О пасеке

Пчеловодство, разведение и содержание пчел. Пчелы и здоровье. Огород, сад, дача.

Дек, 2018
06

Теплозащитные свойства ячеек

Опубликовал: Petr_MS

Теплозащитные свойства ячеек

Собираясь в зимний клуб, пчелы концентрируют выделяемую ими энергию в максимально ограниченном пространстве, занимая в том числе и свободные от меда ячейки. По наблюдениям О.С.Львова, в ячейках сотов размещается около 50% особей, составляющих клуб [1].

Существует мнение, что, находясь в ячейках, пчелы сокращают потери тепла и уменьшают потребление кормов. Для оценки теплозащитных качеств этих ячеек мы, пользуясь методом регулярного режима, определили их термическое сопротивление и коэффициент отдачи тепла из ячейки во внешнюю среду.

Если в ячейку поместить предварительно нагретый металлический зонд, то он начнет выделять в ней тепло и передавать его в окружающее пространство. Тепловой баланс между количеством тепла, отданного зондом и воспринятого средой, выразится соотношением [2, 3]

Тепловой баланс

из которого можно получить зависимость

Тепловой баланс

где G — масса зонда, кг; с — удельная теплоемкость материала зонда, Дж/(кг•град); Өv, Өs — средние температуры по объему и по поверхности зонда соответственно, °С; Ss — площадь поверхности зонда, м2; α — коэффициент теплоотдачи зонда, Вт/(м2•град); τ — время, с; m — темп охлаждения зонда, 1/с; С' — полная теплоемкость зонда, Дж/град;

неравномерности распределения температур

— коэффициент неравномерности распределения температур по поверхности и по объему.

При проведении исследований определение коэффициента Ψ связано со значительными трудностями. Однако для тел из металла, особенно небольшого объема, Ψ практически всегда равен единице (Ψ = 1), а также, учитывая, что для конкретного зонда величина

определения коэффициента теплоотдачи

есть величина постоянная, то формула для определения коэффициента теплоотдачи принимает простую форму α = mFs, a термическое сопротивление

термическое сопротивление

Для проведения исследований изготовили латунный зонд-калориметр 04,86 мм и высотой 11,25 мм. Его масса составляет G = 1,74•10 3 кг, полная теплоемкость С' = = 679•103 Дж/К, общая площадь поверхности Sm = 208,76•106 м2, константа калориметра F = 3,25•103 Дж/градм2.

измерения теплового сопротивления

Схема установки для измерения теплового сопротивления (рис. 1) состоит из вырезанной из сота ячейки 1, латунного зонда-калориметра 2, к которому припаян горячий спай 3 медьконстантановой термопары. В разрез медного проводника 4 включен гальванометр 5. Холодный спай 7 термопары образован медным и Константиновым 6 проводниками. Он находится в непосредственной близости от ячейки.

Гальванометром служил магнитоэлектрический микроамперметр М 95 на пределе измерения 1 рА со световым указателем «зайчик» и длиной шкалы 140 мм.

Для проведения измерений зонд нагревали примерно до температуры 40°С, не допускающей размягчения воска, и вводили в ячейку. Под действием генерируемой термопарой электродвижущей силы (ЭДС) «зайчик» гальванометра отклонялся за 100 делений. По мере охлаждения зонда показания прибора падают. Как только «зайчик» подходил к максимальному делению — 100, включался секундомер. Начиная с этого момента через равные промежутки, например 30 с, нарастающим итогом записывали показания секундомера t и соответствующие им показания гальванометра N. Неизменность показаний прибора свидетельствовала о завершении охлаждения, испытания прекращали.

Динамика охлаждения

Полученные результаты представлены в таблице 1, в которой показания микроамперметра выражены в натуральных логарифмах In N. Для повышения достоверности опыты проводили в 4-5 повторностях, а конечные результаты принимались по среднему значению In N. В качестве примера в таблице 1 приведены показатели, а на рисунке 2 — динамика охлаждения зонда вне ячейки.

1. Показатели охлаждения зонда вне ячейки

Время t, с

Показания прибора N

In N

0

100

4,61

30

77

4,34

60

60

4,09

90

48

3,87

120

37

3,61

150

29

3,37

180

22

3,09

210

15

2,71

240

12,5

2,53

270

10

2,30

300

6,5

1,87

Если установился регулярный режим охлаждения, на графике должна быть прямая линия. Начальный и конечный участки этой линии могут отклоняться от прямой, их в расчет принимать не следует.

Взяли точки А и Б с координатами соответственно t, = 0 с и In N, = 4,61; t2 = 180 с и In N2 = 3,09, при которых темп охлаждения составляет

темп охлаждения

 Динамика охлаждения зонда в светлой ячейке представлена на рисунке 3, и темп охлаждения, соответствующий точкам А и Б, составляет

темп охлаждения

Динамика охлаждения

Динамика охлаждения

Темп охлаждения зонда в темной ячейке (рис. 4) близок к показателям, полученным в светлой ячейке, и составляет

Темп охлаждения

После того как были определены темпы охлаждения, по приведенным выше формулам нашли коэффициенты теплоотдачи и термического сопротивления ячеек. Результаты приведены в таблице 2. В ней также указаны результаты измерения теплозащитных качеств ячеек непосредственно в сотах.

2. Теплозащитные качества ячеек (зонд 04,86 мм)

Расположение зонда

и термопары относительно ячеек

Темп охлаждения т, 1/с•103

Коэффициент теплоотдачи а, Вт/м2•град

Температурное сопротивление R, град•м2/Вт•103

Вне ячейки

8,4

27,32

36,6

Одиночная светлая ячейка

6,4

20,82

48,0

Одиночная темная ячейка

6,2

20,17

49,6

Горизонтальный сот, термопара над сотом:
светлая ячейка

4,5

14,64

68,3

темная ячейка

4,1

13,33

75,0

Вертикальный сот, светлая ячейка:
термопара в воздухе

4,1

13,33

75,0

термопара в соте

5,4

17,56

56,9

Горизонтальный сот, светлая ячейка, термопара в соте

5,0

16,26

61,5

Зонд 04,86 мм имеет повышенную теплоемкость и хорошо помещается в светлые ячейки. Однако в большинство темных ячеек он не входит. Поэтому был испытан зонд меньшего диаметра — 3,55 мм. Результаты представлены в таблице 3.

Как видно из данной таблицы, результаты обоих измерений близки.

Необходимо подчеркнуть, что зонд 04,86 мм меньше диаметра груди среднерусских пчел (5,2-5,5 мм) [4]и в темные ячейки сота не входит. Следовательно, в них не войдут и пчелы, оказавшиеся на темных сотах при зимней сборке. Кроме того, пустые ячейки снижают компактность гнезда.

3. Теплозащитные качества ячеек (зонд 03,55 мм)

Расположение зонда и термопары относительно ячеек

Темп охлаждения т, 1/с•103

Коэффициент теплоотдачи а, Вт/м2•град

Температурное сопротивление R, град•м2/Вт•103

Вне ячейки

12,0

30,70

32,6

Одиночная светлая ячейка

7,5

19,19

52,1

Горизонтальный сот, светлая ячейка, термопара над сотом

6,6

16,88

59,2

Горизонтальный сот, термопара в соте: светлая ячейка

6,5

16,63

60,1

темная ячейка

6,0

15,35

65,1

Вертикальный сот, светлая ячейка, термопара в воздухе

5,6

14,33

69,8

Как следует из таблицы 2, теплозащитные свойства как светлых, так и темных ячеек практически одинаковы: темп охлаждения составляет 6,4•10-3 и 6,2•10-3 1/с соответственно; температурное сопротивление — 48,0•10• и 49,6•10-3 м2•град/Вт соответственно.

В реальных условиях, когда пчелы занимают все ячейки сота с двух сторон, а температура всех особей примерно одинакова, коэффициент теплоотдачи будет намного меньше. Потери тепла будут происходить фактически через открытую часть ячеек.

В.И.ЛЕБЕДЕВ, А.И.КАСЬЯНОВ, Е.П.ЛАПЫНИНА
ФГБНУ «ФНЦ пчеловодства»
ж-л «Пчеловодство» №9, 2018 г.

Литература

1. Львов О.С. Биология клуба зимующих пчел в связи с вопросом обоснования необходимости формирования гнезд пчел на зиму: автореф. дис. ... канд. биол. наук. — М., 1957.

2. Осипова В.А. Экспериментальное исследование процессов теплообмена. — М, 1969.

3. Семяшкин Е.М. Измерения коэффициента теплоотдачи, теплоемкости методом регулярного режима: дис. ... канд. техн. наук. —Л., 1960.

4. Федосов Н. Ф. Размеры тела пчелы // Пчеловодство. — 1961,— №6.

Понравилась статья? Расскажите друзьям:

Общайтесь со мной:

Google Bookmarks Digg Reddit del.icio.us Ma.gnolia Technorati Slashdot Yahoo My Web News2.ru БобрДобр.ru RUmarkz Ваау! Memori.ru rucity.com МоёМесто.ru Mister Wong

Хотите получать новые статьи на почту? Введите свой Email

 

 

«С этой статьей также смотрят:»

Ваш отзыв


    Обо мне

    E-mail: petr9921()yandex.ru

    Skype: Petr_MS