Определение теплозащитных свойств

Опубликовал: Petr_MS

Теплозащитные качества скоплений зимующих пчел

Собираясь в клуб по мере понижения внешней температуры, семья пчел концентрирует выделяемую ею энергию в ограниченном объеме. Для сохранения этой энергии от излишних потерь клуб пчел должен иметь надежную тепловую изоляцию.

К понятию тепловой изоляции гнезда, как правило, относятся соты, стенки улья, внешнее утепление, но при этом упускается теплозащитная роль самих пчел, которые образуют клуб. Кроме того, клуб может находиться как в установившемся, стационарном состоянии, характерном при зимовке в заглубленном помещении, так и в неустановившемся, нестационарном состоянии, присущем зимовке пчел на воле, когда под влиянием внешней температуры клуб то распадается, то собирается вновь.

Основной характеристикой теплоизоляционных свойств материалов, работающих в установившемся режиме, является их теплопроводность: чем она меньше, тем благоприятнее. Однако при нестационарном режиме лучшие свойства теплоизоляционного материала характеризуются минимальным значением коэффициента температуропроводности и максимальной теплоемкостью [3].

Между коэффициентами теплопроводности и температуропроводности существует соотношение

λ = αсγ,

где λ — коэффициент теплопроводности, Вт/(м-к); α — коэффициент температуропроводности, м²/с; с — удельная теплоемкость материала, Дж/кг-k; γ — плотность материала, кг/м³.

Масса пчел клуба — живой объект, определение теплозащитных свойств которого in vivo методически не представляется возможным, поэтому эти свойства определены на мертвых пчелах in vitro наиболее отработанным методом регулярного режима первого рода [2].

Для определения температуропроводности изготовили калориметр (рис. 1), состоящий из латунного стакана 4, в который сверху впаяна латунная трубка 3 с электроизоляционной вставкой 5. В последнюю помещены два изолированных одножильных провода, один из которых копелевый или константановый 2, другой медный 1. Концы проводов, выходящие внутри стакана, спаяны между собой, образуя горячий спай термопары 6. Холодный спай также смонтирован в свободной латунной трубке с заглушённым концом и электрически изолирован от нее. При измерениях трубку с холодным спаем опускают в термостатирующую жидкость.

Снизу стакан плотно закрывается крышкой 7 с резьбовым соединением, между которой помещена резиновая прокладка 8 в виде кольца или шайбы. Прокладка не изолирует крышку от исследуемого материала.

Исследования проводили на лабораторной установке (рис. 2), состоящей из жидкостного термостата 8, снабженного мешалкой 7, калориметра 6, латунной трубки 5 с холодным термопарным спаем, копелевого 4 и медного 3 проводников, гальванометра 2. При этом копелевый провод калориметра соединен с Копелевым проводом холодноспайной трубочки, а медный — с медным. Гальванометр включен в разрез медного проводника через переменный резистор 1.

В качестве термостата использовали лабораторный ультратермостат, заправленный водоледяной смесью. Гальванометром служил магнитоэлектрический микроамперметр М 95 на пределе измерения 1 рА со световым указателем «зайчик» и длиной шкалы 140 мм.

Для измерений калориметр полностью заполняли пчелами, надежно закручивали крышкой, взвешивали и нагревали в теплой воде с температурой 30...40°С, после чего повторно взвешивали, чтобы убедиться в отсутствии затекания воды, и вместе с латунной трубкой с холодным спаем помещали в термостат. Сразу же начиналось охлаждение при интенсивном перемешивании, показатели фиксировали гальванометром. Как только его «зайчик» подходил к максимальному делению, в нашем случае — 100, включался секундомер. Начиная с этого момента через равные промежутки, например через 3 мин (180 с), нарастающим итогом записывали показания секундомера t и соответствующие им показания гальванометра N. Показания микроамперметра необходимо переводить в градусы Цельсия, но обычно этого не делают, так как между температурой и показаниями микроамперметра существует однозначное соотношение.

После завершения охлаждения, о чем свидетельствовала неизменность показаний гальванометра, испытания прекращали. Полученные результаты представлены в таблице, в которой показания микроамперметра выражены в натуральных логарифмах. По данным таблицы построен график охлаждения пчел in vitro (рис. 3).

При условии, что измерения проведены корректно и установился регулярный режим, на графике должна быть прямая линия.

Показатели охлаждения пчел в калориметре

При этом в начальной стадии процесс, пока еще не вошедший в стадию регулярного, может отклоняться от линейного. Его в расчет брать не следует, так же как и конечную стадию.

Нами взяты точки А и Б с координатами соответственно t, = 180 с и In N, = 4,25; t₂ = = 1440 с и In N₂ = 2, при которых темп охлаждения составляет

В соответствии с первой теорией Г.М.Кондратьева [1]при регулярном режиме, когда коэффициент теплоотдачи стремится к бесконечности, а температура среды постоянна, коэффициент температуропроводности пропорционален темпу охлаждения

α = km,

где к — коэффициент формы тела, который для цилиндрического калориметра определяется по формуле

где R — радиус цилиндра, м; Z — высота цилиндра, м.

Для используемого нами калориметра при R = 0,0245 м; Z = 0,0760 м коэффициент формы тела составит k = 0,85-10^-4 м², а температуропроводность соответственно α = k•m = = 0,85•10^-4х 1,79•10^-3 = 1,52•10^-7 м²/c

При использовании метода необходимо обеспечить интенсивное перемешивание охлаждающей жидкости в термостате для придания коэффициенту теплоотдачи калориметра а устремления к бесконечности α—>∞, а также на свежесть подмора.

На рисунке 4 приведен процесс охлаждения высушенного подмора. Как видно из данных, никакого прямолинейного участка здесь не наблюдается.

Мы подробно описали процесс определения температуропроводности пчел в надежде на то, что данная методика может быть использована при исследованиях теплофизических свойств и других продуктов пчеловодства: воска, воскового сырья, закристаллизованного меда, перги, пыльцы, семян медоносных растений и так далее.

В.И.ЛЕБЕДЕВ,
А.И.КАСЬЯНОВ, Е.П.ЛАПЫНИНА
ФГБНУ «ФНЦ пчеловодства»
ж-л «Пчеловодство» №7, 2018 г.

Литература

1. Кондратьев Г.М. Регулярный тепловой режим. — М., 1954.

2. Кондратьев Г.М. Тепловые измерения. — М., 1957.

3. Осипова В. А. Экспериментальные исследования процессов теплообмена. — М., 1969.

Понравилась статья? Расскажите друзьям:

Общайтесь со мной:

Хотите получать новые статьи на почту? Введите свой Email