автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Математическая модель барьерного электрического озонатора в гидродинамическом приближении

ПЕРМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Г б од „

На правах рукописи

6 ФНВ 1Р02;

КУЗНЕЦОВ Виктор Алексеевич

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ БАРЬЕРНОГО

ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ОЗОНАТОРА В ГИДРОДИНАМИЧЕСКОМ ПРИБЛИЖЕНИИ

Специальность 05.13Л6 — Применение вычислительной техники,

математического моделирования и математических методов в научных исследованиях

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Пермь 1994

Работа выполнена на кафедре математического анализа Магнитогорского ордена "Знак Почета" государственного педагогического института

Научный руководитель: академик АН Латвии, доктор физико-

математических наук, профессор Кирко Игорь Михайлович

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор

Халдеев Геннадий Владимирович

кандидат технических наук, доцент Любимов Эдуард Викторович

Ведущая организация: Государственный институт прикладной химии (г. Пермь)

Защита состоится час. О мин.

на заседании специализированного совета К 063.66.07 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук при Пермской государственном техническом университете (614600» г.Пермь, ГСП-45, Комсомольский проспект 29а).

и. 44.3

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пермского государственного технического университета.

Автореферат разослан " '<№>" 19ЭЬг.

Ученый секретарь специализированного совета к т. н., доцент

/

/ ,/ • г у С. Г. Николаев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из современных, экологически чистых и эффективных способов нейтрализации вредных химических и биологических примесей в воде и воздухе является способ их окисления озоном. С помощью озона можно очищать выбрасываемые промышленными предприятиями газы, природные и сточные воды, производить санитарную обработку помещений, увеличивать сроки хранения сельхозпродуктов, обрабатывать гноящиеся раны, очищать кровь, повышать КПД двигателей внутреннего сгорания, уменьшать их токсичность и т. д.

Самым распространенным способом получения озона в настоящее время является его синтез из кислорода или кислородосодер-зкащего газа в барьерном электрическом разряде. В связи с разнообразием сфер применения озона существует потребность в конструировании озонаторов с очень разнообразными целевыми назначениями и с соответственно заданными производительностью и концентрацией озона в выходявдм газе.

В озонаторе, аппарате для электросинтеза озона (см. схему на рис.1), газ пропускается через узкий зазор (2) между электродами (1) и (4), подключенными к источнику переменного электрического тока высокого напряжения. Между электродами находится диэлектрический барьер (3), обеспечивающий тихий разряд, в котором и происходит образование озона.

Экспериментально установлено, что интенсивность и эффективность процесса электросинтеза озона в основном зависит от геометрических размеров разрядного промежутка, частоты и амплитуды напряжения переменного тога, качеств диэлектрического барьера, расхода озонируемого газа, его исходной температуры и влажности, интенсивности теплоотвода от зоны разряда. Так как при разработке новых конструкций озонаторов в настоящее время конструкторам приходится опираться, в основном, на результаты поисковых физических экспериментов, то очень актуально получить - возможность для численных расчетов параметров и переменных конструируемых озонаторов в зависимости от требуемых про-изводителыгостей и необходимых концентраций озона

Теоретических описаний отмеченных зависимостей, в достаточной мере удовлетворительно соответствующих результатам

ГАЗ

Рис. 1. Схема расположения элементов барьерного электрического озонатора

экспериментов и позволяющих моделировать во время конструирования озонаторов, нами не обнаружено.

Важным для аналитических расчетов концентрации озона в барьерном разряде является фактор удельной энергии (энергия разряда, приходящаяся на единицу объема газа), который зависит, в частности, от времени пребывания частиц газа в зоне разряда. В известных публикациях при расчетах этого параметра исследователи пользуются средним значением скорости газа в разрядном промежутке, однако это серьезное упрощение действительной картины. Расчеты и оценка числа Рейнольдса для условий работы озонаторов показывают, что течение газа в разрядном промежутке ламинарное. Из-за наличия вязкости газа его поле скоростей неоднородно. Следовательно, время пребывания слоев газа в зоне разряда неодинаково. Кроме того, в разрядном промежутке озонатора из-за. интенсивности процесса теплоотвода имеет место неоднородность поля температуры, которое через зависящие от него константы образования и разложения озона су-[цественно влияет на изменение концентрации озона в газе на пути его следования по разрядному промежутку. Это тома в известных нам исследованиях не учитывается.

Поэтому представляется актуальной проблема учета и исследования влияния неоднородности полей температуры и скорости газа в разрядном промежутке на эффективность работы озонатора.

Основной цель» диссертационной работы является исследование влияния поля скоростей и поля температуры в разрядном промежутке озонатора на его технологические характеристики, разработка и реализация методики расчета выходных характеристик барьерных электрических озонаторов с учетом названных полей.

Достижение этой цели возможно путем разработки обоснованного математического алгоритма расчета зависимостей выходных характеристик озонатора (концентрации озона, производительности озонатора и производных от них величин) от его геометрических размеров, качеств материалов и условий работы (напряжения переменного тока, его частоты, расхода газа и исходной температуры, способа охлаждения озонатора и температуры охлаждающей жидкости).

В связи с отмеченным была поставлена задача о построении математической модели барьерного электрического озонатора, учитываеодэй гидродинамику течения газа,- интенсивность тепло-

5

отвода, неоднородность температурного поля и кинетику образования озона в разрядном промежутке.

В основу работы положена гипотеза о том, что сложная зависимость концентрации озона в разрядном промежутке барьерного электрического озонатора, его производительности и зависящих от них других технологических характеристик от температуры и гидродинамических условий течения газа может быть аппроксимирована математической моделью, использующей уравнение Навье-Стокса для течения вязкого газа, уравнение неразрывности сплошной среды и уравнение теплового баланса энергии.

Нэвизна работы заключается в том, что при построении и реализации модели впервые решены следующие задачи:

1) о 'расчете поля температуры в потоке газа через узкий канал при распределенных источниках тепловыделения в потоке газа и в стенках канала при наличии теплоотвода;

2) о расчете поля скоростей ламинарного течения вязкого газа в узком канале при неоднородности теплофизических условий;

3) получено и использовано в модели обобщзние формулы для определения активной мощности барьерного электрического озонатора;

4) получено и использовано в модели обобщение кинетического уравнения образования озона из кислорода, учитывающее неоднородность поля скоростей, поля температуры и активной мощности в разрядном промежутке озонатора;

5) аппроксимирована зависимость поля концентрации озона в разрядном промежутке озонатора при его производстве из воздуха;

6) построена математическая модель озонатора в гидродина- 1 мическом приближении, позволяющая рассчитывать оптимальные резкими работы озонаторов.

На защиту выносятся следующие подозрения и результаты исследования :

- вывод о существенном влиянии неоднородности поля скоростей и поля температуры в разрядном промежутке на поле концентрации озона в нем;

- обобщение кинетического уравнения образования озона в кислороде и воздухе;

- методика применения кинетических уравнений образования озона в барьерном электрическом разряде, учитывающя неоднородность поля температуры и поля скоростей в раз-

рядном промежутке;

- методика расчета тепловых явлений в озонаторе;

- методика расчета поля скоростей в разрядных промежутках озонаторов;

- математическая модель барьерного электрического озонатора в гидродинамическом приближении;

- результаты оптимизационных расчетов трех конкретных конструкций барьерных электрических озонаторов.

Практическая ценность работы. Разработанные алгоритмы и составленные программы расчета барьерных электрических озонаторов могут бьггь использованы для модельных численных экспериментов с проектируемыми озонаторами на предмет оптимизации их режимов работы. Проведенные автором на основе построенных моделей озонаторов численные эксперименты, позволили сконструировать и успешно построить в Пермском институте физических проблем технологии под руководством академика АН Латвии И. ML Кирко несколько типов озонаторов, предназначенных для специальных условий работы.

Апробация работы. Материалы, содержащиеся в диссертации, обсуждались на Пермском гидродинамическом семинаре в 1991 г. (руководители - профессора Г. 3. Гершуни и Е. М. ЗКуховицкий), в конструкторском бюро завода Курганхиммаш в 1991 г., на семинаре кафедры электротехники ПЛИ в 1992 г. (руководитель профессор наЩулаков), на Пермском ЫГД-семинаре в 1993 г. (руководитель академик А1! Латвии И. М. Кирко), на научных конференциях в Магнитогорском госпединституте в 1992, 1993 и 1994 г. г.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и двух приложений. Основной текст содержит 161 стр., включая 37 рисунков и 20 таблиц. Список использованной литературы состоит из 129 наименований.

Автор выражает сердечную благодарность академику АП Латвии Кирко Игорю Михайловичу за руководство и ценную помощь в проведении исследований, • профессору Кирко Галине Евгеньевне sa терпеливое, внимательное прочтение рукописи и ценные замечания.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновала актуальность проблемы, выбранной для исследования, сфэрмулирована цель работы, показано ее тео-

ретнческое и практическое значение, представлены защищаемые положения, кратко изложено содержание работы.

В первой главе проведен обзор проблем оптимизации производства озона с помощью барьерного электрического разряда и вопросов моделирования процесса образования озона при его электросинтезе.

Исследования электросинтеза озона, соответственно суцгст-вутощэй проблематике, можно разбить на следующие направления:

- электрические явления;

- кинетика образования озона;

- тепловые явления;

- гидродинамические явления.

Барьерный электрический разряд в газе возникает при напряжении на электродах, превышающем наряжение зажигания разряда, которое зависит от ширины зазора между электродами озонатора и состояния газа. Электрические характеристики озонного барьерного разряда обусловливают кинетику образования озона. Изучению проблем в этом направлении посвящены работы Филиппова Ю. а , Вендилло К Е , Ларионова Е П., Самойловича Е Г., Попович М. П. , Емельянова КХ М., Вобликовой Е А., Гаврилхк Е Е , Вабровой Е. А.

Характеру и структуре разряда, его зависимости от качеств диэлектрического барьера посвящены исследования Вобликовой Е А., ашшлшва Ю. В , Курбаяова М., Соколовой Н. Е , Сергеева & Г..

В работах Филиппова К1 Е и Емельянова Ю. М. показано, что определяющей характеристикой озонного разряда является его активная мощность, приходящаяся на единицу площади электродов. Ими выведена (в предположении о синусоидальности изменения напряжения) формула для расчета актитвной мощности разряда, хорошая степень адекватности которой подтверждена в экспериментах многих исследователей.

Шрвое по времени удачное кинетическое уравнение синтеза озона в проточных условиях было предложено X. Беккером

где С - объемная концентрация озона, СЦпостоянные, $ - объемный расход газа, Р - мощность разряда. Васильев С. С., Кобозев Н. И., Еремин Е. Е предложили более при-

8

емлемое кинетическое уравнение образования озона в виде:

где 1<о, - константы, соответственно, образования и разложения озона, Р - мощность разряда; V ~ объемный расход газа в единицу времени. Расчеты по уравнению (2) достаточно хорошо согласуются с результатами экспериментов при различных расходах газа, но только для малых значений удельной энергии разряда У/у , означающей энергию разряда, приходящуюся на единицу объема газа

В работах Филиппова П. Е и Кобозева К И. экспериментально установлена зависимость констант образования и разложения озона от температуры.

Проведенное Филипповым Ю. К , Вобликовой Б. А. и Пантелеевым В. И. сравнение концентрации озона, рассчитанной по уравнению (2), с результатами экспериментов, показало, что уравнение (2) не отражает имеющего место в экспериментах значительного снижения концентрации озона при переходе-мощности разряда через некоторую точку экстремума. Отсюда возникают предположения о том, что изменение температурных условий при повышении мощности разряда влечет за собой изменение поля концентрации озона. Остается только установить аналитическиую форму этой зависимости.

Экспериментальные данные по температурному полю в зоне разряда приводятся в работах Филиппова К1 К , Вобликовой В А. , Пантелеева В. Я , Самойловича К Г. , Гибалова В. И. , Козлова К. В. и др. Они свидетельствуют об изменениях температурных условий в газе как по длине, так и по ширине разрядного промежутка. В одномерной постановке задача о распределении температуры в разрядном промежутке рассмотрена Филипповым К1 К , Вобликовой В. А. и Пантелеевым В. И. Однако учета влияния неоднородности поля температуры на пути газа по разрядному промежутку на поле концентрации озона ими не проведено.

Строгий учет фактора удельной энергии, входящего в. уравнение (2) и зависящего от времени пребывания газа в зоне разряда, требует исследования характера течения газа и времени его пребывания в разрядном промежутке. Информации о решении этих вопросов нами не обнаружено.

Таким образом, выяснено, что учет- неоднородности полей температуры и скоростей течения газа является актуальной проблемой при уточнении теоретических основ для расчетов барьерных электрических озонаторов.

Во второй главе на основе проведенного в гл. 1 анализа нами разработана схема зависимостей выходных характеристик озонатора от его входных параметров и переменных (см. рис. 2), которая позволила наметить возможные пути решения выясненных проблем. Направления стрелок в схеме отражают влияние одних характеристик и параметров рассматриваемого процесса на другие. В соответствии с предложенной схемой производится постановка задачи о построении математической модели барьерного электрического озонатора в гидродинамическом приближении. Здесь разработана и обоснована структура модели и алгоритм ее реализации.

Получено обобщение кинетического уравнения образования озона из кислорода, учитывающее неоднородность поля скоростей и температуры в разрядном промежутке озонатора

+ УуС*,у) ^ Сх,у) =

0 (3)

= <у(у)[к0(Тс*,У))- >

где X - поперечная, а у - продольная координаты точек в разрядном промелеутке озонатора (см. рис. 1), , /у у) составляющие вектора скорости в газе, С С*,У) " объемная концентрация озона в точке разрядного промежутка, - средняя по сечению объемная плотность мощности разряда, коСТ(х^у)) > МТСг,У)) " зависимости констант образования и разложения озона от температуры в точке разрядного промежутка.

Построена аппроксимация кинетики образования озона при барьерном разряде в воздухе:

(4)

е 1 т ; )

Здесь С С*, У) - объемная концентрация озона при разряде в чистом кислороде, - коэффициент сенсибилизирующего влияния азота, Урк - обобщенная константа разложения окислов азота, пре-

|0

Рис. 2. Схема зависимостей выходных характеристик озонатора от его входных параметров и переменных

дельно возможная концентрация низших окислов азота.

Впервые в основу математической модели образования озона в барьерном электрическом разряде кроме кинетического уравнения положены гидродинамические расчеты течения газа, в связи с чем решена плоская задача о неизотермическом течении газа в узкой щели при наличии распределенных источников тепловыделения в газе и стенках канала.

Обоснована последовательность расчетов:

- энергетические параметры;

- поле скоростей;

- поле температуры;

- поле констант образования и разложения озона;

- поле концентрации озона;

- производительность поперечных сечений разрядной зоны.

Основную энергетическую характеристику барьерного электрического озонатора Р1 (удельную мощность разряда, приходящуюся на единицу плопвди электродов) мы, используя и обобщая формулу 1й Е Филиппова и КХ М. Емельянова, представили следующим образом:

от давления и объемной концентрации озона в газе; - тол-

щина газового слоя и барьера; 0), И« - частота и амплитуда при/ *

ложенного напряяения.

Задача о расчете плоского установившегося поля скоростей течения газа в канале ставится следующим образом:

¿1лГ(?у) = О,'

(6)

(7)

при граничных условиях:

= 0

и условии постоянства массового расхода газа черё& поперечные сечения зазора (см. рис. 1). Здесь { Ух ) Ум } - вектор скорости течения газа, 7 ~ Набла-вектор, - плотность массы газа Р -

гидродинамическое давление в газе, - кинематический коэффициент вязкости газа, цг- оператор Лапласа, У0 - исходная средняя скорость течения газа. ГЬсле перехода к безразмерным переменным и оценки слагаемых решение задачи.получено аналитически в виде:

V,-

Ро.Д2 о1Р

у гчлл ¿у

16

(9)

где

^тмм1"-

(10)

Здесь Ро - давление газа на входе в разрядный промежуток, Д , £ - ширина и длина разрядного промежутка, Ч,д - динамический коэффициент вязкости газа при атмосферном давлении и температуре 25"С,д(х,У) , ^(х,у) - плотность газа и динамический коэффициент его вязкости в точке (х.у) разрядного промежутка, зависимость которых от температуры и давления рассчитывается по известным формулам.

Расчет поля температуры в газе производится с учетом тепловыделения и теплораспределения в остальных элементах озонатора и отвода тепла в холодильники. При этом используются, соответственно зонам на рис. 1, следующие уравнения.

Для зон 1 и 4: н- 0)= - . ' (И)

Дяя зоны * + 0-) - %<

Для зоны 3:

Здесь АГ) ЛВ,ЛМ- коэффициенты теплопроводности газа, барьера и металла электрода, Те, С* у) - температура в и- й зоне озо-

13

натора Ср - коэффициент теплоемкости газа при постоянном давлении, ^р, %, 6 * плотность мощности тепловыделения в газе металле и барьере.

Граничные условия задачи ставятся следующим образом, ""[^р к г("1и - исходная температура газа;

гу|Пц гу 1г1г ЪУ 1Гг1 и'

(12)

_ ЬТ-а. _ ЬТ,, _ ьти. _ р..

ьу|г31 ЬУ !гьг ЬУ 1ГН г У 1гвд

Т4г = Тг|ь2; Т4Ъ=

л ЪТь _ л ЬДг, . * .

ЛГъх|ц> Три'

где <УрИ)с^,ГБ - поверхностные плотности тепловыделения на границах газ металл и гаэ-барьер.

Решение поставленной задачи проводилось численно итерационным способом.

Ш полученному полю температуры в газе рассчитывается по-

ле констант образования и разложения озона в разрядном промежутке. Для этого используется аппроксимация их зависимости от температуры по известным результатам экспериментального исследования.

ГЬле объемной концентрации озона в кислороде на основе предшествующей информации определяется как решение уравнения (3): у

^ Ч (Ь)

ш

к.

(13)

Для случая воздуха используется уравнение (4).

Таким образом, получена зависимость концентрации озона в разрядном промежутке озонатора от гидродинамических и температурных условий в разрядном промежутке по пути следования частиц газа через разрядную зону. Здесь впервые за счет проведенного обобщения кинетического уравнения образования озона было учтено разное время пребывания частиц газа в разрядной зоне.

В модели также произведен учет известной (эмпирически полученной) зависимости напряжения горения разряда от концентрации озона в зазоре. Расчет производительности сечений зазора впервые произведен интегральным способом по полученному полю

концентрации озона в зазоре: Д

о

где Д - суммарный периметр разрядных промежутков озонато-тора, "у(ос у) ~ Удельная плотность массы озона.

Производительность поперечных сечений разрядного промежутка озонатора - это целевая функция модели. Она позволяет вести оптимизационные расчеты с использованием вариации, входных переменных и параметров модели.

Здесь же описаны разработанные автором алгоритмы расчетов на построенной модели, приводится блок-схема реализации алгоритмов модели.

В третьей главе проводится анализ результатов моделирования с трех позиций:

1) проверка адекватности модели, моделируемым явлениям;

2) исследование физико-химических явлений в разрядном промежутке озонатора;

3) формулирование задач, разрешимых с помощью построенной модели.

Проверка адекватности модели проводилась в двух главных направлениях:

- установление степени адекватности характеристик барьерных электрических озонаторов, рассчитанных на модели, характеристикам, полученным опытным путем;

- сравнение результатов расчетов на основе построенной модели с результатами расчетов по ранее известным моделям.

Результаты проведенного сравнения свидетельствуют о полученном значительно более точном моделировании основных зависимостей для озонаторов.

Расчеты на построенной модели зависимости концентрации озона в кислороде от удельной энергии разряда отклоняются от результатов экспериментов в 2,3 - 5,7 раз меньше, чем расчеты по уравнению (2).

Моделирование зависимости концентрации озона от удельной энергии разряда в воздухе дало результаты, отклоняющиеся от ■экспериментов менее чей на 19%.

Отклонение результатов моделирования от результатов экспериментального исследования зависимости концентрации озона от расхода газа в различных опытах не превышало 15,31.

Исследование распределения концентрации озона по толщине газового слоя на модели отражает характерное для экспериментов снижение концентрации озона в середине потока газа и в более горячих слоях газа Это свидетельствует о важности учета моделью неоднородности полей температуры и скорости в газе.

Расхождения данных модели и экспериментов при исследовании зависимости производительности озонатора от мощности разряда следующие:

- в интервале от нуля до максимума производительности -менее 122;

- после максимума - не более 18%.

Сравнение данных о поле температуры на модели с известными данными экспериментов показало согласование в пределах 5—1IX-

16

ГЬлученные результаты сравнения позволили сделать вывод о применимости модели и ее преимуществах перед уже известными моделями.

Проведенный анализ полей температуры и скорости газа в разрядном промежутке озонатора и их зависимости от режима и условий работы озонатора позволил объяснить соответствующие особенности поведения концентрации озона и производительности озонатора при изменении его режима работы.

В четвертой главе диссертации на основе построенной модели, в соответствии с одним из научных направлений работы института физических проблем технологии, решены задачи расчета трех специальных конструкций барьерных электрических озонаторов узко целевого назначения.

1. Озонатор без системы принудительного охлаждения. Он предназначается для условий работы, когда устройство системы охлаждения по каким-либо причинам невозможно или неудобно, и использует тепловую инерцию своих элементов. Задачами пункта являлись: построение методики расчета таких озонаторов и исследование динамики физико-химических процессов в них. При построении модели в данном случае использовалось нестационарное уравнение теплового баланса. К параметрам модели здесь добавились коэффициент теплоемкости и плотность массы диэлектрических барьеров и металла электродов, а также начальная температура озонатора. Зависимыми от времени переменными стали: пот ле температуры в элементах озонатора, поле концентрации озона в разрядном промежутке, средняя интегральная концентрация озона в поперечном сечении разрядного промежутка озонатора, средняя интегральная производительность сечений. Дополнительно введено время ненулевой производительности нагревающегося озонатора.

Установлено,' что промежуток времени, за который происходит сущзственное изменение поля температуры в элементах озонатора (минуты), значительно превышает время пребывания частиц газа в разрядной зоне (секунды). Поэтому при расчете поля скоростей течения газа в разрядном промежутке в каждый момент времени в модели использовалось стационарное уравнение Навье-Стокса.

Расчеты на модели показали, что для каждой конструкции существует временной промежуток, в течение которого озонатор

17

сохраняет примерно на одном уровне свою производительность по озону, а потом начинает резко ее снижать до нуля.

В диссертации приведены также данные расчетов времени охлаждения озонатора продувкой воздуха при отключенном напряяэ-нии после периода его работы, в которых использовалась программа расчета основной работы озонатора при производстве озона

В итоге рекомендован циклический режим работы озонаторов рассмотренного типа с указанием параметров цикла.

2. Озонатор' "ЭЛИТА" предназначается для использования в полярных и северных условиях. Его отличие от других конструкций заключается в том, что перед подачей в озонатор воздух сжимается компрессором до 10 ат и. одновременно охлаадается, проходя через радиатор, находяиийся на открытой воздухе и поддерживающий температуру не выше +20 "С. Затем, посредством ресивера воздух резко расширяется и частицы влаги, находящиеся в воздухе, выпадают в осадок в виде льда и снега. Таким способом производится его необходимая осушка. Одновременно достигаются благоприятные температурные условия для образования озона (низкая температура). Заданием предусматривалась определенная геометрия конструкции, состояний из 8-ми разрядных проке кутков. Напряжение переменного тока - 15 кВ, частота - 50 Гц, температура на диэлектрических барьерах в пределах 40-45 °С. Варьированию подвергалась ширина разрядных промежутков и температура охлаждающей воды в заданных пределах.

Оптимальной, с точки зрения максимума производительности, по расчетам оказалась температура охлаадащей воды +10 "С, а ширина разрядного промежутка - 2,2 мм.

3. Оеонатор "ЫАГИКА" предназначается для нейтрализации сигаретного дыма в небольших помещениях. Производительность по озону ограничена его ПДК и должна быть равной примерно 0,1г/ч. В целях компактности предусмотрена только воздушная систеш охлаждения и специальная геометрия.

Разрядный промежуток озонатора со стороны барьера охлаждается естественной конвекцией атмосферного воздуха, а со стороны металлического электрода - принудительной конвекцией воздуха

Заданием предусматривалось рассчитать геометрические размеры разрядного промежутка и устойчивый стационарный решм ра-1Н

боты озонатора, обеспечивающие требуемую указанную производительность по озону.

Существенная особенность »«одели в данном случае, при сохранении основной части уравнений и граничных условий, заключается в специфическом распределении ролей вынужденной и свободной конвекции и определении соответствующих коэффициентов теплопередачи.

Численно исследованы несколько вариантов режимов работы озонатора и указан оптимальный' из них.

В приложениях представлены листинги двух программ, реализующих разработанные в ходе исследований алгоритмы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ й ВЫВОДЫ

1. Доказано наличие сумственного влияния неоднородности поля скоростей и поля температуры в разрядном промежутке озонатора на поле концентрации озона в нем.

2. Обобщены кинетические уравнения образования озона в барьерном электрическом разряде для ламинарного потока кислорода и воздуха.

3. Получены новые объяснения некоторых физико-химических явлений, происходящих в разрядном промежутке барьерного электрического озонатора.

4. Разработана методика расчета тепловых явлений в элементах озонатора.

5. Разработана и реализована модель барьерного электрического озонатора, кинетика образования озона в которой учитывает гидродинамику течения газа в разрядном промежутке озонатора, интенсивность теплоотвода и неоднородность температурного поля. Ыэдель позволяет проводить оптимизационные расчеты новых конструкций озонаторов.

6. На построенной модели по заданию ШТГ произведены расчет и исследование зависимостей выходных характеристик трех типов разрабатываемых барьерных электрических озонаторов. Даны рекомендации по оптимизации их режимов работы и конструктивных особенностей.

Основная часть материалов диссертации изложена в следующих публикациях:

1. Кирка И. М. .Кузнецов В. А. Способ охлаждения озонатора: патент

19

на изобретение N 4952761/26 от 12.05.91.

2. Кузнецов Е А. Математическая модель тепломассообмена в барьерном электрическом озонаторе // Основные направления научно-методических исследований преподавателей физико-математического факультета. -Магнитогорск: Магнитогорский пединститут, 1992.-С. 10-16.

3. Кузнецов ЕА. Алгоритм и программа математической модели барьерного электрического озонатора (с примерами расчетов)/ Магнитогорский гос. пед. ин-т.-Магнитогорск, 1993.-80 с.-Рукопись деп. в ВИНИТИ N 2592-В93 от 15.10. 93 (РЖ "Электроника". -1994,-N 8.- А89).

4. Кузнецов Е А. Исследование динамики работы барьерного электрического озонатора без принудительного охлаждения// Наука-ВУЗ-Вкола: Тезисы докладов 31-й научной конференции преподавателей МГПИ. -Магнитогорск, 1993. -С. 247-248.

Сдано в печать 8.12.94. Формат 60x84 1/16. Объем 1.0 п. л. Тираж 100. Заказ 243. •

Типография Магнитогорского государственного педагогического института