–105. DOI: 10.15593/2224-9826/2019.2.08.

3. Рязанов А.Б., Фомин М.Б. Использование тепловой энергии грунтовых вод для предотвращения замерзания металлических водонапорных башен // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2019. № 4 (78). С. 149–150.

4. Клемешов Д.В. Система водоснабжения и водоотведения животноводческих ферм, отдаленных от централизованных инженерных сетей // Master's Journal. 2020. № 2. С. 86–98.

5. Поленов Д.Ю. Телеметрическая система контроля и управления водоснабжением объектов сельского хозяйства // Известия Кыргызского государственного технического университета им. И. Раззакова. 2020. № 2 (54). С. 58–65.

6. Федюнина Т.В., Никишанов А.Н. Эффективность водообеспечения сельских поселений Левобережной зоны Саратовской области // International Agricultural Journal. 2023. Т. 66. № 3. С. 506–520. DOI: 10.55186/25876740_2023_7_3_1.

7. Кизяев Б.М., Исаева С.Д. К вопросу о сельскохозяйственном водоснабжении // Мелиорация и водное хозяйство. 2020. № 3. С. 17–22.

8. Шнейдерман И.М., Пилипенко И.В. Модернизация системы водоснабжения и водоотведения в сельской местности как фактор повышения качества жизни населения России // Народонаселение. 2023. Т. 26. № 1. С. 147–159. DOI: 10.19181/population.2023.26.1.12.

9. Наумова О.В., Спиридонова Е.В., Катков Д.С. Устройство для водоподготовки и очистки воды // Аграрный научный журнал. 2022. № 4. С. 89–91. DOI: 10.28983/asj.y2022i4pp89-91.

10. Судаченко В.Н., Эрк А.Ф., Тимофеев Е.В., Размук В.А., Ефимова А.Н. Роль информационных технологий в повышении энергоэффективности и экологической безопасности сельхозпроизводства Северо-Запада России // АгроЭкоИнженерия. 2020. № 3 (104). С. 4–15. DOI: 10.24411/0131-5226-2020-10248.

11. Карпов М.В., Журавлева Л.А., Жиздюк А.А., Наумова О.В., Харламова Н.А. Инновационные способы восстановления микроразрушений гидротехнических сооружений // Аграрный научный журнал. 2022. № 12. С. 77–81. DOI: 10.28983/asj.y2022i12pp77-81.

12. Тихомиров Д.А., Трунов С.С., Ершова И.Г., Уханова В.Ю., Поручиков Д.В. Установка на возобновляемых источниках энергии для поддержания параметров микроклимата сельскохозяйственных объектов // Вестник Нижегородского государственного инженерно-экономического университета. 2019. № 8 (99). С. 55–65.

13. Нейфельд Е.В., Асманкин Е.М., Ушаков Ю.А., Каргаев И.Ю. Метод определения характеристик термоактивности процесса водораспределения для ёмкостей невысотного типа, эксплуатируемых в режиме отрицательных температур окружающего воздуха // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 5 (91). С. 154–158. DOI: 10.37670/2073-0853-2021-91-5-154-158.