О тайнах улья. Теплообмен

Вначале поговорим о клубе. В улье живут пчёлы. Клуб не живое существо, а всего лишь форма, которую приобретает пчелиная семья,

О тайнах улья. Теплообмен

Статья

Разное

Другие статьи по предмету

Разное

Сдать работу со 100% гаранией
слова. Однако характер переноса теплоты крайне важен с инженерно-физической точки зрения, и не удивительно, что механизмы теплообмена стали важным предметом исследований в первой половине девятнадцатого столетия. Было открыто три способа теплообмена, и за каждым из них стоит уникальный физический процесс. См. механическая теория теплоты и молекулярно-кинетическая теория. Уместно говорить о трёх составляющих теплообмена: кондуктивный (теплопередача), конвективный, и излучение. (Conduction, Convection, Radiation). Это всемирные законы.

Теплопроводностью обладают все элементы пчелиного гнезда: восковые соты, мёд, рамки, ограждающие конструкции, сами пчёлы и воздух который их окружает. Именно посредством теплопроводности пчёлы нагревают мёд над клубом. Если бы соты обладали такой же теплопроводностью как металл, то весь мёд в улье всегда бы соответствовал температуре внутри клуба. Но этого не происходит, так как теплопроводность воска и мёда, незначительна. В технике такой вид передачи тепла называют кондуктивным. На соседние рамки и стенки посредством кондуктивной передачи тепло не передаётся.

Конвективный теплообмен в пчелином гнезде является основным распространителем и передатчиком тепла. Посредством теплообмена происходит циркуляция воздуха и удаление продуктом жизнедеятельности. Посредством теплообмена в замкнутый объём улья поступает свежий воздух.

Помимо кондуктивной и конвективной передачи тепла, пчелы выделяют тепло и излучением. Пренебрегать при расчётах этим явлением не всегда допустимо.

И в завершение несколько слов о воздухообмене. Воздухообмен в улье происходит непрерывно. И зимой и летом. Только в разные периоды жизни пчёл у воздухообмена разные движители. При активной фазе пчёлы воздухообмен регулируют принудительно, то есть механически. При пассивной фазе, процесс воздухообмена происходит естественным путём, при помощи тепломассообмена. Хотя пассивными пчёл в зимнем воздухообмене назвать можно лишь с большой натяжкой. Генерируя тепло, пчёлы либо усиливают, либо уменьшают воздухообмен. Важным условием является способ или тип зимовки.

Исходя из практики зимовки, подразумевают три типа: холодная, тёплая и высокотемпературная.

Поговорим ёщё и о поведении воздуха, входящего в улей.

Холодный воздух, поступая в улей, всегда стратифицировано стелиться по дну, пока не будет захвачен восходящими потоками. При равенстве температур поступающего воздуха и внутриульевого наблюдается картина изотермического перемещения, то есть горизонтальное распределение. При подаче более тёплого воздуха, он по пути наименьшего сопротивления устремляется вверх. Это можно проиллюстрировать рисунками.

 

Распределение потоков воздуха зависит от температуры входящих в улей воздушных потоков и типа летка.

Перемещение воздуха в системах естественной вентиляции происходит:

- Вследствие разности температур наружного (атмосферного) воздуха и воздуха в улье, так называемой аэрации.

- Вследствие разности давлений "воздушного столба" между нижним уровнем (входом) и верхним уровнем (выходом). Такой воздухообмен называют конвекцией.

- В результате воздействия, так называемого ветрового давления

Эффект аэрации используется в ульях с одним летком или сетчатым дном. Чем выше разность между температурой воздуха в улье и атмосферой, тем интенсивнее воздухообмен.

Если размер входного отверстия (летка или сетчатого дна) недостаточен, то в улье возможно образование тумана или конденсата. При увеличении размера входного отверстия возможно увеличение аэрации, что может привести к уравниванию температур и переохлаждению гнезда.

В ульях с избытками тепла воздух всегда теплее наружного. Более тяжелый наружный воздух, поступая в улей, вытесняет из него более легкий теплый воздух. При этом в замкнутом пространстве улья возникает циркуляция воздуха, вызываемая источником тепла, подобная той, которую вызывает вентилятор. Этот эффект называется конвекцией. Это явление наблюдается в ульях с нижним и верхним летком (вентиляционным отверстием вверху улья).

В ульях любой конструкции при зимовке на воле, без защиты летков возможен эффект ветрового давления, который усиливает и аэрацию и конвекцию.

Очевидно, что:

1. Аэрация более эффективна при низкошироком, а конвекция при узко-вертикальном гнезде.

2. Увеличение тепловыделения в любом варианте повышает воздухообмен.

3. Понижение внутриульевой или повышение температуры атмосферного воздуха снижает эффект вентиляции.

Летом в процессе воздухообмена активно участвуют пчёлы. Применение одного или двух (нескольких вентиляционных отверстий) летков позволяет применить общепринятую в вентиляции терминологию: вытесняющая или перемешивающая (разбавляющая) вентиляция. Как трактовать тот или иной подход зависит от схемы расположения летков (вентиляционных отверстий).

Чем отличается вытесняющая вентиляция от перемешивающей? Как её идентифицировать применительно к улью?

Всё зависит от расположения вентиляционных отверстий. Если они расположены на одном градиенте температуры (внизу или вверху), то уместно такую вентиляцию трактовать как перемешивающую или разбавляющую. Если вентиляционные отверстия расположены на разных градиентах температуры (вверху и внизу) то такая вентиляция будет трактоваться как вытесняющая.

В ульях с одним летком (сетчатым дном) используется только перемешивающая (разбавляющая) вентиляция.

И ещё одно очень важное замечание.

По мере снижения тепловой нагрузки, вентиляция улья становится избыточной, иногда это приводит к выравниванию температур (отсутствию стратификации). Если воздухообмен изначально завышен, в рабочем режиме стратификация никогда не возникнет, что характерно для множества работающих систем. Именно режим стратификации, или состояние теплового комфорта для пчёл является той «золотой серединой» о котором говорит Михайлицин М.И. в своей статье.

Если в улье создаётся условие для конденсации водяных паров или образовании наледи, то уместно уже говорить о тепломассообмене. Это сложная теплотехническая картина. Моделировать такие процессы в улье возможно, но мне не удавалось в литературе встретить даже формализацию этой задачи. Если мы будем говорить о расчётах и определении наиболее эффективного и энергетически щадящего воздухообмена, то должны вводить массу переменных величин. Такая задача становиться уже многомерной. Но путём введения ряда ограничений и используя наработки энергетических вузов (применения программ MathCAD и т.д.) и эту задачу можно решить.

 

Примечание.

1. В тексте применены ссылки на год опубликования законов или правил.

2. В статье использована только общепринятая терминология.

3. При написании статьи использованы материалы из энциклопедии Джеймса Трефила «Природа науки. 200 законов мироздания». http://elementy.ru, из сайтов международной ассоциации инженеров по вентиляции AVOK. http://www.norris.ru, http://www.know-house.ru/, а также из сайта посвящённого физике http://www.physics.vir.ru/.

 

P.S. Это первая статья из цикла, посвящённая исследованию тайн пчеловодства. Следующие статьи будут посвящены экранированию и осветлению улья, легендам об осенних слётах и других, придуманных пчеловодами тайн.

 

Коновальчук Александр Тимофеевич г. Санкт-Петербург, 198264, а/я 449 altiko@mail.ru

 

Похожие работы

< 1 2