Автореферат (1151677), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Поскольку центрифугирование основано на осушении, тополученные ОГХ не содержат гистерезиса. По экспериментальным данным частькривой ОГХ соответствующую гистерезису можно подобрать, меняя значенияпараметра α. При значениях pF от 0 до 2 экспериментальные точки практическисовпадают с кривой по модели Б, т.е.
при низких давлениях рольперпендикулярных направлению потока пор несущественна. Для более высокихдавлений из интервала pF от 2 до 3 лучшее приближение имеет вначале модель А,а затем В, следовательно в данном диапазоне нельзя пренебрегать порамиперпендикулярными направлению потока.Проверка степени соответствия полученных ОГХ экспериментальнымданным при помощи χ2–теста показала, что для 95% уровня надежности во всехслучаях наблюдаемые значения (для модели А: χ2=0,669; для модели Б: χ2=0,225;для модели В: χ2=1,457) меньше критического (3,2551), т.е.
предложенныефункции адекватно описывают экспериментальные данные.Рисунок 4– Сопоставление расчетных значений ОГХ с экспериментальнымиданнымиПримечание: ( ■ ) –экспериментальные значенияНа графиках вместе с ОГХ почв, построенными по уравнению (18),представлены экспериментальные данные, полученные с использованиемцентробежногополядляудалениявлаги–центрифугированием.Соответствующее 95% уровню надежности критическое значение составляет16χ2=3,2551, т.е. различия между экспериментальными данными и построеннымиОГХ недостоверны для рассмотренных типов почв.Как было показано выше, кроме изменения потенциала почвенной влаги,при изучении развития системы «почва – вода – растение» необходимо знаниетакой важной характеристики, определяющей условия роста и развития растенийкак функция влагопроводности.
K(w) или K(ψ) – зависимость коэффициентавлагопроводности от влажности или от потенциала почвенной влаги. Онаотносится к функциям, которые описывают способность почв удерживать ипроводить почвенную влагу под действием термодинамических сил и ихградиентов. В первом приближении пренебрежем изменениями температуры впроцессе фильтрации воды через почву, т.е. рассмотрим изотермическуюоднофазную фильтрацию.K (м/с)K (м/с)0,00016Чернозем выщелоченный0,000140,000160,000120,000120,00010,00010,000080,000060,000080,000060,000040,000040,000020,00002Темно-серая лесная0,000140000,10,20,30,400,5 3 3w (м /м )K (м/с)0,000180,000160,000140,000120,00010,000080,000060,000040,0000200,10,20,30,40,5 3 3w (м /м )0,30,40,5 3 3w (м /м )K (м/с)0,00016Дерново-подзолистаяСветло-серая лесная0,000140,000120,00010,000080,000060,000040,00002000,10,20,30,40,5 3 3w (м /м )00,10,2Рисунок 5 – Зависимости K(w) и экспериментальные данныеПримечание: ( Δ ) –экспериментальные значения,(- - -) – построена без учета объема прочносвязанной воды (w*)В случае использования аэродинамического метода, основанного натрехмерной модели, коэффициент влагопроводности определяется выражением:2λΠ 0α ⎡ ⎛π2w ⎞ ⎤⎟ ⎥,⎢1 − ⎜1 −⋅(20)K=Ω 0 ηS 2 1 − Π 0 ⎢⎣ ⎜⎝ Π 0 ⎟⎠ ⎥⎦где η - вязкость воды, Па с; S – площадь сечения образца почвы, м2; через которое17протекает газ; α, λ – постоянные зависящие о вида трехмерной модели (см.выражение (13)).Определение соответствия экспериментальным данным функциивлагопроводности для светло-серой (F=43,968) и темно-серой (F=46,246) лесныхпочв (Fкр (α=0,01)= 8,285) представлено на рисунке 5.Необходимо учесть, что прочносвязанная вода практически не участвует впереносе влаги, поэтому в формуле (20) следует сдвинуть нулевое значениевлажности на величину w* - соответствующую максимальной адсорбционнойвлагоёмкости (сплошная линия на рисунке 5).
Величина w* может бытьопределена численно из совместного решения (18) с предложеннымА.Д. Ворониным уравнением pF = 5,2 + 3w.Результатом совершенствования модели порового пространства почвявляются аналитические выражения для ОГХ и функции влагопроводностидостаточно точно описывающие экспериментальные данные. Они получены сучетом физических и гидрофизических свойств почвы и служат основойопределения скорости и направления перемещения влаги при орошении, а такжедоступности влаги растениям.Разработанная модель порового пространства и выявленные на ее основезависимости позволяют обосновать экологически приемлимые и экономическиэффективные агротехнические и мелиоративные мероприятия с детальнымучетом гидрофизических свойств почвы.В третьей главе «Исследование технологических свойств почв припроведении агромелиоративных и культуртехнических мероприятий»приведены исследования влияния влажности, пористости и удельной поверхностипочвы на процессы взаимодействия мелиоративных орудий и агрегатов с почвой сцелью установления диапазонов влажности, при которых проведениеагромелиоративных мероприятий экологично и наименее энергоемко.При проведении агромелиоративных мероприятий, таких как глубокоерыхление и глубокая вспашка во время первичной обработки почв на работу попреодолению сил трения затрачивается от 30 до 50% энергии машиннотракторных агрегатов (МТА).
Поэтому важно подобрать такую влажность, прикоторой почва хорошо крошится, минимально прилипая к орудиям обработки.Это обеспечит не только снижение тягового усилия, но и наилучшее состояниепочвы после проведения мелиоративных мероприятий.Рассмотрим влияние влажности почвы на ее липкость (L). Влажность wmaxсоответствующая максимальному значению липкости Lmax и граничная влажностьw0, ниже которой липкость не проявляется, являются характеристиками липкости.Липкость обнаруживается при влажности w>w0, поэтому с учетом (18) и (19)рассмотрим разность давлений ее обуславливающую:⎛ 11 ⎞(21)Δp = p ′′ − p ′ = σΩ 0 ⋅ D(w, Π 0 ) − δ Ω 0 ⎜⎜ 3 − 3 ⎟⎟ .Π0 ⎠⎝wФормула подтверждает факт возрастания липкости (Δp) с возрастаниемудельной поверхности почвы (Ω0).
Пересчет Δp из [Па] в [г/см2] и замена18значений влажности w значениями w2/3 (∼площади контакта влаги) позволяетполучить зависимость липкости от влажности почвы (Δp→L, w→w2/3).Расчет липкости по предложенным способом позволяет получатьзависимости для почв в их естественном состоянии, без дополнительногоуплотнения присущего классическим методам. Формула (21) позволяетопределять сроки проведения мелиоративных работ на конкретных участках сминимальными энергозатратами.По результатам статистической обработки, для основных типов почвЧувашской Республики, около 80,4% экспериментальных данных описываетсяполученными зависимостями. Полученные значения для влажностей начальногозалипания и влажностей соответствующих максимальной липкости хорошо(82,1%) согласуются со значениями перехода почв от одного энергетическогосостояния в другое, описываемыми различными реологическими моделями,предложенными А.Д.
Ворониным. Теоретические зависимости липкости отвлажности L(w) для светло-серой и темно-серой лесных почв и результатыэксперимента приведены на рисунке 6.Рисунок 6 – Зависимость липкости от объемной влажности светло-серой и темносерой лесных почвПримечание: ( ♦ ) - экспериментальные данныеИзменение соотношения твердой, жидкой и газообразной фаз в почвеприводит к изменению сил, действующих в системе «почвообрабатывающееорудие - почва», поэтому важно исследовать зависимость коэффициента тренияот содержания влаги в почве. К уменьшению трения приводит улучшениепочвенной структуры. Это объясняется тем, что при увеличении пористостиуменьшается площадь действительного контакта почвы с поверхностьюинородного тела, т.е.
в плотной почве трение больше, чем в рыхлой,структурированной. Поскольку при низкой влажности происходит сухое трение, апри увеличении влажности начинает проявляться липкость, то функцию f можноразделить на две части. Одна из них пропорциональна липкости L, которая в своюочередь связана с механическим составом почвы через удельную поверхность Ω0и функцию, связанную с гранулометрическим составом D(w, Π0). Другая19пропорциональна доле твердой фазы (1-П0), поскольку улучшение почвеннойструктуры приводит к уменьшению силы трения, а также от поверхностиконтакта с жидкостью w2/3 и (1- βw). Предложенный подход полностьюсогласуется с тем фактом, что существенное влияние на коэффициент трения fоказывает содержание физической глины (частиц менее 0,01 мм).
Трение связанос липкостью, которая прямо пропорциональна удельной поверхности твердойфазы. Следовательно, и коэффициент трения должен быть прямо пропорционаленΩ0, т.е. содержанию физической глины. После обобщения приведенных фактовможно пользуясь феноменологическим методом записать формулу длякоэффициента трения почв:f = αΩw2/3(1- βw)(1-П0) + γL,(22)где f – коэффициент трения; L – липкость; α, β, γ – коэффициенты.Экспериментальная проверка соотношения (22) для темно-серой и светлосерой лесной почвы показала, что полученными зависимостями описываетсяоколо 86,6% экспериментальных данных (рис. 7).Рисунок 7 – Зависимость f(w) от объемной влажности почвыПримечание: ( ■ ) - экспериментальные данныеПри проведении агромелиоративных мероприятий (глубокое рыхление,фрезерование и др.) важное значение имеет степень крошения почвы, показателемкоторой является изменение удельной поверхности агрегатов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
