Теплофізичних модель

Сучасний рівень знань з фізіології терморегуляції в скупченнях медоносних бджіл (зимовий клуб) недостатній для пояснення основних принципів життєдіяльності бджолиної сім`ї в цілому при низьких температурах. До сих пір немає єдиної думки з приводу регульованої змінної, структури і функції оболонки клубу, ролі окремих бджіл при агрегування і т.д. Дослідники єдині лише в тому, що ізоляція теплового центру зовнішнім шаром бджіл - вирішальний фактор у виживанні при низьких температурах.

Більшість моделей терморегуляції - це математичні моделі зимового клубу бджіл (S.Omholt, 1987 J.Watmough, S.Camazine, 1995- D.Sumpter, D.Broomhed, 2000- В.А.Тобоев, 2006), причому в них в основному моделюється не вся система терморегуляції, а лише її пасивна частина, що охоплює тільки стаціонарні режими. Незважаючи на очевидні їх переваги, не можна недооцінювати і теплофізичні моделі. Володіючи реальною масою, теплоємністю і температурою, перебуваючи в реальних умовах теплообміну, вони більш наочні і зрозумілі більшості біологів, які не володіють спеціальними математичними знаннями.

У даній роботі пропонується теплофізичних модель зимового клубу бджіл з системою регулювання центральної і периферичної температури. Це узагальнена натурная модель процесів теплопродукції і тепловіддачі, що відбуваються в скупченні бджіл при зміні зовнішньої температури. Дослідження проведено за допомогою тепловізора ІРТІС-2000 (див. В.А.Тобоев, ж-л «Бджільництво» №10, 2006). Типова картина розподілу температур в скупченні бджіл показана на малюнку 1.

На основі дослідження динамічних особливостей теплової картини на поверхні скупчення бджіл в пропоновану модель закладена гіпотеза регуляції температури в центрі клубу і на периферії по її виходу з певної зони. Підтримка температурного гомеостазу здійснюється двома подібними регуляторами, налаштованими на різні інтервали температур, значення яких можна задавати в залежності від реалізованої моделі. Комфортними для бджіл взяті значення температур в центральній частині гнізда 24 ... 32 ° С (при відсутності розплоду). З його появою цей діапазон зміниться до 33,5 ... 35,5 ° С (Е.К.Еськов, 1992).

Електрична схема пропонованої моделі показана на малюнку 2. Система регулювання температури теплового центру Р1 налаштована на інтервал 24 ... 32 ° С (пасивний період). При виході температури за його межі або включається додатковий нагрівач R_д, імітуючи збільшення теплопродукції в бджолиному клубі, або резистор R₀, що відповідає збільшенню тепловіддачі клубу при перегріванні. Аналогічно працює регулятор периферичної температури, підтримуючи її значення в межах 8 ... 13,5 ° С. Потужність нагрівача R_п підбирали так, щоб середній рівень метаболізму спокою коливався від 3 до 5 Вт.

У відповідь на охолодження включається нагрівач R_д, збільшуючи загальний рівень метаболізму до 10 Вт. Імітація реакції збільшення тепловіддачі виконується включенням резистора R₀, який зменшує потужність нагріву приблизно на 25%. Значення потужностей підбирають, змінюючи напругу живлення нагрівачів і опір резистора R₀. (Харчування нагрівачів йде від стабілізованого джерела живлення.)

зміна температури На малюнку 3 наведено характерні зміни температури в центрі моделі зимового клубу бджіл у відповідь на охолодження навколишнього середовища. Залежно від вихідного теплового стану моделі можливо велика різноманітність в коливаннях температури в центральній зоні, особливо в початковий період виникнення реакцій терморегуляції. Температура в центрі може змінюватися в напрямку температурного стимулу, залишатися на колишньому рівні або змінюватися в протилежному напрямку. При поверненні навколишньої температури до вихідного рівня температура в центрі моделі може повернутися до початкового рівня або залишитися на новому сталому. Це залежить від величини стрибка зовнішньої температури, часу холодового впливу і початкового теплового стану моделі клубу. При цих впливах флуктуація температури в різних точках моделі призводить до зміни середньої температури, енергетичної мірою якої може служити зміна теплосодержания.

Реакція моделі агрегації бджіл на холодовий вплив залежить від початкового рівня теплосодержания. Як його підвищення, так і зниження на певну межу величину призводять до включення терморегуляторів, що призводять до віддачі тепла або його збереженню. Тому ступінь напруги рівня терморегуляції визначається теплопродукцией q_t, з урахуванням тепловіддачі q_s і зміною теплосодержания Δq зимового скупчення бджіл

Відео: Плавка срібла пальником газ-кисень

q_t = q_s + Δq. (1)

Зміна теплосодержания в даній ситуації дорівнює зміні кількості тепла в бджолиному клубі

Відео: Основи теплопередачі. навчальний фільм

Δq = mc_cpΔT_cp, (2)

де m - маса бджіл у клубі, кг- c_cp - середня питома теплоємність клубу, ккал / (кг ° С) - ΔT_cp - зміна середньої температури клубу, ° С.

Аналіз специфіки роботи моделі дозволяє пояснити ряд суперечливих тенденцій в поведінці бджіл при терморегуляції гнізда. Функціонування бджолиного клубу згідно даної моделі направлено на збереження такого співвідношення між q_t і q_s, коли Δq ≈ const при певних температурах. Іншими словами, в певному інтервалі температур (зона оптимальності - В.А.Тобоев, 2006) має складатися динамічна рівновага між теплопродукцией і тепловіддачею, що забезпечує відповідні і відносно постійні для кожного періоду зимівлі температури всередині клубу і на його поверхні. Теплопродукція і тепловіддача виступають в якості регулюючого впливу по відношенню до Тепломісткість. Поза зоною оптимальності теплосодержание клубу, яке визначається насамперед геометрією клубу і масою бджіл в ньому, зазнає вельми помітні коливання внаслідок нерівності вищевказаних параметрів. рівність q_t = q_s справедливо лише для інтегральних величин теплоутворення і тепловіддачі, взятих за досить великий проміжок часу. Що стосується стану клубу в якийсь момент, то рівність цих величин - рідкісний виняток. Слід зазначити, що зміна теплосодержания може відбуватися під дією як зовнішніх, а й внутрішніх причин, наприклад: при порушеннях режиму вологості, збільшення концентрації вуглекислого газу в тепловому центрі клубу, при патологічних змінах.

Таким чином, розглянута теплофізичних модель дозволяє зробити висновок про те, що теплосодержание - інтегральна величина, що відображає тепловий стан бджолиного клубу. В цьому випадку система терморегуляції управляє рівнем теплонакопленія в скупченні бджіл, а не регулює безпосередньо температуру в певній точці.

Надалі на теплофізичної моделі зимового скупчення бджіл передбачається провести ряд експериментів з метою вирішення численних питань, пов`язаних зі структурою і функцією системи терморегуляції бджолиної сім`ї як цілісного організму.

В.А.ТОБОЕВ

Чуваська державний університет

Поділися в соц мережах:

Увага, тільки СЬОГОДНІ!

Схожі