Способы и электрифицированные технические средства ресурсо-энергосбережения в водообеспечении объектов АПК тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.02, кандидат наук Матвеев Андрис Илмарович

• Матвеев Андрис Илмарович
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Матвеев Андрис Илмарович

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования

1 СОВРЕМЕННЫЕ ЭНЕРГО-РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ В ВОДООБЕСПЕЧЕНИИ ОБЪЕКТОВ АПК

1.1 Состояние вопроса водопотребления и сбережения водных ресурсов в производственном и социально-бытовом секторах АПК

1.2 Влияние контроля расхода воды на сбережение водных ресурсов

1.3 Обзор современных способов и электрифицированных технических средств сбережения водных ресурсов

1.4 Потенциал сбережения водных ресурсов при использовании электрифицированных технических средств

1.5 Обоснование целесообразности совершенствования способов и электрифицированных технических средств сбережения водных ресурсов в

АПК

1.6 Цель и задачи исследований

Целью исследования является разработка способов энерго-ресурсосбережения в водообеспечении объектов АПК и устройств для их осуществления

Задачи исследования:

2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ ПРИ СБЕРЕЖЕНИИ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ В АПК

2.1 Принципы построения системы коммерческого учета расхода воды в производственном и социально-бытовом секторах АПК

2.2 Энергосберегающие технологии передачи данных в ЭСКУВ

2.3 Обоснование целесообразности использования низкоэнергетических источников для автономного питания электрифицированных технических средств

2.4 Выводы по второй главе

3 ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕКИХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ В УСТРОЙСТВАХ ПИТАНИЯ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ УЧЕТА ВОДОПОТРЕБЛЕНИЯ

3.1 Особенности электромеханических устройств преобразования кинетической энергии потока при их использовании в качестве низкоэнергетических источников питания

3.2 Двухмерное моделирование течения жидкости через препятствие с применением решетчатых уравнений Больцмана

3.3 Теоретическое обоснование условий возникновения вихревой дорожки Кармана в измерительных трубопроводах

3.4 Физическая интерпретация результатов компьютерного моделирования вихревых образований

3.5 Исследование режимов вихреобразования обеспечивающих эффективную работу пьезоэлектрических преобразователей в устройствах питания электрифицированных технических средств

3.6 Экспериментальная проверка результатов компьютерного моделирования процесса преобразования кинетической энергии потока в электрическую форму

3.7 Определение максимально допустимого количества электромеханических преобразователей в электрифицированной системе коммерческого учета воды

3.8 Выводы по третьей главе

4 НОВЫЕ ПОДХОДЫ К ПРЕОБРАЗОВАНИЮ И АККУМУЛИРОВАНИЮ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В СЛАБОТОЧНЫХ ИСТОЧНИКАХ ПИТАНИЯ

4.1 Обоснование возможности использования рассеянной электромагнитной энергии для энергообеспечения электрифицированных технических средств

4.2 Использование ионисторов для аккумулирования электрической энергии в источниках питания электрифицированных технических средств

4.3 Исследование энергетических показателей процесса разряда ионисторов на переменную нагрузку

4.4 Динамическая коммутация ионисторов при их использовании для энергообеспечения электрифицированных технических средств

4.5 Выводы по четвертой главе

5 РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ПРОВЕРКИ, ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ РЕСУРСО-ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ В ВОДООБЕСПЕЧЕНИИ ОБЪЕКТОВ АПК

5.1 Условия и результаты производственной проверки

5.2 Результаты анализа экономической эффективности работы

5.2.1 Ступенчатый способ передачи информации по радиосвязи

5.2.2 Применение энергии потока воды и рассеянной электромагнитной энергии

5.2.3 Применение ионисторов с динамической коммутацией

5.2.4 Применение совокупности способов при реализации ЭСКУВ

5.2.5 Применение совокупности способов при реализации орошения

5.2.6 Результаты анализа экономической эффективности способов и электрифицированных технических средств ресурсо-энергосбережения в водообеспечении объектов АПК

5.3 Перспективы развития ресурсо-энергосберегающих технологий в водообеспечении объектов АПК

5.3.1 Обоснование комбинированного принципа управления орошением

5.3.2 Исследование динамических свойств системы управления влажностью почвы

5.3.2.1 Математическое описание процесса увлажнения почвы

5.3.2.2 Расчет оптимального алгоритма управления орошением при формировании управляющего воздействия в функции отклонения управляемой величины

5.3.2.3 Определение структуры и параметров настройки решающего блока системы автоматического управления орошением

5.4 Выводы по пятой главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

Приложение А

Приложение Б

Приложение В

Приложение Г

Приложение Д

Приложение Е

Приложение Ж

Приложение З

Приложение К

Приложение Л

Приложение М

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Способы и электрифицированные технические средства ресурсо-энергосбережения в водообеспечении объектов АПК»

Актуальность темы исследования.

Водоснабжение сельскохозяйственного производства и быта населения требует значительных затрат энергии и ресурсов, обусловленных работой водозаборных и водоподъемных сооружений, водоочистных установок, водопроводных сетей и резервуаров. Вследствие несвоевременного выявления утечек, нерационального водопотребления и повышенной нагрузки водоподающего оборудования, потери водных ресурсов в производственной сфере сельского хозяйства достигают 30 -40% и при транспортировке 50%. Кроме того, 40% сельскохозяйственных угодий орошаются с КПД, не превышающим 65%. При этом в процессе полива 10 - 15% воды теряется на испарение, 30 - 40% - на глубинный и до 50 - 60% - на поверхностный сброс.

Современным подходом к снижению перерасхода энергии и ресурсов при водоснабжении является тщательный учет расхода воды в разных точках водопроводных систем. Он позволит осуществлять планирование рационального потребления воды, сократить неоправданные и исключить несанкционированные расходы. В результате обзора исследований сделан вывод о необходимости разработки локально устанавливаемых технических средств учета расхода воды, способных передавать информацию при полной независимости от централизованного электропитания.

Особую роль в организации контроля расхода воды в реальном времени будут играть электрифицированные системы коммерческого учета водопотребления (ЭСКУВ). При эксплуатации ЭСКУВ информация о текущих расходах воды будет поступать на специализированный сервер, осуществляющий ее сбор, обработку и выдачу управляющего воздействия в виде рекомендаций по обеспечению оптимального режима водопотребления.

Накопленные к сегодняшнему дню знания позволили наметить основные

контуры построения ЭСКУВ и сделать вывод о возможности надежного и экономичного электроснабжения новых технических средств, с помощью преобразованной кинетической энергией потока воды и рассеянной электромагнитной энергией промышленного происхождения.

Следует признать, что непостоянство названных источников энергии во времени, определили необходимость ее накопления. Из-за небольшого срока службы, высокой стоимости и особенностей эксплуатации, химические аккумуляторы электрической энергии для питания новых технических средств измерения расхода воды, оказываются малопригодными. Имеющиеся сведения позволили сделать вывод, что при использовании в качестве накопителей электрической энергии коммутируемых ионисторов, будет достигнуто существенное повышение эффективности автономного питания новых устройств измерения расхода воды.

Вместе с тем, из-за недостаточной изученности вопроса, а также вследствие отсутствия теоретического обоснования особенностей передачи и преобразования информационных и энергетических потоков, ЭСКУВ не получили достаточного распространения.

Так как орошение является основным потребителем водных ресурсов в сельском хозяйстве, предлагается внедрение ЭСКУВ в этот технологический процесс для ресурсо-энергосбережения. При этом эффективность применения водных и энергетических ресурсов, используемых для осуществления полива, предлагается повысить с помощью использования современных научно-технических разработок.

Таким образом, доказана актуальность разработки новых электрифицированных технических средств измерения расхода воды с автономным питанием и способов их работы в составе ЭСКУВ для экономии водных ресурсов.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с приоритетными направлениями развития науки, технологий и техники в РФ, утвержденными

Указом Президента Российской Федерации № 899 от 07 июля 2011 года, а именно: п.8 «Энергоэффективность и энергосбережение», и согласована с перечнем критических технологий РФ, утвержденных вышеназванным Указом, а именно: п.26 «Технологии создания энергосберегающих систем транспортировки, распределения и использования энергии». [143].

Степень разработанности. Вопросам исследования ресурсо-энергосбережения в водообеспечении объектов АПК, посвящены работы Я.Э. Пулатова, А.П. Гришина, Д.С. Стребкова, в которых показано, что для достижения экономии необходимо разработать достаточно точные, надежные, простые и дешевые электрифицированные технические средства контроля расхода воды для установки на различных участках водопроводной сети. При этом, такие технические средства должны быть надежными в эксплуатации и независимыми от промышленной сети и сменных источников энергии.

Научная новизна работы состоит в разработке:

- ЭСКУВ в производственном и социально-бытовом секторах АПК;

- методики и программных средств исследования ламинарного движения жидкости по трубопроводу на основе решетчатых уравнений Больцмана (LBM, Lattice Boltzmann Method) и образованием вихревой дорожки Кармана для выбора рабочих параметров пьезоэлектрических преобразователей;

- дополнений к сетевому протоколу верхнего уровня в самоорганизующейся и самовосстанавливающейся системе передачи данных о локальных расходах воды;

- методов использования рассеянной электромагнитной энергии промышленного происхождения для питания элементов ЭСКУВ;

- способа динамической коммутации ионисторов при их использовании в качестве накопителей электрической энергии.

Теоретическая и практическая значимость работы. Полученные результаты исследований могут быть использованы:

- при разработке ЭСКУВ для использования в жилищном хозяйстве, а также в социальных и производственных объектах АПК;

- при разработке ресурсо-энергосберегающих систем полива сельскохозяйственных растений;

- в учебном процессе при изучении режимов течения жидкостей в трубопроводах.

Техническая новизна разработок подтверждена пятью патентами РФ.

Методология и методы исследования: Использовались методы математического моделирования и анализа, математической статистики, научной аналогии, абстрагирования и индукции с применением языков программирования Python, Visual Basic, JavaScript, C++. Обработка результатов исследований выполнена с применением программного обеспечения Visual Studio Code, Microsoft Excel.

Положения, выносимые на защиту:

- технологии использования кинетической энергии потока воды и рассеянной электромагнитной энергии промышленного происхождения, позволяют обеспечить работу электрифицированных технических средств, устанавливаемых в различных точках водопроводной сети;

- методические рекомендации по исследованию ламинарного движения жидкости методом LBM и образованием вихревой дорожки Кармана в пьезоэлектрических преобразователях позволяют повысить эффективность преобразования энергии потока воды за счет определения оптимальных конструктивных параметров вихревого расходомера;

- методические рекомендации экспериментального измерения напряженности электрического поля, позволяют оценить возможность компенсации тока саморазряда ионисторов в составе электрифицированных технических средств;

- принцип динамической коммутации ионисторов позволяет эффективно использовать их в качестве накопителей энергии для питания электрифицированных технических средств.

Достоверность результатов подтверждается совпадением полученных экспериментальных данных с основными выводами теоретических исследований, при среднем расхождении не более 8%.

Научная апробация работы.

Основные положения исследования докладывались и обсуждались на III Международной научно-практической конференции (МНПК) «Вопросы современных технических наук: свежий взгляд и новые решения. Выпуск III» в г. Екатеринбург в 2016 г.; на V МНПК «Перспективное развитие науки, техники и технологий» в г. Курск в 2015 г.; на IX МНПК «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве» в г. Москва в 2014 г.; на III Всероссийской научно-практической конференции «Инновационные технологии в АПК: Теория и практика» в г. Пенза в 2015 г.; на V МНПК «Фундаментальные и прикладные научные исследования: актуальные вопросы, достижения и инновации» в г. Пенза в 2017 г.; на Международной научной конференции (МНК) молодых ученых и специалистов, посвящённой 150-летию РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева «Сборник статей» в г. Москва в 2015 г.; на МНК молодых ученых и специалистов «Наука молодых - агропромышленному комплексу» в г. Москва в 2016 г.; на МНК, посвященной 200-летию Н.И. Железнова в г. Москва в 2016 г.; на МНК профессорско-преподавательского состава, посвященной 175-летию со дня рождения К.А. Тимирязева в г. Москва в 2018 г.; на XXIV МНПК «Современные технологии: актуальные вопросы, достижения и инновации» в г. Пенза в 2019 г.; на МНПК «SCIENCE AND EDUCATION: PROBLEMS AND INNOVATIONS», в г. Пенза в 2019 г.; на IX МНПК «ADVANCED SCIENCE», в г. Пенза в 2019 г.; на IX МНПК «OPEN INNOVATION», в г. Пенза в 2019 г.; на конференции «Передовые достижения в применении автоматизации, роботизации и электротехнологий в АПК посвящённой памяти академика РАСХН, д.т.н, профессора И.Ф. Бородина»,

в г. Москва в 2019 г.; на Российской агропромышленной выставке «Золотая осень 2019», с присуждением серебряной медали за разработку электрифицированных технических средств ресурсо-энергосбережения в водообеспечении объектов АПК.

1 СОВРЕМЕННЫЕ ЭНЕРГО-РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ В

ВОДООБЕСПЕЧЕНИИ ОБЪЕКТОВ АПК

1.1 Состояние вопроса водопотребления и сбережения водных ресурсов в производственном и социально-бытовом секторах АПК

Несмотря на колоссальное количество воды на нашей планете ее практическое использование существенно ограничено [6]. Основная масса мировых океанов засолена, вода в полярных ледниках находится в твердом состоянии, а значительная часть подземных вод минерализована или располагается на больших глубинах. На долю пресной воды приходятся 2,5 % от ее общего мирового запаса. Площадь орошаемых земель в мире превышает 288 млн. га. и основной проблемой при их использовании является дефицит пресной воды [20]. В России доступные возобновляемые водные ресурсы насчитывают 4260 км3, что является четвертью мировых запасов пресной воды. При этом водозабор в России составляет 80 км3 в год, из которого 19% расходуется на нужды сельского хозяйства [30,156].

На рисунке 1.1 а представлена диаграмма распределения используемых водных ресурсов в различных сферах деятельности человека, на рисунке 1.1 б -диаграмма распределения используемых водных ресурсов в сельском хозяйстве[30,68,119]. К прочим (на рисунке 1.1 б) относятся социально-бытовые, технические нужды, системы пожаротушения и др.

а б

Рисунок 1.1 - Диаграмма распределения используемых водных ресурсов: а -общее распределение б - распределение в сельском хозяйстве [30,68,119] Основным потребителем водных ресурсов в АПК является растениеводство. Поддержание влажности почвы в вегетационный период посредством полива или орошения позволяет повысить урожайность культур на 15-30%, а в засушливых районах - в 3-4 раза. Кроме увлажнения почвы орошение благоприятно влияет на приземный слой воздуха и увеличение аэробных процессов. Различный состав почвы, неточность прогноза погоды и другие труднопредсказуемые факторы препятствуют планированию орошения. Это приводит к увеличению нерационального использования воды [10] и определяет нарушение агротехнических норм. Слабый учет текущих условий выращивания сельскохозяйственных растений сопутствует недостаточному получению почвой требуемого количества влаги, с одной стороны, и перерасходу воды, - с другой. Каждый элемент оросительной сети характеризуется индивидуальными потерями, что для Российской Федерации особенно актуально ввиду необходимости реконструкции более половины оросительных систем [24]. Известно, что при использовании водных ресурсов в сельском хозяйстве, их потери составляют 3040% [11].

Большинство водозаборных скважин Российской Федерации эксплуатируется более 25 лет и находится в критическом состоянии. Существенную проблему составляют водонапорные башни, воздвигнутые более 30 лет назад. При серьезных поломках гидравлического оборудования

дополнительную нагрузку получают водонапорные насосы, что определяет нерациональное использование их ресурса и повышенный расход электроэнергии.

К сожалению, значительная часть водопроводных труб в АПК не имеет антикоррозийного покрытия, что со временем приводит к возникновению протечек и потерям воды [77].

Кроме того, сам процесс орошения зачастую совершается с низкой эффективностью. Известно, что 40 % сельскохозяйственных угодий орошаются с КПД менее 0,65 и только 9 % - с КПД, превышающим 0,8. В результате такого малоэффективного подвода водных ресурсов растут объёмы потерь воды, что приводит к серьезным последствиям [119].

Большие перерасходы водных ресурсов имеют место в животноводстве, где значительные объемы воды затрачиваются на неконтролируемый сток жидкого навоза.

В социально-бытовом секторе АПК используется вода повышенного качества. Помимо технических факторов важная причина перерасхода воды для бытовых нужд определяется расточительством потребителей, неэкономными режимами водопотребления, неэффективной системой распределения воды и взимания платы [68].

Существенные потери воды наблюдаются при ее транспортировке от источников до потребителей - чуть более 50 % от водных ресурсов, используемых в сельском хозяйстве. Помимо потерь водных ресурсов ухудшается и их качество. Так из 3,8 млрд м3 ушедших в поверхностные воды стоков 27 % требуют очистки. Это происходит вследствие перегруженности или отсутствия очистных сооружений, в также их физического износа. Дополнительно существенное влияние на качество водных ресурсов влияет работа экологически грязных производств и содержание загрязняющих веществ при водосборе. Использование некачественной воды является распространенной причиной получения непригодной для использования продукции в производственном секторе сельского хозяйства. [21]. Важную роль в решении перечисленных проблем, могут сыграть

устанавливаемые в различных точках водопроводной сети расходомеры, информация с которых способна накапливаться на сервере [91]. После обработки полученной информации в соответствии с заложенным алгоритмом, возможно своевременное выявление или предупреждение потерь водных ресурсов. Однако, существующие системы коммерческого учета не получили достаточного развития и широкого распространения в области водопотребления и на сегодняшний день способны решить только часть существующих проблем. В результате разработки общего алгоритма функционирования электрифицированных систем коммерческого учета воды [80], будут возможны учет и управление водопотреблением приводящий к энерго-ресурсосбережению.

1.2 Влияние контроля расхода воды на сбережение водных ресурсов

Независимо от объёма пригодной для употребления или использования в каких-либо технологических процессах воды, необходимо провести совокупность мероприятий по доставке ее потребителю. Для реализации водоснабжения сооружаются системы водозабора и очистки, резервуары для хранения очищенной воды, а также насосные станции и водопроводные сети. Полностью или частично этот комплекс мер востребован и при водоснабжении сельскохозяйственных потребителей: систем полива или орошения, бытового водоснабжения, систем поения в животноводстве [131]. Установка приборов учета позволяет рационально организовать оплату услуг водоподающей организации между потребителями, стимулируя их к водосбережению. Сами приборы учета и устройства управления водопотреблением не являются водосберегающими устройствами, но с их помощью можно достичь более эффективного водопользования. Высокий класс точности современных приборов учета воды позволяет фиксировать даже незначительные утечки [130].

В условиях Российской Федерации, когда к потребителю может поступать вода недостаточного качества, важную роль играет своевременное выявление опасного содержания примесей. Например, в Рязанской области в 2013 году 20% взятых проб воды не соответствовали гигиеническим нормативам [134]. Прежде всего под угрозой оказывается жизнь и здоровье людей, поэтому значение своевременного обнаружения потери качества воды трудно переоценить. В случае снабжения водой не надлежащего качества повышается риск засорения труб и как следствие увеличиваются перебои в водоподаче и дополнительные затраты на ликвидацию причин загрязнения. Приборы, способные определять качество воды, установлены в водопроводную сеть на контрольных участках. Эти приборы целесообразно использовать совместно с расходомерами [78]. Установка приборов контроля качества воды совместно с приборами учета водопотребления эффективна в экономическом плане.

Кроме того, имеет место проблема потерь водных ресурсов при транспортировке, обусловленная повреждением или износом водопровода. Учет расхода воды на различных участках водопроводной сети способствует решению этой проблемы или своевременному ее выявлению. При обнаружении износа труб на раннем этапе уменьшаются потери водных ресурсов и снижаются затраты на ремонт поврежденного участка.

Установка приборов учета в жилищном секторе также способствует снижению расточительного потребления воды. Оплата использованной воды стимулирует потребителя прибегать к экономии водных ресурсов [76].

Поскольку основные потери воды происходят вследствие нерационального водопотребления, дополнительного эффекта в повышении эффективности использования водных ресурсов можно достичь управлением расходом [32]. При орошении сельскохозяйственных культур управление расходом наиболее актуально, поскольку в этой области сельского хозяйства наблюдается перерасход водных ресурсов. Перерасход обусловлен наличием большого количества слабопредсказуемых факторов, которые не учитываются при расчёте момента

включения и длительности полива. Вода при неправильном расчёте орошения может испариться в атмосферу не успев проникнуть к корням или частично уйти в грунт. Управление расходом на основе обновляемой и пересчитываемой информации о необходимом объёме воды для осуществления полива позволит минимизировать потери водных ресурсов. Реализация подобного управления будет возможна при наличии приборов учета водопотребления.

Для реализации принципа контроля и управления расходом воды для сбережения водных ресурсов, необходимо собирать информацию на сервере. На сервере она будет обрабатываться по заложенному алгоритму и будет выдаваться вывод о возможности снижения эксплуатационных затрат в водообеспечении объектов АПК. На основании полученного вывода сервер будет сообщать рекомендации по сбережению водных и энергетических ресурсов, либо самостоятельно отправлять управляющий сигнал на исполнительный орган. Дополнительные условия работы приборов учета водопотребления состоят в том, что они будут обеспечивать устойчивую связь с сервером, иметь возможность измерения дополнительных параметров, иметь способность управлять расходом в месте его установки и независимыми от промышленной сети. При реализации таких возможностей такое устройство будет называться не расходомером, а электрифицированным техническим средством измерения расхода воды. Такой подход перспективен, однако его применение сдерживается отсутствием алгоритма функционирования приборов учета с сервером, охватывающий широкий круг задач.

1.3 Обзор современных способов и электрифицированных технических

средств сбережения водных ресурсов

Современные средства контроля расхода разнообразны по принципу действия. В последние десятилетия приборы учета воды конструктивно претерпели

незначительные изменения, к которым в основном относятся габариты и внешний вид. Основные качественные изменения приборов учета связаны с интегрированием в них электрических схем или реализации дополнительных функций. К таким функциям относятся:

- измерение температуры воды;

- запись замеренных значений во внутреннюю память;

- отправка потребителю или сбытовой организации показаний по проводным или беспроводным каналам связи.

Наличие тех или иных функций в электрифицированных технических средтвах приводит к увеличению их стоимости. Но в случае правильного применения дополнительных функций достигается экономический эффект. При измерении температуры воды полученная от первичного преобразователя информация используется при учете водопотребления. Электрифицированное техническое средство, исходя из значений температуры, формирует счет по соответствующим тарифам. Этот подход актуален при нарушении качества горячего водоснабжения, а также стимулирует сбытовую организацию более ответственно соблюдать нормы водообеспечения. Потребитель при таком подходе производит оплату потребленной воды по другому тарифу даже при незначительных отклонениях показателей от нормы.

Возможность фиксирования показаний в электронном виде или отправки показаний на внешний сервер позволяет не только определять объём потребления воды в установленный промежуток времени, но и произвести подробный анализ потребления. На основе анализа снабжающая организация способна минимизировать трудозатраты, оптимизировав производственные мощности, а потребитель - спланировать расход под более дешевые тарифы. В совокупности это ведет к равномерному потреблению водных ресурсов, что положительно сказывается на водоподающем оборудовании. В случае отправки показаний счетчиков на централизованный сервер, возможно сравнение показаний на входе в водопроводный участок и суммы показаний на его выходах, что оперативно укажет

на наличие утечки или несанкционированного потребления. Такой подход позволит достичь экономии водных ресурсов.

Однако обеспечение связью электрифицированных технических средств с сервером для применения подобного подхода сбережения ресурсов затруднено при водообеспечении объектов АПК, вследствие больших площадей водопроводной сети. Проводная связь требует больших капиталовложений, характеризуется сложностью настройки и монтажа. Недостаток беспроводных технологий связи в сильном росте энергопотребления с увеличением расстояния. Необходима система связи электрифицированных систем коммерческого учета воды работающая и в социально-бытовом и производственном секторах.

Вследствие частого отсутствия промышленной сети в местах установки электрифицированных технических средств они не должны от нее зависеть и работать от иного источника электроэнергии для получения, хранения, обработки и передачи информации о водопотреблении в цифровом виде. Применение альтернативного от электросети источника питания снижает требования к месту установки электрифицированных технических средств. Однако не каждый источник энергии применим. Необходимо, чтобы выбранный источник энергии присутствовал во всех возможных местах установки электрифицированных технических средств.

Приборы контроля расхода воды с вышеобозначенными возможностями должны подходить как для социально - бытового, так и для сельскохозяйственного секторов. Для основного процесса потребления водных ресурсов в сельском хозяйстве, орошения, необходимо управление. Идея включать и выключать полив в зависимости от определенных факторов не нова и может быть реализована различными техническими решениями. Самый простой вариант управления заключается в выборе времени и длительности поливов по заранее спланированному графику (принцип разомкнутого управления). Специальное электронное устройство, способное подавать сигнал на управляющий орган, который, в свою очередь, осуществляет полив в определенное время и с заданной

продолжительностью. При разомкнутом управлении отсутствует возможность выявлять те случаи, когда полив не требуется. Такой принцип управления обладает низкой эффективностью по сравнению с замкнутым.

Самый распространённый принцип управления (замкнутый) подразумевает принятие решения о поливе исходя из показаний датчиков и подразделяется на два принципа - «по отклонению» и «по возмущению».

При измерении факта влажности почвы (принцип «по отклонению») возможно недостаточно оперативное принятие решений о поливе, что может привести к недостаточной увлажненности почвы. Или наоборот, полив сухой почвы перед выпадением осадков может привести к нежелательному переувлажнению.

Принцип управления «по возмущению» является самым сложным, при котором принимается состояние объекта получением информации от различных датчиков и прогнозируется состояние почвы через определенный промежуток времени. Однако математическая модель, с помощью которой осуществляется прогнозирование, может не учитывать некоторых факторов, влияющих на влажность почвы и накапливать ошибку. Следствием накопленной ошибки становится неверное решение о поливе, приводящее к неэффективному использованию водных ресурсов.

Таким образом описанные способы управления поливом обладают недостатками в области ресурсосбережения и необходимо разработать способ, лишенный их.

Еще одним способом экономии водных ресурсов является диспетчеризация. Специалист получает в удобной форме всю необходимую информацию об объекте и принимает решение управляющего воздействия на орошение. Основываясь на своем опыте и знаниях, специалист вносит корректировки в режим полива. Таким образом для достижения ресурсо-энергосбережения в водообеспечении объектов АПК необходимо разработать универсальную систему связи электрифицированных технических средств с сервером, способ полива

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Матвеев Андрис Илмарович, 2020 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Аврамов, Л., Портолани, М. Центры обработки данных на основе политик и ACI. Структура, концепции и методология / Л. Аврамов , М. Портолани // Вильямс. - 2015. 384 с.

2. Андреев, С.А. Определение устойчивости УКВ-радиосвязи на ЭВМ / С.А. Андреев, В.Н. Старовойтов // Моделирование и управление в биоинформационных технологиях сельского хозяйства. Сборник научных трудов МГАУ - М.: МГАУ. 1997. - С. 62 - 73.

3. Андреев, С.А. Электропитание измерительно-передающих устройств в телеметрических системах сельскохозяйственного назначения / С.А. Андреев, А.И. Матвеев // Международный технико-экономический журнал - 2018. № 2. - С. 34 -39.

4. Андреев, С.А., Матвеев, А.И. Исследование параметров гидроэлектрического преобразователя для питания измерительно-передающих устройств / А.И. Матвеев, С.А. Андреев // Аграрный научный журнал - 2018. № 7. - С.47 - 51.

5. Андреев, С.А., Слепых, А.А. Определение коэффициента полезного действия низкотемпературного термоэлектрического преобразователя / С.А. Андреев, А.А. Слепых // Вестник ФГБОУ ВПО «МГАУ им. В.П. Горячкина» - М.: Агроинженерия 2011. № 5. - С. 10-13.

6. Арент, К.П. Обеспечение рационального водопользования: платность или рынок воды / К.П. Арент - М.: ФГБОУ ВО «РГАУ - МСХА им. К.А. Тимирязева» Природообустройство, 2018. №2 - С. 115-119.

7. Атабеков, Г.И. Теоретические основы электротехники. Линейные электрические цепи / Г.И. Атабеков // СПб.: Издательство «Лань», 2009. 592 с.

8. Ахмеджонов, Д.Г. Установление поливной нормы хлопчатника при поливе через экран из интерполимерного комплекса с добавлением минералов / Д.Г. Ахмеджонов // Ташкент: E-LINE PRESS, 2016. №3 - С.28 - 30.

9. Ахмедов, А.Д., Галиуллина, Е.Ю., Темерев, А.А. Особенность оценки равномерности водораспределения в низконапорных системах капельного орошения / А.Д. Ахмедов, Е.Ю. Галиуллина, А.А. Темерев // Волгоград: Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование 2011. №3 - С. 1-6.

10. Багров, М.Н. Прогрессивная технология орошения сельскохозяйственных земель / М.Н. Багров, И.П. Кружилин. - М.: Колос, 1980. 208 с.

11. Безднина, С.Я. Экологические основы водопользования / С.Я. Безднина - М.: ВНИИА, 2005. 224 с.

12. Бессонов, Л.А. Теоретические основы электротехники: Электрические цепи. / Л.А. Бессонов - М.: Высш. школа, 2008. 528 с.

13. Бобцов, А.А., Бойков, В.И., Быстров, С.В., Григорьев, В.В. Исполнительные устройства и системы для микроперемещений. / А.А. Бобцов, В.И. Бойков, С.В. Быстров, В.В. Григорьев // Спб.: СПБ ГУ ИТМО. 2011. 131 с.

14. Бородин, И.Ф., Андреев, С.А. Автоматизация технологических процессов и системы автоматического управления / И.Ф. Бородин, С.А. Андреев -М.: КолосС, 2005. 351 с.

15. Бородин, И.Ф., Кирилин, Н.И. Практикум по основам автоматики и автоматизации производственных процессов/ И.Ф. Бородин, Н.И. Кирилин - М.: «Колос», 1974. 255 с.

16. Бородычев, В.В., Храбров, М.Ю., Гуренко, В.М., Майер, А.В. Комбинированное орошение сельскохозяйственных культур / А.С. Овчинников,

B.В. Бородычев, М.Ю. Храбров, В.М. Гуренко, А.В. Майер // Волгоград: Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование, 2015. №2 - С. 6-13.

17. Бочаров, А.В. Проблемы эксплуатации систем водоснабжения г. Томска и пути их решения / А.В. Бочаров // Томск: Вестник ТГАСУ - 2010. №4 -

C.161-165.

18. Бушуев, В.М., Деминский, В.А., Захаров, Л.Ф. и др. Электропитание устройств и систем телекоммуникаций. / В.М. Бушуев, В.А. Деминский, Л.Ф. Захаров и др. - М.: 2009. 384 с.

19. Велигоша, А.В. Общая теория связи / А.В. Велигоша - Ставрополь: СКФУ, 2014. 240 с.

20. Водные ресурсы [Электронный ресурс].- М.: Большая российская энциклопедия, 2004. - 2017. Режим доступа: https://bigenc.ru/.

21. Водный кодекс Российской Федерации от 03.06.2006 N 74-ФЗ (ред. от 03.08.2018).

22. Гавелей, Н.П., Никитин, Л.М. Распространение радиоволн / Н.П. Гавелей, Л.М. Никитин // М.: 1972. 336 с.

23. Галушко, А.И., Гром, Ю.И., Лазарев, А.Н., Салихов Р.С. Исследование свойств ионисторов и эффективность их применения в системах электропитания космических аппаратов / А.И. Галушко, Ю.И. Гром, А.Н. Лазарев, Р.С. Салихов // Вопросы электромеханики. Труды ВНИИЭМ - М.: 2014. - С. 15 - 18.

24. Ганенко, И. Более половины оросительных систем нуждаются в реконструкции // Агроинвестор. - 2014. № 12.

25. Голицын, М.В. Альтернативные энергоносители / М.В. Голицын, А.М. Голицын, Н.В. Пронина; отв.ред. Г.С. Голицын // - М.: Наука, 2004. - 159 с.

26. Гольдштейн, Л.Д., Зернов, Н.В. Электромагнитные волны. / Л.Д. Гольдштейн, Н В. Зернов - М.: Сов. радио, 1971. 662 с.

27. ГОСТ 12.4.154-85. ССБТ. Устройства экранирующие для защиты от электрических полей промышленной частоты. Общие технические требования, основные параметры и размеры. Утвержден и введен в действие постановлением государственного комитета СССР по стандартам от 4 марта 1985. № 452.

28. Гошин, М.Е., Банин, И.М. Оценка суммарной реальной нагрузки электромагнитных полей промышленной частоты 50 гц от различных источников в местах наиболее длительного пребывания человека / М.Е. Гошин, И.М. Банин // Безопасность здоровья человека - Ярославль: 2017. №2 - С.12-26.

29. Гриц, В.И., Дубовой Т.В. Ионисторы / В.И. Гриц, Т.В. Дубовой // Красноярск: Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева. - 2015. - С. 240-241.

30. Данилов-Данильян, В.И. Водные ресурсы мира и перспективы водохозяйственного комплекса / В.И. Данилов-Данильян — М.: ООО «Типография ЛЕВКО», Институт устойчивого развития / Центр экологической политики России, 2009. 88 с.

31. Дегтярева, К.А., Чайка, Е.А., Ананьев, С.С., Уржумова, Ю.С., Тарасьянц, С.А. Струйная система смешения удобрений при фертигационном орошении культурооборота томата и огурца для выращивания в защищённом грунте в условиях ростовской области / К.А. Дегтярева, Е.А. Чайка, С.С. Ананьев, Ю.С. Уржумова, С.А. Тарасьянц // Кубань: научный журнал КубГАУ, 2014. №98(04) - С. 1-11.

32. Дёмин, А.П. Современные проблемы водообеспечения сельского хозяйства России / А.П. Дёмин // Природообустройство - М.:Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Российский государственный аграрный университет - МСХА им. К.А. Тимирязева», 2008. - С. 37-44.

33. Денисов, В.И. Технико-экономические расчеты в энергетике. Методы экономического сравнения вариантов / В.И. Денисов - М. Энергоатомиздат, 1985. 216 с.

34. Дещеревский, О.А. Моделирование гидродинамики методом решеточных уравнений Больцмана. / О.А. Дещеревский // М.: МГУ им. М.В. Ломоносова, физический факультет. - 2015. 15 с.

35. Дивеев, В.Н. Формирование и передача сигналов: пособие к курсовому проектированию / В.Н. Дивеев - М.: 2007. 64 с.

36. Дробинина, И.А., Ручкинова, О.И. Обследование схемы водоснабжения и водоотведения Култаевского сельского поселения. Перспективы развития инженерных сетей села / И.А. Дробинина, О.И. Ручкинова // Пермь: Вестник ПНИПУ. - 2016. №4 - С.39-49.

37. Ерхов, Н.С., Ильин, Н.И., Мисенев, В.С. Мелиорация земель. / Н.С. Ерхов, Н.И. Ильин, В.С. Мисенев - М.: Агропромиздат, 1991. 319 с.

38. Ефимов, И.П. Источники питания РЭА. / И.П. Ефимов // Ульяновск: УлГТУ. 2002. 136 с.

39. Зевеке, Г.В., Ионкин, П.А., Нетушил, А.В., Страхов, С.В. Основы теории цепей. / Г.В. Зевеке, П.А. Ионкин, А.В. Нетушил, С.В. Страхов // М.: Энергоатомиздат, 1989. 528 с.

40. Зубов, В.Г. Механика. "Начала физики" / В.Г. Зубов - М.: Наука, 1978.

352 с.

41. Иванов, В.Д., Кузнецова, Е.В. Мелиоративное почвоведение / В.Д. Иванов, Е.В. Кузнецова - Воронеж: ФГОУ ВПО ВГАУ, 2006. 255 с.

42. Ионисторы. Любительская радиоэлектроника [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://vicgain.sdot.ru/ionistor/ionist1.htm.

43. Касаткин, А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии / А.Г. Касаткин - М.: ООО ТИД «Альянс» - 2004. 53 с.

44. Кашкаров, А. Ионистор в автономной электрической цепи / А. Кашкаров // Современная электроника, Спб.: 2014. № 1.

45. Кестер, У. Мир электроники. Аналого-цифровые преобразователи / У. Кестер // Пер. с англ. М.: Техносфера, 2007. - 1016 с.

46. Кирейчева, Л.В., Есенгельдиева, П.Н., Мусабеков, К.К. Влияние капельного орошения на рост и развитие саженцев яблонь на карликовых подвоях в условиях жамбылской области / Л.В. Кирейчева, П.Н. Есенгельдиева, К.К. Мусабеков // Екатеринбург: Соколова Марина Владимировна, 2017.№2 - С. 70-72.

47. Кириевский, Е.В. Расчет устройств адресного опроса датчиков для многоточечных измерительных систем. Новочеркасск: Южно-Российский государственный технический университет. 2013. 17 с.

48. Кирилин, Н.И. Единая теория формирования оптимальных алгоритмов управления и функционирования систем / Н.И. Кирилин // Тезисы международной научно-практической конференции. - М.: МГАУ. 1988.

49. Кирилин, Н.И. Теория расчета оптимальных систем автоматического управления. / Н.И. Кирилин // - М.: 1999. 242 с.

50. Китаев, В.В. и др. Электропитание устройств связи. / В.В. Китаев - М.: Связь, 1975. 328 с.

51. Киясбейли, А.Ш., Перельштейн, М.Е. Вихревые измерительные приборы / А.Ш. Киясбейли, М.Е. Перельштейн - М.: Машиностроение, 1978. 152 с.

52. Киясбейли, А.Ш., Перельштейн, М.Е. Вихревые счетчики-расходомеры / А.Ш. Киясбейли, М.Е. Перельштейн - М. : Машиностроение 1974.

53. Кнунянц, И.Л. Химический энциклопедический словарь / И.Л. Кнунянц - М.: Советсвкая энциклопедия, 1982. 792 с.

54. Коваленко, П.И. Автоматизация мелиоративных систем / П.И. Коваленко - М.: Колос, 1983. 304 с.

55. Корчевская, Ю.В., Горелкина, Г.А. Возможности регулирования бесперебойной подачи воды в сеть малых населенных пунктов / Ю.В. Корчевская, Г.А. Горелкина // Барнаул: Вестник АГАУ - 2016. №1 - С.138-142.

56. Кочура, С.Г., Максимов, И.А., Первухин, А.В. Определение электромагнитной обстановки на внешней поверхности приборного отсека космического аппарата / С.Г. Кочура, И.А. Максимов, А.В. Первухин // Актуальные вопросы проектирования автоматических космических аппаратов для фундаментальных и прикладных научных исследований - Химки: 2015. - С. 295298.

57. Кравченко, Т. ZigBee-модемы ETRX2 компании Telegesis. Беспроводные технологии, 2007. № 2. - С. 31-33.

58. Красовенко, А.А. Справочник по теории автоматического управления. / А.А. Красовенко - М.: Наука, 1987.

59. Кремлевский, П.П. Расходомеры и счетчики количества веществ: Справочник / П.П. Кремлевский // - Санкт-Петербург: Политехника, 2002. 409 с.

60. Кривовичев, В. Об одном варианте метода решеточных уравнений Больцмана / В. Кривовичев // С.пб.: Вестник СПбГУ - 2013. - С.10-19.

61. Кузнецов, В.П., Компан, М.Е., Кравчик, А.Е. Двойнослойные конденсаторы (ионисторы) на основе нанопористых углеродных материалов -перспективные накопители электроэнергии. / В.П. Кузнецов, М.Е. Компан, А.Е. Кравчик - Международный научный журнал Альтернативная энергетика и экология. Научно-технический центр «ТАТА», Саров: 2007. № 2 - С. 106-109.

62. Кузнецова, Е.И. Орошаемое земледелие / Е.И. Кузнецова, Е.Н. Закабунина, Ю.Ф. Спинич. - М.: ФГБОУ ВПО РНАЗУ, 2012. 117 с.

63. Кузницов, В., Понькина, О., Мачковская, Н. и др. Конденсаторы с двойным электрическим слоем (ионисторы): Разработка и производства / В. Кузницов, О. Понькина, Н. Мачковская и др. // М.: Компоненты и технологии. 2006. № 6 - С. 12-16.

64. Кузьмин, А.В., Схиртладзе, А.Г. Теория систем автоматического управления: учебник / А.В. Кузьмин, А.Г. Схиртладзе. - Старый Оскол: ТНТ, 2017. 224 с.

65. Кулаков, Г.К. Статистическое исследование водопотребления городским жилищно-коммунальным комплексом / Г.К. Кулаков // М.: Вестник УМО - 2010. №6 - С.186-189.

66. Кулова, Т.Л., Никольская, Н.Ф., Тусеева, Е.К., Скундин, А.М. Гибкие литий-ионные аккумуляторы нового поколения / Т. Л. Кулова, Н.Ф. Никольская, Е.К. Тусеева, А.М. Скундин // электрохимическая энергетика - М.: 2009.№ 2 - С.67-70.

67. Кулова, Т.Л., Скундин, А.М. / Тонкопленочные литий-ионные аккумуляторы / Т.Л. Кулова, А.М Скундин // электрохимическая энергетика - М.: 2009. № 2 - С.57-66.

68. Кундиус, В.В. Эффективность использования водных и земельных ресурсов в сельском хозяйстве России / В.В. Кундиус -М.: МСХА им. К.А. Тимирязева», 2010. - С.123-126.

69. Кунцевич, В.М. Импульсные самонастраивающиеся и экстремальные системы автоматического управления. / В.М. Кунцевич - Киев: Техника, 1996. 282 с.

70. Лазарев, А.И., Нечаев, Е.Е. Состояние и развитие спутниковых систем связи и навигации / А.И. Лазарев, Е.Е. Нечаев // Научный вестник Московского государственного технического университета гражданской авиации - М.: 2010. №159 - С. 32-43.

71. Лапин, А.П., Дружков, А.М., Кузнецова, К.В. Вихревой метод измерения расхода: история вопроса и направления исследований / А.П. Лапин, А.М. Дружков, К.В. Кузнецова // Челябинск: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника Южно-Уральский государственный университет. - 2014 №3 - С. 19-28.

72. Лапкин, А.П., Альшева, К.В. Анализ и уточнение модели уравнения измерения вихреакустического расходомера / А.П. Лапкин, К.В. Альшева -Челябинск: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника, 2017. - С. 42-48.

73. Лобов, Б.Н., Колпахчьян, П.Г. Результаты моделирования системы водоснабжения населенного пункта / Б.Н. Лобов, П.Г. Колпахчьян // Ростов-на-Дону: Известия вузов. Северо-Кавказский регион. - 2013. №1 - С.36-41.

74. Макарычев, С.В. Регулирование водного режима почвы и режимы орошения столовой свёклы в условиях алтайского приобья / С.В. Макарычев //

Барнаул: Вестник Алтайского государственного аграрного университета, 2014. -С.44-49.

75. Макотрина Л.В. Сравнение некоторых разделов системы горячего водоснабжения снип 2. 04. 01-85* «внутренний водопровод и канализация зданий» с новыми нормативными документами / Л.В. Макотрина // Иркутск: Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость, 2014. №5 (10) - С. 80-86.

76. Макотрина, Л.В., Иевлева, А.А. Экономия воды - одно из направлений энергоресурсосбережения / Л.В. Макотрина, А.А. Иевлева // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость - Иркутск: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Иркутский национальный исследовательский технический университет». 2013. -С. 86-94.

77. Малышева, А.В. О проблемах сельского водоснабжения и путях их решения / А.В. Малышева // Вестник НГИЭИ - Нижний Новгород: «Вестник НГИЭИ». 2015. - С. 60-66.

78. Мамутов, Б.В. Автоматизированная система контроля качества воды / Б.В. Мамутов // Известия Южного федерального университета. Технические науки - Таганрог: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Южный федеральный университет 2010. - С. 178-182.

79. Матвеев, А.И. System of Controlled Irrigation / A.N. Kuznetsov, S.A. Andreev, A.I. Matveev // Международная научная конференция молодых учёных и специалистов, посвящённая 150-летию РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева. Сборник статей - М.:, 2015. - С. 159-161.

80. Матвеев, А.И. Автоматизированная система коммерческого учета водопотребления / С.А. Андреев, А.И. Матвеев // Международная агроинженерия. Научно-технический журнал. Выпуск 1 (№13) 2015. - Алматы: 2015. - С. 13-20.

81. Матвеев, А.И. Автоматизированная система коммерческого учета водопотребления в АПК / С.А. Андреев, А.И. Матвеев // Энергообеспечение и

энергосбережение в сельском хозяйстве. Труды 9-й Международной научно-технической конференции. Часть 5 инфокоммуникационные технологии и нанотехнологии. - М.: 2014. - С. 211-214.

82. Матвеев, А.И. Автоматизированная система учета водопотребления в АПК / С.А. Андреев, Н.Г. Кожевникова, А.И. Матвеев // Механизация и электрификация сельского хозяйства №3 2015. Теоретический и научно-практический журнал. - М.: 2015. - С. 10-14.

83. Матвеев, А.И. Автономное питание измерительно-передающих устройств в системах автоматического управления сельскохозяйственного назначения / С.А. Андреев, В.И. Загинайлов, А.И. Матвеев // Вестник ФГБОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина» - М.:2016. № 3 (73) - С. 63-68.

84. Матвеев, А.И. Автономное питание электронных измерительных устройств в системах орошения / С.А. Андреев, А.И. Матвеев // Вопросы современных технических наук: свежий взгляд и новые решения. Выпуск III. Сборник научных трудов по итогам международной научно- практической конференции (10 марта 2016г.) - Екатеринбург: 2016. - С. 31-35.

85. Матвеев, А.И. Двухмерное моделирование течения жидкости через препятствие с применением метода решетчатых уравнений Больцмана / С.А. Андреев, А.И. Матвеев, А.И. Зданчук // Международный научный журнал №6, 2017. - М.: 2017. - С. 52-61.

86. Матвеев, А.И. Динамическая коммутация ионисторов в источниках питания элементов телеметрических систем / С.А. Андреев, А.И. Матвеев // Аграрный научный журнал - М.: 2019. №1 - С. 76-81.

87. Матвеев, А.И. Использование Zig-Bee-технологии в телеметрических системах сельскохозяйственного назначения / С.А. Андреев, А.И. Матвеев // Доклады ТСХА: Сборник статей. Вып. 291. Ч.П. М.: 2019. - С. 281-285.

88. Матвеев, А.И. Использование генераторных расходомеров в автоматизированных системах учета воды / А.И. Матвеев, С.А. Андреев //

Инновационные технологии в АПК: теория и практика: Сборник статей III Всероссийской научно-практической конференции / МНИЦ ПГСХА.-Пенза: РИО ПГСХА, 2015.- С. 94-97.

89. Матвеев, А.И. Исследование энергетических показателей процесса разряда конденсаторов на переменную нагрузку. / А.И. Матвеев, С.А. Андреев // Международный технико-экономический журнал - 2018. № 3. - С.85-92.

90. Матвеев, А.И. Об использовании генераторных первичных преобразователей в системах коммерческого учета воды / С.А. Андреев, А.И. Матвеев // Современные материалы, техника и технологии. Научно-практический журнал - Курск: 2015. №2 - С. 10-14.

91. Матвеев, А.И. Об эффективности способа централизованного учета потребления воды в режиме реального времени / С.А. Андреев, А.И. Матвеев // Доклады ТСХА: Сборник статей. Вып. 289. Ч.1. М.: 2016. - С. 5-7.

92. Матвеев, А.И. Применение ионисторов в блоках автономного питания систем управления поливом / С.А. Андреев, А.И. Матвеев // Фундаментальные и прикладные научные исследования: актуальные вопросы, достижения и инновации. Сборник статей победителей V международной научно-практической конференции, состоявшейся 15 мая 2017. в г. - Пенза: Часть 4. Пенза МЦНС «Наука и просвещение» 2017. - С. 122-125.

93. Матвеев, А.И. Снижение энергопотребления телеметрическими системами сельскохозяйственного назначения / С.А. Андреев, А.И. Матвеев // Вестник ФГОУ ВПО «МГАУ имени В.П. Горячкина» - М.: 2019. № 1 - С. 60-65.

94. Матвеев, А.И. Совершенствование интеллектуальных беспроводных телеметрических систем / С.А. Андреев, А.И. Матвеев // Современные технологии: актуальные вопросы, достижения и инновации: сборник статей XXIV Международной научно-практической конференции. - Пенза: МЦНС «Наука и Просвещение». - 2019. - С. 22-26.

95. Матвеев, А.И. Энерго-ресурсосберегающие технологии в управлении орошением / А.И. Матвеев, С.А. Андреев // Передовые достижения в применении

автоматизации, роботизации и электротехнологий в АПК: сборник статей конференции посвящённой памяти академика РАСХН, д.т.н, профессора И.Ф. Бородина - М.: ООО «Мегаполис». - 2019. - С. 285-297.

96. Матвеев, А.И., Андреев, С.А. Автономное питание элементов телеметрических систем / А.И. Матвеев, С.А. Андреев / SCIENCE AND EDUCATION: PROBLEM AND INNOVATIONS: сборник статей Международной научно-практической конференции - Пенза: МЦНС «Наука и Просвещение». -2019. - С.44-47.

97. Матвеев, А.И., Андреев, С.А. Компенсация саморазряда ионисторов в блоках автономного питания слаботочных потребителей / А.И. Матвеев, С.А. Андреев / ADVANCED SCIENCE: сборник статей IX Международной научно-практической конференции. - Пенза: МЦНС «Наука и Просвещение». - 2019. -С.64-67.

98. Матвеев, А.И., Андреев, С.А. Определение максимального количества гидромеханических преобразователей для автономного питания электронных устройств / А.И. Матвеев, С.А. Андреев / Open Innovation: сборник статей Х Международной научно-практической конференции. - Пенза: МЦНС «Наука и Просвещение». - 2019. - С.46-51.

99. Миронова, И.В., Ситников, А.В., Масленникова, С.И. Расчет характеристик пьезоэлемента ультразвукового двигателя / И.В. Миронова, А.В. Ситников, С.И. Масленникова // М.: Радиооптика. МГТУ им. Н.Э. Баумана. - 2016. № 04 - С. 25-40.

100. Мухаметов, С.Г., Юсупбаев, Ф.Н. Методы регулирования насосов / С.Г. Мухаметов, Ф.Н.Юсупбаев // Уфа: Аллея науки - 2017. №9 - С.304-311.

101. Наука 21 век, Август 15th, 2013, Новые устройства берут энергию из радиосигналов. [Электронный ресурс] - Режим доступа: http ://nauka21 vek.ru/archives/51808.

102. Нейвельт, Г.С., Мазель, К.Б., Хусаинов, Ч.И. Источники питания радиоэлектронной аппаратуры / Г.С. Нейвельт, К.Б. Мазель, Ч.И. Хусаинов- М.: Радио и связь, 1986. 576 с.

103. Никамин, В.А. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи. - СПб: КОРОНА принт; М.: «Альтекс-А», 2003. 224 с.

104. Никольский, В.В., Никольская, Т.И. Электродинамика и распространение радиоволн / В.В. Никольский, Т.И. Никольская // - М.: 1989. - 417 с.

105. О питании радиоприемников «свободной энергией» // Радио -М.: 1997. №1 - С. 22-23.

106. Ойстин О. Теория графов / О. Ойстин // Либроком -М.: Наука. - 1980.

336 с.

107. Оськин, С.В., Курченко, Н.Ю. Разработка математической модели электроактиватора с учетом данных о качестве воды и требований к рабочему раствору гербицида / С.В. Оськин, Н.Ю. Курченко // Краснодар: Научный журнал КубГАУ - 2015. №107 С.1-19.

108. Официальный сайт SMA [Электронный ресурс]. - Режим доступа: www.sma.de.

109. Панкрашкин, А. / Ионисторы Panasonic: физика, принцип работы, параметры / А. Панкрашкин // Компоненты и технологии 2006. №9.

110. Патент № 147360 U1 Российская Федерация МПК (2006.01) Устройство для измерения количества потребленной жидкости / Андреев, С.А., Судник, Ю.А., Матвеев, А.И. // Заявка 2014116863 28.04.2014. Опубл. 10.11.2014; Приоритет полезной модели 28.04.2014.

111. Патент № 155165 Российская Федерация МПК G01 F1/00 (2006.01) Устройство для измерения расхода жидкости / Андреев, С.А., Матвеев, А.И. -2015100179/28; заявл. 13.01.2015; опубл. 27.09.2015. Бюл.№ 27.

112. Патент № 2622695 Российская Федерация МПК А 01 G 25/16 Способ управления поливом / Андреев, С.А., Судник, Ю.А., Матвеев, А.И. - 2016100223; заявл. 11.01.2016; опубл. 19.06.2017 Бюл.№17.

113. Патент № 2627546 Российская Федерация МПК G01F 1/06 (2006.01) Устройство для измерения расхода жидкости / Андреев, С.А., Судник, Ю.А., Матвеев, А.И. - 2016119238; заявл. 18.05.2016; опубл. 18.08.2017. Бюл.№ 22.

114. Патент № 189080 Ш Российская Федерация МПК G01N 25/56 (2006.01) Беспроводное устройство для контроля влажности почвы / Андреев, С.А., Матвеев, А.И. Судник, Ю.А., Анашин, Д.В. -№2019103316; заявл. 06.02.2019; опубл.13.05.2019, Бюл.№ 14.

115. Патент № 2627546 С1 Российская Федерация МПК G01F1/06 (2006.01) Устройство для измерения расхода жидкости / Андреев, С.А., Судник, Ю.А. Матвеев, А.И. -№2016119238;заявл. 18.05.2016;опубл.08.08.2017, Бюл.№ 22.

116. Поляков, В. Громкоговорящий приемник с мостовым усилителем и питанием "свободной энергией" / В. Поляков // -М.: Радио № 12, 2001. - С. 12-13.

117. Поляков, В. Усовершенствование детекторного приемника. / В. Поляков // -М.: Радио - 2001. № 1 - С. 52-53.

118. Прайс лист на спринклеры и средства контроля компании «Югполив» [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.yug-poliv.ru/price/new-euro-2018/ Спринклеры^!

119. Пулатов, Я.Э. Водосберегающие технологии орошения и эффективность использования воды в сельском хозяйстве / Я.Э. Пулатов // Экология и строительство - Коломна: Общество с ограниченной ответственностью «Научно-исследовательский центр экологии и строительства». - 2017. № 4 - С. 2126.

120. Пунья, П., Стефан, Ш. Влияние 1оТ на развитие малопотребляющих микроконтроллеров / П. Пунья, Ш. Стефан // Новости электроники - 2018. №4.

121. Пушкарев, О. Построение ZigBee модуля на базе беспроводного микроконтроллера JENNIC JN5139 с питанием от дисковых элементов. Беспроводные технологии. / О. Пушкарев // 2007. № 2 - С. 68-71.

122. Роуч, П. Вычислительная гидродинамика / П. Роуч // 1977. 606 с.

123. Румянцев, Г.Я. Граничные условия к решению уравнения Больцмана в периодических решетках / Г.Я. Румянцев // М.: Атомная энергия. Том 14, вып. 4. 1963. - С.371-374.

124. Рутчин, В.А. Пьезоэлемент как альтернативный источник энергии. Новые технологии - нефтегазовому региону. Материалы Всероссийской с международным участием научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. 2014. / В.А. Рутчин. // Тюмень: Тюменский индустриальный университет. - 2014. - С. 208-211.

125. Сажнёв, А.М., Рогулина, Л.Г., Абрамов, С.С. Электропитание устройств и систем связи / А.М. Сажнёв, Л.Г. Рогулина, С.С. Абрамов - ГОУ ВПО СибГУТИ. Новосибирск: 2008. - 112 с.

126. Саканов, К.Т., Каскирбаев, К.К. Пути сокращения потери воды в коммунальном водоснабжении / К.Т. Саканов, К.К. Каскирбаев // Павлодарск: Наука и техника Казахстана - 2010. №2 С.88-92.

127. Салами, А.А., Ажавон, А.С. Коджо, К.М. Моделирование и симуляция суперконденсаторов в matlab/simulink: исследование влияния элементов модели на продолжительность саморазрядки / А.А. Салами, А.С. Ажавон, К.М. Коджо // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии - Астрахань: 2016. №3 - С. 42-58.

128. Самоловов, Д.А., Губкин, А.С. Вычислительные возможности метода решеточного кинетического уравнения Больцмана. Физико-математические науки. Информатика / Д.А. Самоловов, А.С. Губкин // Тюмень: - Вестник Тюменского государственного университета. - 2014. № 7 - С. 83-91.

129. СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 Гигиенические требования к персональным электронновычислительным машинам и организации работы:

Санитарноэпидемиологические правила и нормативы. — М : Федеральный центр госсанэпиднадзора Минздрава России, 2003. 54 с.

130. Свинцов, А.П. Достоверный учет водопотребления в жилых зданиях как начало водоснабжения / А.П. Свинцов //Вестник РУДН. Серия: Инженерные исследования - М: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Российский университет дружбы народов», 2003. - С.35-39.

131. Свиридова, А.Д. К вопросу водопотребления кормосмесей на черноземах / А.Д. Свиридова // Ростов-на-Дону: Экономика и экология территориальных образований 2017. №1 - С.96-103.

132. Сейдагалиев, М.К., Генаев, Р.В. Метод генерации электричества с использованием пьезокерамических пластин / М.К. Сейдагалиев, Р.В. Генаев // Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: сб. ст. по мат. XXXVI Междунар. студ. науч.-практ. конф. - Новосибирск: 2015. № 9 - С. 225229.

133. Семенистая, Е.С., Анацкий, И.Г., Бойко, Ю.А. Разработка программного обеспечения автоматизированной системы контроля и учета энергоресурсов и воды / Е.С. Семенистая, И.Г. Анацкий, Ю.А. Бойко // Инженерный вестник Дона - 2016. №4.

134. Сёмка, И.М., Казаева, О.В. Анализ качества питьевой воды в Рязанской области / И.М. Сёмка, О.В. Казаева // Наука молодых - Eruditio Juvenium - Рязань: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Рязанский государственный медицинский университет имени академика И.П. Павлова» Министерства здравоохранения Российской Федерации. 2013. - С. 71-74.

135. Сидоренко, Б. Продукция компании Atmel для беспроводных сетей IEEE 802.15.4/ ZigBee/6LOWPAN /Б. Сидоренко // ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес 6. 2009. - С. 70-77.

136. Скуснов, А. 7ЮВЕЕ: Обзор беспроводной технологии / А. Скуснов -«Издательство Файнстрит» Компоненты и Технологии - 2005. - №3 - С. 176-179.

137. Смирнов, В.И. Курс высшей математики / В.И. Смирнов -24-е изд.-СПб.: БХВ- Петербург, 2008. 848 с.

138. СН-25.01 ПАСПОРТ ПС-0402РУ СЧЕТЧИК ХОЛОДНОЙ И ГОРЯЧЕЙ ВОДЫ КРЫЛЬЧАТЫЙ VLF-R.

139. СНиП 2.04.01-85 Строительные нормы и правила. Внутренний водопровод и канализация зданий. Системы внутреннего холодного и горячего водоснабжения ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Нормы расхода воды потребителями.

140. Сташинов, Ю.П., Савченко, В.А. Электропривод шахтного аккумуляторного электровоза с электрохимическим конденсатором в качестве накопителя энергии рекуперации. Перспективы развития Восточного Донбасса. Материалы VI Международной и 64-й Всероссийской научно-практической конференции. / Ю.П. Сташинов, В.А. Савченко - Шахты: Южно-Российский государственный политехнический университет. - 2015. - С. 149-153.

141. Татур, Т.А., Татур, В.Е. Установившиеся и переходные процессы в электрических цепях. / Т.А. Татур, В.Е. Татур - М.: Высшая школа, 2001. 407 с.

142. Транзисторные приемники без источников питания // Радио - М.: 1962. №6 53 с.

143. Указ Президента РФ от 07.07.2011 №899 «Об утверждении приоритетных направлений развития науки, технологий и техники в Российской Федерации и перечня критических технологий Российской Федерации» // «Собрание законодательств РФ», от 11.07.2011, №28, ст. 4168.

144. Урожайность сельскохозяйственных культур. Федеральная служба государственной статистики. [Электронный ресурс] Российский статистический ежегодник - 2012. Режим доступа: http://www.gks.ru/bgd/regl/b12_13/IssWWW.exe/Stg/d3/14-18.htm.

145. Фейнберг, Е.Л. Распространение радиоволн вдоль земной поверхности / Е.Л. Фейнберг - М.: 1961. 546 с.

146. Хоровиц, П., Хилл, У. Искусство схемотехники: Пер.с англ. / П. Хоровиц, У. Хилл - Изд.2-е - М.: Издательство БИНОМ, 2014. 204 с.

147. Хромов, С.П., Мамонтова, Л.И. Метеорологический словарь / С.П. Хромов, Л.И. Мамонтова -Ленинград: Издательство Гидрометеоиздат, 1974. - 569 с.

148. Черемесинов, А.Ю., Бурлакин, С.И. Сельскохозяйственнная мелиорация / А.Ю. Черемесинов, С.И. Бурлакин - Воронеж: ФГОУ ВПО ВГАУ, 2004. 247 с.

149. Чупин, В.Р., Душин, А.С. Определение мест повреждений, утечек и несанкционированных отборов воды из системы водоснабжения / В.Р. Чупин, А.С. Душин // Вестник Иркутского государственного технического университета -Иркутск: Вестник ИрГТУ. -2012. - С.19-27.

150. Шахгильдян, В.В., Козырев, В.В., Ляховкин, А.А. Радиопередающие устройства. Под ред. В.В. Шахгильдяна. - М.: Радио и связь. 2003. 560 с.

151. Шахгильдян, В.В., Шумилин, М.С., Козырев, В.Б. и др. Проектирование радиопередатчиков: / В.В. Шахгильдян, М.С. Шумилин, В.Б., Козырев //. М.: Радио и связь, 2000. 656 с.

152. Шахнович, И.В. Современные технологии беспроводной связи / И.В. Шахнович - М.: Техносфера, 2006. 288 с.

153. Шейкин, М. Сетевые технологии ZigBee. Обзор элементной базы / М. Шейкин - Электроника: наука, технология, бизнес. 2011. -№ 6. - С. 36 - 40.

154. Шипачев, В.С. Высшая математика. Под ред. А.Н. Тихонова. / В.С. Шипачев - М.: Издательство Юрайт, 2014. 447 с.

155. Шульгин, А.М. Климат почвы и его регулирование / А.М. Шульгин -Ленинград: Гидрометеорологическое издательство, 1967. 230 с.

156. Эсенаманов, А. Использование водных ресурсов в сельском хозяйстве Кыргызской Республики / А. Эсенаманов // Олимп. 2016. - С. 33-39.

157. Юрьев, А.Н. Методика рассчета максимальной дальности связи, обеспечиваемой системой радиосвязи по земной волне / А.Н. Юрьев // Омский научный вестник №1 -Омск: 2011. - С. 216-221.

158. Amphiro Smart Water Meters, Amphiro AG, c/o ETH Zurich, WEV G217, Weinbergstrasse 56/58, CH-8092, Zurich Switzerland, Copyright 2013, Amphiro AG, 6 P.

159. Andreev Sergey, Zaginaylov Vladimir, Matveev Andris Energy-saving irrigation management. MATEC Web of Conferences Volume 245 (2018) International Scientific Conference on Energy, Environmental and Construction Engineering (EECE-2018). 06014. Saint-Petersburg, Russia, November 19-20, 2018. Poblished online: 05 December 2018.- 6 p.

160. Begum, R., Basit, M.A. Lattice Boltzmann method and its applications to fluid flow problems // European J. Of Scientific Research. 2008. 22, N 2. P. 216-231.

161. Boyd, J., Buick, J., Green, S. A second-order accurate lattice Boltzmann non-Newtonian flow model // J. Phys. A: Mathematical and General. 2006.

162. Cislason Drew. ZigBee Wireless Networking. - N.Y.: Gardners Books. 2008. - 218 p.

163. Hunter, J., Dale, D., Firing,E., Droettboom, M. Matplotlib Release 2.1.0/J. Hunter, D.Dale, E.Firing, M.Droettboom - 2017. - 1827 p.

164. Jupyter documentation 4.1 [Электронныйресурс]. - Режим доступа: https://jupyter.readthedocs.io/en/latest/#. - Jupyter documentation. - (Дата обращения: 20.10.2017).

165. Lim, C.Y., Shu, C., Niu, X.D., Chew, Y.T. Application of lattice Boltzmann method to simulate microchannel flows/C.Y. Lim, C. Shu, X.D. Niu, Y.T. Chew // Physics of Fluids. 2002.

166. Oliphant, T.E., Guide to NumPy / T.E. Oliphant - 2006. 371 p.

167. Product Datasheet P2110 - 915 MHz RF Powerharvester™ Receiver, SPECIFICATIONS [Электронный ресурс] Режим доступа: https://www.powercastco.com/wp-content/uploads/2016/11/p2110-datasheet-rev-b.pdf.

168. Scikit-learn user guide[Электронныйресурс].- Режим доступа:http://scikit-learn.org/dev/_downloads/scikit-learn-docs.pdf // 2017. - 2199 p.

169. Succi, S. The Lattice Boltzmann Equation for Fluid Dynamics and Beyond. / S. Succi — Oxford University Press, 2001. — ISBN 0-19-850398-9.

170. Sukop, M.C., Thorne, D.T. Lattice Boltzmann modeling: an introduction for geoscientists and engineers. / Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2006.— 172 p.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Приложение А

Таблица А. 1 Программа моделирования течения жидкости с описанием

Блоки программы с кодом Краткое описание

1-18 Блок инициализации

1 % matplotlibnbagg

2 import xlrd, xlwt Библиотеки для работы с таблицами Excel

3 import numpy Библиотека для работы с многомерными массивами

4 import matplotlib.pyplot, matplotlib.animation Библиотеки для работы с анимацией

5 from skimage import draw Библиотека для прорисовки простых геометрических объектов

6 from datetime import datetime Библиотека для работы с датой и временем

7 global Counterr 8 Counterr=0 Счетчик для для определения момента записи в таблицу Excel

9 Grafbook=xlwt.Workbook() 10 Grafsheet = Grafbook.add sheet(datetime.strftime (datetime.now(), "%Y.%m.%d %H_%M_%S")) Создаем таблицу Excel в которую возможна запись данных в процессе моделирования

11 height = 150 12 width = 250 Размерность решетки

13 u0 = 0.14 Характеристическая скорость

14 kinemV = 0.02 Вязкость жидкости

15 newtao = 1/(3*kinemV + 0.5) Единица, деленная на решетчатое время релаксации

16 W4to9 = 4.0/9.0 17 W1to9 = 1.0/9.0 18 W1to36 = 1.0/36.0 базисные вектора для D2Q9

1-69 Блок функций

1 defEkselFicsation(mtx): 2 rb=xlwt.Workbook() 3 sheet = rb.add sheet (datetime.strftime (datetime.now(), "%Y.%m.%d %H_%M_%S")) 4 for i in range(height): 5 for j in range(width): 6 sheet.write(i,j,mtx[i,j]) 7 j=j+1 8 i=i+1 9 rb.save(datetime. strftime(datetime.now(), "%Y.%m.%d %H_%M_%S")+".xls") Функция записи матрицы в эксель файл с именем текущей даты и времени

10 def streaming(): Функция

11 global 12, 14, 11, 13, £5, f6, 18, 17 распространения

12 12 = numpy.roll(f2, 1, axis=0)

13 15 = numpy.roll(f5, 1, axis=0)

14 16 = numpy.roll(f6, 1, axis=0)

15 14 = numpy.roll(f4,-1, axis=0)

16 18 = питру.гоЩ18,-1, axis=0)

17 17 = numpy.roll(f7,-1, axis=0)

18 11 = питру.гоЩП, 1, axis=1)

19 15 = питру.гоЩ15, 1, axis=1)

20 18 = numpy.roll(f8, 1, axis=1)

21 13 = numpy.roll(f3,-1, axis=1)

22 16 = питру.гоЩ16,-1, axis=1)

23 17 = numpy.roll(f7,-1, axis=1)

24 12[ barrierN] = f4[barrier]

25 14[ barrierS] = 12[barrier]

26 11[ ЬатеЛ] = f1[barrier]

27 13[ barrierW] = П^атеП

28 15[ЬатеШЕ] = f7[barrier]

29 f6[barrierNW] = й^атеП

30 f8[barrierSE] = й^атеП

31 f7[barrierSW] = f5[barrier]

32 def со!^юп(): Функция

33 global rho, их, иу, 10, 12, 14, 11, 13, 15, 16, 18, И, и2 столкновения

34 Ло = 10 + 12 + 14 + А + 13 + 15 + 18 + 16 + 17

35 их = 11 + 15 + 18 - 13 - 16 - 17) / ±о

36 иу = (12 + 15 + 16 - 14 - 18 - 17) / ±о

37 их2 = их * их

38 иу2 = иу * иу

39 и2 = их2 + иу2

40 ихиу = их * иу

41 оти215 = 1 - 1.5*и2

42 10 = (1-newtao)*f0 + newtao * W4to9 * rho * оти215

43 12 = (1-newtao)*f2 + newtao * W1to9 * rho * (оти215 + 3 *иу +

4.5*иу2)

44 14 = (1-newtao)*14 + newtao * W1to9 * Ло * (оти215 - 3* иу + 4.5*иу2)

45 11 = (1-newtao)*f1 + newtao * W1to9 * rho * (оти215 + 3 *их +

4.5*их2)

46 13 = (1-newtao)*f3 + newtao * W1to9 * Ло * (оти215 - 3* их + 4.5*их2)

47 15 = (1-newtao)*15 + newtao * W1to36 * rho * (оти215 + 3*(их+иу) +

4.5* (и2+2*ихиу))

48 16 = (1-newtao)*16 + newtao * W1to36 * Ло * (оти215 + 3*(-их+иу) +

4.5*(и2-2*ихиу))

49 18 = (1-newtao)*f8 + newtao * W1to36 * rho * (оти215 + 3*(их-иу) +

4.5*(и2-2*ихиу))

50 17 = (1-newtao)*17 + newtao * W1to36 * Ло * (оти215 + 3*(-их-иу) +

4.5* (и2+2*ихиу))

51 11[ ,0 ] = W1to9 * (1 + 3*и0 + 4.5*и0* *2 - 1.5*и0**2)

52 13[ ,0 ] = W1to9 * (1 - 3*и0 + 4.5*и0**2 - 1.5*и0**2)

53 15[ ,0 ] = W1to36 * (1 + 3*и0 + 4.5*и0 **2 - 1.5*и0**2)

54 18[ ,0 ] = W1to36 * (1 + 3*и0 + 4.5*и0 **2 - 1.5*и0**2)

55 16[ ,0 ] = W1to36 * (1 - 3*и0 + 4.5*и0* *2 - 1.5*и0**2)

56 17[ ,0 ] = W1to36 * (1 - 3*и0 + 4.5*и0* *2 - 1.5*и0**2)

57 def curl(ux, uy): Функция определяющая

58 return numpy.roll(uy,-1,axis=1) - numpy.roll (uy,1,axis=1) - направление и силу вихря

numpy.roll(ux,-1,axis=0) + numpy.roll(ux, 1,axis=0)

59 defnextFrame(arg): Функция моделирования

60 global Counterr течения и записи данных в

61 for step in range(20): таблицу Excel

62 streaming()

63 collision()

64 fluidImage2.set_array(curl(ux,uy))

65 Grafsheet.write(Counterr,1,uy[ 75,200 ])

66 Counterr=Counterr+1

67 if Counten—500:

68 Grafbook.save(datetime.strftime(datetime.now(), "%Y.%m. %d %H_%M_%S")+"dot.xls")

69 EkselFicsation(curl(ux,uy))

1-12 Блокпервоначальногосостояния

1 f0 = W4to9 * (numpy.ones((height,width)) - 1.5*u0**2) Формируются начальные

2 f2 = W1to9 * (numpy.ones((height,width)) - 1.5*u0**2) значения элементов матриц

3 f4 = W1to9 * (numpy.ones((height,width)) - 1.5*u0**2)

4 f1 = W1to9 * (numpy.ones((height,width)) + 3*u0 + 4.5*u0**2 - 1.5*u0**2)

5 f3 = W1to9 * (numpy.ones((height,width)) - 3*u0 + 4.5*u0**2 - 1.5*u0**2)

6 f5 = W1to36 * (numpy.ones((height,width)) + 3*u0 +

4.5*u0 **2 - 1.5*u0**2)

7 f8 = W1to36 * (numpy.ones((height,width)) + 3*u0 +

4.5*u0 8 **2 - 1.5*u0**2) f6 = W1to36 * (numpy.ones((height,width)) - 3*u0 +

4.5*u0 **2 - 1.5*u0**2)

9 f7 = W1to36 * (numpy.ones((height,width)) - 3*u0 +

4.5*u0 **2 - 1.5*u0**2)

10 rho = f0 + f2 + f4 + f1 + f3 + f5 + f8 + f6 + f7

11 ux = (f1 + f5 + f8 - f3 - f6 - f7) / rho

12 uy = (f2 + f5 + f6 - f4 - f8 - f7) / rho

1-25 Блок описания препятствий для модели потока

1 barrier = numpy.zeros((height,width), bool) 2 rad=height*0.1 3 #barrier[(height/2)-7 : (height/2)+7, height/2 ] = True 4 ver=height/2 5 hor=width/5 6 ro, co = draw.circle(ver, hor, rad) 7 barrier[ro, co] = True 8 #r=numpy.array([height/2- rad,height/2+rad,height/2 ]) 9 # c = numpy.array([width/10, width/10, width/6 ]) 10 # rr, cc = draw.polygon(r, c) 11 # barrier[rr, cc] = True 12 #barrier[ 50, 0:200 ] = True 13 #barrier[ 100, 0:150 ] = True 14 #barrier[ 50:100, 200 ] = True 15 #barrier[ 100:150, 150 ] = True 16 #barrier[ 149, 150:250 ] = True 17 #barrier[ 100, 200:250 ] = True 18 barrierN = numpy.roll(barrier, 1, axis=0) 19 barrierS = numpy.roll(barrier, -1, axis=0) 20 barrierE = numpy.roll(barrier, 1, axis=1) 21 barrierW = numpy.roll(barrier, -1, axis=1) 22 barrierNE = numpy.roll(barrierN, 1, axis=1) 23 barrierNW = numpy.roll(barrierN,-1, axis=1) 24 barrierSE = numpy.roll(barrierS, 1, axis=1) 25 barrierSW = numpy.roll(barrierS,-1, axis=1) Если в начале строки стоит символ «#» то программа проигнорирует ее выполнение при запуске. Для выполнения этих строк кода программой необходимо удалить символ

1-6 Блок визуализации рассчетов

1 theFig=matplotlib.pyplotfigure(figsize=(8,3)) Описание окна визуализации

2 fluidImage2 = matplotlib.pyplot.imshow (curl(ux,uy), origin='lower', norm=matplotlib.pyplot.Normalize(-.1,.1), cmap=matplotlib.pyplot.get_cmap('RdYlGn'), interpolation='none') Параметры визуализируемой матрицы

3 bImageArray = numpy.zeros((height, width, 4), numpy.uint8) 4 bImageArray[barrier,3] = 200 5 barrierlmage = matplotlib.pyplot.imshow (bImageArray, origin='lower', interpolation='none') Параметры визуализации препятствий

6 animate = matplotlib.animation.FuncAnimation (theFig, nextFrame, interval=1, blit=True) Визуализация

Методические рекомендации по исследованию ламинарного движения жидкости с образованием вихревой дорожки Кармана с применением

решетчатых уравнений Больцмана

Для исследования ламинарного движения жидкости необходимо выполнить следующую последовательность действий.

1 Запустить с внешнего накопителя операционную систему «Linux» через USB-вход.

2 Запустить терминал сочетанием клавиш Shift+Ctrl+N

3 В окне терминала ввести команду «Jupyter notebook» и нажать клавишу «Enter». Откроется браузер с работающей оболочкой «Jupyter notebook» и отобразит текущую файловую систему

4 В представленной файловой системе ввести в папку «Download» и запустить файл программы «verycoolwather.ipynb» в отдельном окне браузера. На дисплее отобразится текст программы, представленный в таблице А. 1.

5 Запустить программу, выбрав в меню «kernel» и «Restart & Run all». В случае появления всплывающего окна выбирать «Restart & Run all cells». Запустится процесс визуализации моделируемого гидравличесского процесса в соответствии с начальными параметрами. Начальные параметры описаны в первом блоке «инициализации» После моделирования 16000 операций информация о вертикальной и горизонтальной скорости узлов каждой 20й операции сохраняются в Excel файле для дальнейшей работы.

6 Разобравшись в работе программы, остановить компиляцию кода выбрав в меню «Kernel» и «Shutdown». В случае появления всплывающего окна выбрать «Shutdown».

7 Варьировать значение переменной «u0» в диапазоне от 0 до 0,16, тем самым меняя скорость основного потока. Рассчитать число Рейнольдса для принятых начальных условиях по формуле: Re=u0 *height / kinemV. Изменив значение «u0»,

снова запустить программу. По визуализации проверить наличие или отсутствие вихревой дорожки Кармана. Записать число Рейнольдса при котором появляется вихревая дорожка Кармана.

8 Установив значение переменной «u0» равным 0,12 варьировать диаметром препятствия «Круг».Увеличиваем значение «X» в команде «ro, co = draw.circle(ver, hor, X)» от 12 до 18 с шагом 3 в «Блоке описания препятствий для жидкостей». После каждого запуска программы дождаться формирования файла «Excel» с данными. Файлы с данными сохраняются в папке «Download» файловой системы «linux». Название файлов соответствует дате и времени их создания.

9 Открыв каждый файл «Excel», открываем вкладку «uy» в которую записаны данные вертикальной скорости потока. Выделить столбец «ЕЕ» что соответствует расстоянию 270 узлов от начала моделируемого потока и найти наибольшее значение вертикальной составляющей скорости. (Сделать это можно несколькими способами. Например, сортировкой значения по убыванию и записав значение верхней ячейки).

10 Перевести полученные значения скоростей для различных диаметров препятствия формы «Круг» в систему СИ с размерностью мм/с, до множив их на 50.

11 Составить график зависимости максимального значения вертикальной скорости от диаметра препятствия

12 Открыть сформированные программой файлы и по значениям столбца «EE», до множенными на 50 построить графики зависимости вертикальной скорости потока узла в центре потока на удалении 270 узлов с начала движения жидкости от времени. Шаг времени 0,02 секунд.

13 По графикам определить время между двумя соседними значениями максимума скорости и рассчитать частоты вихреобразования. Построить график зависимости частоты срыва вихрей от диаметра препятствия.

14 Установить значение диаметра препятствия формы «Круг», равным 15. Запустить моделирование вихреобразования со значениями начальной скорости «u0», равными 0,08, 0,12 и 0,16.

15 По полученным данным рассчитать частоты вихреобразования на расстоянии 270 узлов от начала потока. Полученное значение частоты для скорости основного потока 0,12 сравнить с прошлыми расчётами при тех же параметрах.

16 На основе полученных значений частот вихреобразования построить график зависимости частоты срыва вихрей от скорости основного потока

17 Удалить препятствие на пути потока жидкости, установив символ «#» перед строкой «barrier[ro, co] = True» блока описания препятствий для жидкостей. Скорость основного потока установить в значение 0,16. Изменить значение строки «Grafsheet3.write(Counterr,i,uy[height/2,i*2])» блока функций на «Grafsheet3.write(Counterr,i,ux[i,270])», а в строке «for i in range(250)» значение изменить на 100. Таким образом в файл будут записываться скорости основного потока в каждом узле от стенки до стенки на расстоянии 270 узлов от начала потока. Для корректного названия содержимого в формируемых файлах изменить строки «Grafsheet1= Grafbook.add_sheet("uy and rho") Grafsheet2= Grafbook.add_sheet("rho") Grafsheet3= Grafbook.add_sheet("uy")» блока инициализации на «Grafsheet1= Grafbook.add_sheet("ux and rho") Grafsheet2= Grafbook.add_sheet("rho") Grafsheet3= Grafbook.add_sheet("ux")»

18 Запустить моделирование потока жидкости и в сформированном файле во вкладке «ux» переписать каждое 5е значение 500й строки. Построить график зависимости скорости основного потока от расстояния до стенки. Сопоставить график с течением Пуазейля, характеризующегося параболическим профилем распределения скорости от края трубопровода до его оси и описывающегося следующей формулой:

^^(«т2-'2) , (Б1)

где уж — скорость жидкости вдоль трубопровода, м/с; г — расстояние от оси трубопровода, м; p1tp2 — давление на входе и на выходе из трубопровода, Па;

д — вязкость жидкости, Па с; RT I — радиус и длина трубопровода соответственно, м.

19 Закрыть программу выбрав в меню «File » и «Close and Halt»

Таблица В.1 - Значения частоты вихреобразования и скорости вторичного потока при различных конструктивных параметрах расходомера

Коэффицие Частота на 150 мм Сред макс Сред макс Сред макс Сред макс Сред макс Сред макс

нт сопротивле ния формы Скорос ть мм/с Диаметр препятст вия % от препятст вия скорос ть 75 мм/с скорос ть 100 мм/с скорос ть 125 мм/с скорос ть 150 мм/с скорос ть 175 мм/с скорос ть 200 мм/с

0,45 4 10 0,049322 3,0175 2,445 2,59 2,615 2,1625 1,6025

0,45 6 10 0,078213 5,735 5,02 5,605 4,8775 3,99 3,23

0,45 8 10 0,1086 8,01 7,2575 7,27 6,93 5,5 4,84

0,45 4 15 0,039697 4,875 4,2 4,825 3,955 2,305 2,28

0,45 6 15 0,062332 7,9825 7,02 7,815 5,63 4,8125 4,995

0,45 8 15 0,060896 X X X X X X

0,45 4 20 0,033891 5,6325 4,8925 5,0675 3,7475 3,71 3,5025

0,45 6 20 0,048991 8,6575 8,045 8,0075 6,4675 6,145 6,065

0,45 8 20 0,063193 11,51 X X X X X

0,4 4 10 0,044893 2,635 2,175 2,145 2,28 1,92 1,5

0,4 6 10 0,068331 4,96 3,9625 3,535 3,2025 2,6875 2,4925

0,4 8 10 0,088855 6,885 5,295 3,3975 3,8 4,3725 4,4275

0,4 4 15 0,041623 3,215 3,175 3,4625 2,5475 2,1225 2,23

0,4 6 15 0,059278 5,0375 4,95 4,18 3,79 3,88 3,4275

0,4 8 15 0,076447 6,1525 6,1975 5,7075 4,61 4,825 4,6325

0,4 4 20 0,039894 1,27 2,77 2,4175 1,72 1,5475 1,0975

0,4 6 20 0,046998 4,7475 6,6 5,66 5,4425 4,815 4,105

0,4 8 20 0,061447 6,9475 7,3 6,485 6,21 6,9125 5,83

0,6 4 10 0,047544 3,94 3,155 3,5475 3,1925 2,5 1,8775

0,6 6 10 0,075306 6,835 5,8975 6,825 5,7575 2,9125 4,4725

0,6 8 10 0,103908 9,545 8,7625 9,6025 8,7375 8,12 6,7175

0,6 4 15 0,043267 5,4475 4,7675 4,815 3,41 2,9825 2,5775

0,6 6 15 0,067845 8,155 6,8 7,535 4,8 4,585 4,335

0,6 8 15 0,085134 X X X X X X

0,6 4 20 0,040807 6,0825 5,78 5,545 4,1325 4,2675 4,12

0,6 6 20 0,066234 6,9375 7,5 6,7275 5,115 5,1575 4,495

0,6 8 20 0,06736 1,0575 3,3225 4,2425 2,8025 2,6225 2,385

0,5 4 10 0,044554 3,1875 2,535 2,78 2,8225 2,305 1,5575

0,5 6 10 0,069972 5,5225 4,515 5,205 5,4875 4,045 3,1325

0,5 8 10 0,095499 7,7875 6,98 7,14 8,3325 7,0025 5,165

0,5 4 15 0,04264 4,4525 4,095 4,6925 3,415 2,5525 2,59

0,5 6 15 0,061267 7,755 6,905 8,435 5,4075 4,37 4,475

0,5 8 15 0,079914 X X X X X X

0,5 4 20 0,03821 5,22 5,4075 5,055 4,035 4,245 3,8225

0,5 6 20 0,049058 9,1325 8,33 8,3525 8,08 7,3675 7,2025

0,5 8 20 0,06436 X X X X X X

Таблица В.2 Зависимость частоты вихреобразования от коэффициента сопротивления формы, размера препятствия и скорость течения

0,044893 0,4 0,02 0,004

0,068331 0,4 0,02 0,006

0,088855 0,4 0,02 0,008

0,041623 0,4 0,03 0,004

0,059278 0,4 0,03 0,006

0,076447 0,4 0,03 0,008

0,035894 0,4 0,04 0,004

0,046998 0,4 0,04 0,006

0,061447 0,4 0,04 0,008

0,045554 0,5 0,02 0,004

0,069972 0,5 0,02 0,006

0,095499 0,5 0,02 0,008

0,04264 0,5 0,03 0,004

0,061267 0,5 0,03 0,006

0,079914 0,5 0,03 0,008

0,03821 0,5 0,04 0,004

0,049058 0,5 0,04 0,006

0,06436 0,5 0,04 0,008

0,047544 0,6 0,02 0,004

0,075306 0,6 0,02 0,006

0,103908 0,6 0,02 0,008

0,043267 0,6 0,03 0,004

0,067845 0,6 0,03 0,006

0,085134 0,6 0,03 0,008

0,040807 0,6 0,04 0,004

0,066234 0,6 0,04 0,006

0,06736 0,6 0,04 0,008

Таблица В.3 Зависимость скорости вторичного потока от размера препятствия,

скорости течения и расстояния от препятствия

И Хз х4 И Хз х4

0 0,02 0,004 0 6,1525 0,03 0,008 0,075

2,635 0,02 0,004 0,075 4,61 0,03 0,008 0,15

2,28 0,02 0,004 0,15 0 0,04 0,004 0

0 0,02 0,006 0 1,27 0,04 0,004 0,075

4,96 0,02 0,006 0,075 1,72 0,04 0,004 0,15

3,2025 0,02 0,006 0,15 0 0,04 0,006 0

0 0,02 0,008 0 4,7475 0,04 0,006 0,075

6,885 0,02 0,008 0,075 5,4425 0,04 0,006 0,15

3,8 0,02 0,008 0,15 0 0,04 0,008 0

0 0,03 0,004 0 6,9475 0,04 0,008 0,075

3,215 0,03 0,004 0,075 6,21 0,04 0,008 0,15

2,5475 0,03 0,004 0,15

0 0,03 0,006 0