Substantiation of reliability of the model of water-tower functional and parametric condition in the water-supply system of farm objects | Обоснование достоверности модели функционально-параметрического состояния водонапорной башни системы водоснабжения объектов сельскохозяйственного назначения

English. The purpose of the study was the development of a conceptual model of improvement the efficiency of agricultural tower-type hydraulic works operation at low ambient temperatures. The experiment was conducted in the Orenburg region. The object of the study was the water-tower VRB-15U-10 aggregated with a wind unit. The methods of mathematical description of aerological events, physical modeling of radiogenic energy realization as well as the theory of heat exchange processes and aerohydromechanics were used. Using the factors of time and rate of ice formation on the inner surface of the water-tower barrel (m/s), the values of the ice layer thickness and its differential were calculated. The formula for calculation the time of the water-tower operation with the use of thermo-activators for different weather conditions was suggested. The formed ice layer volume was determined by subtracting the water volume value from the tower barrel capacity value. The graphs planar and spatial visualization of the amount of ice formed on the inner surface of the barrel of the water-tower were drawn. The analysis of frozen and unfrozen water volumes under different weather conditions demonstrated the concurrence of theoretical assumptions with the results of experimental studies. The data obtained showed that technical control of the parameters of the on-wall water layer increases the functioning of the projected tower by 1.63-1.99 times for extreme conditions of its operation. The increase of the water-tower operation time under extreme conditions, until the moment of its freezing, ensured the profit of 350523.39 rub as well as reduction of annual operating costs by 62631.044 rub and depreciation charges by 53040.244 rub, taking into account the payback period.

Russian. Цель исследования – разработка концептуальной модели повышения эффективности работы сельскохозяйственных гидросооружений башенного типа при отрицательных температурах окружающего воздуха. Эксперимент проведен в Оренбургской области. Объектом исследования служила водонапорная башня ВБР-15У-10, агрегатированная с ветроустановкой. Применялись методы математического описания аэрологических явлений, физического моделирования реализации радиогенной энергии, теории теплообменных процессов и гидроаэромеханики. С использованием фактора времени и скорости образования льда на внутренней поверхности ствола водонапорной башни (м/с) рассчитана величина толщины ледяного нароста и ее дифференциал. Предложена формула расчета времени работы водонапорной башни при использовании термоактиваторов для различных погодных условий. Объем льда определялся вычитанием объема воды из объема ствола башни. Построены графики плоской и пространственной визуализации объема образовавшегося льда на внутренней поверхности ствола водонапорной башни. Анализ объемов замерзшей и незамерзшей воды в разных погодных условиях позволил установить хорошее совпадение теоретических предположений с результатами экспериментальных исследований. Результаты эксперимента показали, что техническое управление параметрами пристеночного слоя воды увеличивает время функционирования проектируемой башни в 1,63–1,99 раза для экстремальных условий ее эксплуатации. Увеличение времени работы водонапорной башни в критических условиях до момента перемерзания обеспечило прибыль в размере 350523,39 руб., снижение годовых эксплуатационных издержек на 62631,044 руб. и амортизационных отчислений на 53040,244 руб. с учетом срока окупаемости.