автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.18, диссертация на тему:Математическое моделирование пылевоздушных течений вблизи местных вентиляционных отсосов от вращающихся цилиндрических деталей

На прав^ру

Аверкова Ольга Александровна

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЫЛЕВОЗДУШНЫХ ТЕЧЕНИИ ВБЛИЗИ МЕСТНЫХ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ ОТСОСОВ ОТ ВРАЩАЮЩИХСЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ

Специальность 05.13 18- математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Белгород -2008

003452150

Работа выполнена на кафедре прик паяной математики Белгородского государственного технологического университета им. В Г.Шухова

Защита состоится «28» ноября 2008 г. в 10 час. на заседании диссертационного совета Д 212.014.06 в ГОУ ВПО «Белгородский государственный технологический университет им. В.Г Шухова» по адресу: 308012, г. Белгород, ул. Костюкова, 46.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белгородского государственного технологического университета им В.Г.Шухова.

Автореферат разослан «23» октября 2008 г.

Научный руководитель:

доктор технических наук, доцент

Логачев Константин Иванович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Корсунов Николай Иванович

кандидат технических наук, доцент

Штифанов Андрей Иванович

Ведущая организация:

Воронежская государственная технологическая академия

Ученый секретарь диссертационного совета

Дуюн Т.А

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы В промышленной экологии одной из научных и практических проблем является разработка систем аспирации сниженной энергоемкости. Главным элементом систем аспирации является местный вентиляционный отсос (МВО), служащий для улавливания загрязняющих веществ в непосредственной близости от источника их образования. Энергоемкость МВО связана линейной зависимостью с расходом воздуха, протекающего через его всасывающее отверстие (производительность МВО). Производительность МВО должна быть такова, чтобы снизить концентрацию загрязняющих веществ в производственном помещении до уровня предельно допустимой концентрации при минимальных энергозатратах. Заметим также, что в МВО закрытого типа (аспирационных укрытиях) целесообразно снизить вынос пылевых аэрозолей в аспирационную сеть, т.е. использовать аспирационное укрытие как камеру предварительной очистки воздуха от пыли. Такого эффекта можно достичь использованием различных экранирующих козырьков и использованием вращающихся цилиндров и цилиндров-отсосов. Поэтому необходимы наиболее точные сведения о поле скоростей воздуха вблизи всасывающих отверстий и о поведении пылевых аэрозолей внутри области течения.

Методы расчета пылегазовых течений вблизи всасывающих отверстий МВО в большинстве случаев основываются на модели идеальной несжимаемой жидкости. При этом в случае расчета МВО от цилиндрических деталей чаще всего пренебрегают циркуляционными течениями, возникающими вследствие их вращения. Перспективными для расчета МВО являются две разновидности метода сингулярных интегральных уравнений: метод граничных интегральных уравнений (ГИУ) и метод дискретных вихрей (МДВ). Эти методы позволяют построить поле скоростей в многосвязных областях со сложными границами с учетом вращающихся цилиндров и вихревых нестационарных структур, распространяющихся в воздушном потоке. Путем интегрирования уравнений движения пылевых частиц разной геометрической формы и плотности в данном воздушном потоке можно проследить динамику пылевых аэрозолей с течением времени, определить их дисперсный состав и концентрацию во всасываемом МВО потоке воздуха, что необходимо для научно-обоснованного выбора пылеулавливающих устройств.

Результаты научных исследований, представленных в диссертационной работе, получены в ходе выполнения гранта Президента РФ МД-5015.2006.8 «Численное моделирование вихревых пылегазовых течений в системах вентиляции промышленных предприятий» (2006-2007) и гранта РФФИ №05-08-01252а «Аэродинамика нестационарных пылегазовых потоков в системах аспирации» (2005-2007), что подтверждает актуальность выполненного диссертационного исследования.

Цель работы: разработать и исследовать математическую модель, алгоритм ее численной реализации и компьютерную программу динамики пылевоздушных течений вблизи всасывающих отверстий для многосвязных

областей, содержащих вращающиеся цилиндры, для решения задач эффективной локализации пылевых аэрозолей.

Для достижения цели поставлены следующие задачи.

1. Разработать математическую модель, вычислительный алгоритм и компьютерную программу расчета воздушных течений в многосвязных областях со сложной геометрией границ области течения, внутри которых содержатся вращающиеся цилиндры.

2. Разработать математическую модель, вычислительный алгоритм и компьютерную программу расчета движения одиночных пылевых частиц и полифракционных пылевых аэрозолей в спектре действия открытых и закрытых МВО от вращающихся цилиндрических деталей.

3. Исследовать влияние вращения цилиндра на воздушный поток, возникающий вблизи МВО открытого типа и поведение в этом потоке пылевых частиц.

4. Исследовать динамику пылевых частиц различной геометрической формы и плотности в воздушных потоках внутри аспирационных укрытий и оценить влияние механических экранов, вращающихся цилиндров и цилиндров-отсосов на пылеунос в аспирационную сеть.

5. Исследовать свойства математических моделей для построения поля скоростей воздушных потоков и динамики пылевых полифракционных аэрозолей в МВО закрытого типа и проверить их адекватность

6. Исследовать изменение дисперсного состава пылевых аэрозолей в аспирируемом от укрытия воздухе в зависимости от дисперсного состава пыли, поступающей в укрытие, различных конструктивных и кинематических параметров укрытий, в том числе с вращающимся цилиндром-отсосом.

Научная новизна работы заключается в следующем.

1. На основе метода ГИУ и интегрирования уравнения движения пылевых частиц разработаны математическая модель, вычислительный алгоритм и компьютерная программа расчета динамики пылевых частиц разных форм и плотности в плоских потенциальных течениях для многосвязных областей с полубесконечными и замкнутыми границами, содержащих вращающиеся цилиндры и цилиндры-отсосы. По разработанной компьютерной программе исследовано влияние вращающегося цилиндра на всасываемый воздушный поток. Выявлены закономерности улавливания пылевых частиц разной геометрической формы и плотности в зависимости от отношения скорости всасывания к линейной скорости вращения цилиндра. Определены величины максимального диаметра пылевых частиц, улавливаемых МВО для различных конструкций аспирационных укрытий. Предложены меры по снижению пылеуноса в аспирационную сеть.

2 На основе метода дискретных вихрей разработана математическая модель циркуляционных течений в замкнутой области с разными схемами расположения приточно-вытяжных отверстий и наличия выступа прямоугольной формы, протестирован алгоритм ее численной реализации и определены границы применимости МДВ для расчета вихревых течений в замкнутой области

3. Разработана математическая модель, вычислительный алгоритм и компьютерная программа расчета динамики пылевых аэрозолей в закрытых МВО, основанные на суперпозиции методов ГИУ, МДВ и численного интегрирования уравнений движения пылевых частиц разной дисперсности. Установлено, что величина максимального диаметра пылевой частицы уносимой в аспирационную сеть несущественно зависит от модели построения поля скоростей воздуха в аспирационных укрытиях. Определены закономерности изменения дисперсного состава аспирируемой пыли в зависимости от геометрических и кинематических параметров укрытия.

Практическая значимость работы состоит в разработке компьютерной программы для моделирования пылевоздушных течений в МВО разных типов при различных конструктивных и кинематических параметрах, снабженных вращающимися цилиндрами и цилиндрами-отсосами.

Установленные закономерности поведения пылевых аэрозолей в спектрах всасывания МВО различных типов могут быть использованы для проектирования эффективных систем аспирации сниженной энергоемкосги.

Результаты исследований внедрены в учебный процесс Белгородского государственного технологического университета им В.Г Шухова в курсы «Математическое моделирование процессов в системах теплогазоснабжения и вентиляции», «Компьютерное моделирование процессов в системах теплогазоснабжения и вентиляции».

Апробация работы. Отдельные результаты работы и диссертационного исследования в целом доложены на: международной научно-методической конференции «Опыт, проблемы, перспективы и качество высшего инженерного образования» (Белгород, Россия, 2006); международном симпозиуме «Методы дискретных особенностей в задачах математической физики» (Лазурное, Украина, 2007); международном симпозиуме «Экология 2007» (Бургас, Болгария, 2007), международной научно-практической конференции «Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии» (Белгород, Россия, 2007), научно-методических семинарах кафедр прикладной математики и технической кибернетики БГТУ им.В.Г.Шухова.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 18 печатных работ, из которых 2 в изданиях рекомендованных ВАК РФ по научной специальности диссертационной работы [1,2] и 2 зарегистрированные компьютерные программы [17,18] (ОФАП №9662 и №10820)

Личный вклад автора заключается в постановке задач, их решении, в разработке математических моделей [1,5,6,12,13], вычислительных алгоритмов [2,9,11,15,16,17,18] и в результатах исследований [3,4,6,7,8,10,15,16]. Участие ведущих соавторов публикаций: д.т.н. профессора К.И.Логачева, к.т.н. Н.М.Анжеурова, к.т.н. А.И Пузанка, асп. В.Ю.Зоря заключалось в постановке задач, ^реализации вычислительных алгоритмов в виде компьютерных программ, обсуждении и интерпретации результатов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 117 наименований. Общий объем диссертации составляет 156 страниц, включая 99 рисунков и 6 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель и задачи исследования, практическая значимость, научная новизна.

В первой главе выполнен аналитический обзор методов расчета местных отсосов: стоков, наложения потоков, функций комплексного переменного, вихревой или магнитной аналогии, электрогидродинамической аналогии, непосредственное решение уравнения Лапласа, особенностей, граничных интегральных уравнений, численное решение уравнения Навье-Стокса в различных упрощениях, дискретных вихрей, которые применяли в своих работах Батурин В.В., Талиев В.Н., Посохин В.Н., Позин Г.М., Шепелев И.А., Логачев И.Н., Дацюк Т.А., Лившиц Г.Д., Гиль Б.Л., Шаптала В.Г., Шаптала В.В., Окунева Г.Л., Корсунов Н.И., Логачев К.И., Пузанок А.И, Минко В.А., Коростелев Ю.А., Коптев Д.В , Алтынова А.Л., Зайцев О.М., Гуревич И.Л., Катков М.В., Салимов Н.Б., Живов A.M., Конышев И.И, Чесноков А.Г., Штифанов А.И , Щадрова С.Н , Гуральник С.Д., Стеценко В.Г., Саплинов Л.К., Бетчелор Дж., Alden J.L., Deila Valle 1.М., Engels L.-H., Willert G. и др.

Выяснено, что наиболее перспективным методом для расчета всасывающих факелов является метод дискретных вихрей, который позволяет учесть вихревые течения, возникающие при срыве потока с острых кромок и гладкой поверхности, а также распространение вихревых структур с течением времени, основы которого в области аэродинамики заложены в трудах Жуковского Н.Е., Белоцерковского С.М., Гайдаенко В.И., Ганделя Ю.В., Гомана О.Г., Гиневского A.C., Гуляева В.В., Довгий С.А., Желанникова А.И., Иванова П.Е., Карплюка В И., Кибардина Ю.А., Котовского В.Н., Крицкого Б.С., Лифанова И.К., Локтева Б.Е., Ништа М.И , Подобедова В А., Полонского Я.Е., Полтавского Л.Н. и др.

Во второй главе изложена математическая модель и алгоритм ее численной реализации, основанные на методе граничных интегральных уравнений, пылевоздушного течения в многосвязных областях вблизи МВО, в спектре действия которых расположены вращающиеся цилиндры и цилиндры-отсосы. Исследована динамика пылевых частиц разных геометрических размеров, форм и плотности вблизи МВО открытого и закрытого типов

Рассматривалась область течения с границей S, на которой известна скорость вдоль вектора внешней нормали В области находились M вращающихся цилиндров и цилиндров-отсосов с линейными скоростями вращения vk,k = \,2,...,М . По границе S непрерывным образом расположены

источники (стоки) с интенсивностью д(^). Функция <?(£,) зависит от координат граничной точки £ и времени. Зависимость от времени обусловлена тем, что при вращении цилиндров-отсосов, их всасывающие щели меняют свои положения во времени, поэтому изменяется форма границы с его течением. Для того чтобы учесть влияние вращения цилиндров на воздушный поток, в их центрах размещали вихри с циркуляциями Гк = 2лЯк\\, где Як- радиус ¿-го цилиндра. Граница области течения разбивалась на N прямолинейных отрезков. Вдоль каждого из отрезков интенсивность д(с) не изменяется.

Система линейных алгебраических уравнений для определения неизвестных интенсивностей источников (стоков) имела вид'

.V м

1гр

где р = 1,2,..., Л'; функции влияния единичных источника и вихря, расположенных в т. на точку х(хх,хг) вдоль заданного единичного

направления п = {и,, пг} определяются из формул:

21 2* (*,-б)2 ' ' 2я '

хЦ - середина р-го граничного отрезка; ск - точка центра ¿-го цилиндра; -

произвольная точка к-го отрезка, АБк - к-ът отрезок.

Скорость во внутренней точке х вдоль заданного направления вычисляется из следующего выражения:

>'„(*) = 1Ж) \Рг{х£)с!8&к) + 2т1^НкгкО(х,ск) (3)

Траектория пылевой частицы строится на основании интегрирования уравнения ее движения:

1/6рч7^\/(0 = - -у.КзА. /2+ 1/6р,я^, (4)

где р„, рв - плотности пылевой частицы и воздуха соответственно, уч- вектор скорости пылевой частицы; ув- скорость воздуха; </„ Ят - пс1] /4 -эквивалентный диаметр и площадь миделевого сечения пылевой частицы соответственно; х ~ динамической коэффициент формы частицы; § -ускорение свободного падения; у - коэффициент сопротивления среды, вычисляемый по формуле

= 24/ Яе, Яе < ¡; = 24/ Яе(1 + л/ Яе' /1 < Яе < 1 ООО; ц/ = 24 Яе чДГ + 0,065^Я? / б)\ Яе > 1 ООО где Яе = рв|у,( -/ц, р - коэффициент динамической вязкости воздуха.

Пылевая частица, движущаяся со скоростью г; = {т'1г, 1<'„,}(проекции скорости на касательную и нормаль к границе) сталкиваясь со стенкой, приобретает тангенциальную у2г и нормальную у2/! составляющие скорости, вычисляемые по формуле:

,;2„ = у2г = V,, +г/( 1 + А)у„,, (6)

где к - коэффициент восстановления при ударе; / - коэффициент трения скольжения; г| = -2уи /(7/(1 + к)г,„), если значение этого выражения меньше 1 и 11 = 1 в противном случае.

Разработанный по расчетным соотношениям (1)-(6) вычислительный алгоритм реализован в компьютерной программе, с помощью которой исследовалась пыле- и аэродинамика у МВО от вращающегося цилиндра с учетом элементов технологического оборудования и определялось влияние на улавливаемую аслирационным патрубком пылевую аэрозоль воздушного потока, инициированного вращением цилиндра (рисЛ ).

Рис. 1. Траектории пылевых частиц плотностью 1000 кг/и^ при вращении цилиндра с линейной скоростью V =0,5 м/с и скорости во всасывающем отверстии V, = 1 м/с

Траектории пылевых частиц [ имеют эллиптический вид при | определенных параметрах. |

Пылевая частица может несколько раз облететь вокруг цилиндра, после чего осесть на станину | станка. Циркуляционная область течения препятствует попаданию пылевых частиц во всасывающее отверстие. | При увеличении скорости отсоса, облета пылевых частиц вокруг цилиндра не | наблюдается и, начиная с определенного размера, они улавливаются МВО.

При расчете МВО от вращающейся цилиндрической детали I пренебрежение воздушным потоком им инициируемым приводит к значительным погрешностям. Для определения величины необходимой для локализации пылевыделений производительности системы аспирации 1 основополагающим является отношение скорости всасывания к линейной | скорости вращения цилиндра. Экранирование открытого вентиляционного

местного отсоса и соответственно снижение подсосов воздуха повышает его эффективность.

По разработанной компьютерной программе были произведены расчеты максимального диаметра пылевых частиц от укрытия: с одинарными стенками; с двойными стенками; с двойными стенками, снабженного вращающимся цилиндром; с двойными стенками, снабженного двумя вращающимися цилиндрами; с двойными стенками, снабженного вращающимися цилиндром и цилиндром-отсосом (рис.2).

Ри

с.2. Полет пылевых частиц при скорости вращения цилиндра против часовой стрелки 8 м/с и цилиндра-отсоса против часовой стрелки со скоростью 4 м/с

Установлено, что значительного снижения величины максимального диаметра пылевых частиц уносимых в аспирационную сеть можно добиться за счет оборудования аспирационных укрытий: экранирующими козырьками, вращающимися цилиндрами и цилиндром-отсосом, способствующими за счет воздушных потоков индуцированных их вращением осаждению пылевых частиц на дно укрытия. Численные эксперименты по исследованию различных фракций и физических свойств пылевых частиц позволили выбрать наиболее оптимальное месторасположение и геометрические размеры экранирующих козырьков, цилиндров, скорость их вращения.

В главе 3 на основе МДВ и его комбинации с методом ГИУ разработана математическая модель и алгоритм ее численной реализации динамики пылевой полифракционной аэрозоли в плоской многосвязной области.

Границу области, исключая контуры цилиндров, дискретизируем контрольными точками и присоединенными вихрями. В контрольных точках выполняются граничные условия для нормальной составляющей скорости. Шаг дискретности - расстояние между соседними присоединенными вихрями или контрольными точками приблизительно одинаков и равен А. На изломах границы области расположены присоединенные вихри. В рассматриваемых замкнутых областях количество присоединенных вихрей и расчетных точек одинаково. Контуры цилиндров дискретизируем набором N прямолинейных отрезков, на которых непрерывно размещены источники (стоки), интенсивность которых не изменяется вдоль фиксированного отрезка.

В момент времени С = «М/ система для определения неизвестных циркуляции присоединенных вихрей и интенсивностей источников (стоков) будет иметь вид:

-0Ж*Р)+1.Я(?) + Л =

к = I, ду» + |

М т £

*=1 х=| /=1

ЛГ+Й' «I £

1г(е)+цул=о,

Т=1/=1

а скорость воздуха определяется из выражения:

М т £

/1=1 т=1/=1

(8)

где IV - количество присоединенных вихрей; хр, р = 1,2,...,Л' + И' - точка центрар-то отрезка или расположения р-го присоединенного вихря, С1г - точка расположения свободного вихря с циркуляцией у1т в момент времени г, сошедшего с /-ой острой кромки или гладкой поверхности; Г(д') - циркуляция к-го присоединенного вихря; Л - регуляризирующая переменная.

В каждый расчетный момент времени происходит сход новых свободных вихрей, которые движутся по траекториям жидких частиц без изменения их циркуляции, определяются новые положения свободных вихрей до этого находящихся в потоке и т.д.

Если область не многосвязная, то (7), (8) упрощаются. Будут отсутствовать слагаемые, содержащие q и \-к.

Методические исследования, проведенные по программе, позволяют сделать вывод об адекватности расчетов с данными натурных экспериментов. Адекватность расчетов и эксперимента может нарушаться при моделировании налипания струи на стенку и при моделировании воздухообмена в прямоугольной области с соотношением сторон более 3,5. Метод МДВ «не улавливает» также некоторые вихри, образующиеся в углах В целом же, картина течения в области центрального вихря соответствует натурным наблюдениям.

В найденном с использованием выражений (7), (8) поле скоростей воздуха моделировалась динамика полифракционного пылевого облака в

укрытии, на основании интегрирования уравнения движения (4) для каждой пылевой частицы. В каждый из 1000 моментов времени в область течения поступало из загрузочного желоба 20 пылевых частиц разных размеров. В процессе компьютерного моделирования движения пылевого облака программой запоминались диаметры пылевых частиц уловленных отсосом, и определялся процентный состав пылевых фракций в отсасываемом воздухе. После осаждения и улавливания пылевых частиц определялась концентрация пыли в аспирационном канале, как отношение массы частиц, попавших в отсос к объему воздуха, который принес пылевые частицы в укрытие.

С помощью разработанной компьютерной программы выявлены закономерности поведения пылевых аэрозолей, возникающих при перегрузках железной руды, в аспирационном укрытии стандартной конструкции в зависимости от наличия вихревых нестационарных структур в области течения.

Рассматривались четыре модели построения поля скоростей внутри укрытия: 1 - свободные вихри полностью заполняют область течения, но движение их не останавливается и в определенный момент времени из приточного отверстия начинает поступать полифракционная совокупность пылевых частиц; 2 - свободные вихри полностью заполняют область течения, их положение фиксируется в определенный момент времени, т.е имеем стационарное вихревое течение, затем в область течения начинают поступать пылевые частицы; 3 — вместе с отрывом первого свободного вихря в укрытие поступает пылевое облако, т.е. развитие вихревой структуры и распространение пылевых частиц осуществляется одновременно; 4 - свободные вихри в области отсутствуют, т.е. наблюдается потенциальное течение, в котором изучается поведение пылевой аэрозоли.

В модели 1 пылевое облако поступает в укрытие сначала поступательно вниз, затем, вследствие нестационарности течения, часть пылевых частиц, «скользящих» по границе вихревой области, начинает увлекаться свободными вихрями в область центрального вихря и распространяется по всей области течения (рис.3 а), в конечном итоге улавливаясь всасывающим отверстием. Большая часть пылевой аэрозоли оседает на дно укрытия.

В модели 2 пыль движется поступательно вниз по безвихревой области течения, не поступая в область центрального вихря: вдоль низа укрытия и затем вверх у правой боковой стенки (рис.3 б). Заметим, что возникающий «хвостик» за основным потоком частиц скользит по границе центрального вихря. В предыдущей модели этот «хвостик» «размывался».

В модели 3 пылинки закручиваются срывающимися вихрями, образуют спираль, затем «размазываются» по всей области течения (рис 3 в).

В модели 4 пылевые частицы перемещаются от приточного отверстия, образуя дугу окружности с увеличивающимся радиусом к всасывающему отверстию, выстраиваясь вертикально в последние моменты времени их движения до полного улавливания (рис 3 г).

а) б) в) г)

Рис.3. Поведение пылевого облака: а) модель 1; б) модель 2; в) модель 3; г) модель 4

Во всех четырех моделях происходит выпадение крупных фракций пылевых частиц на дно укрытия.

В результате моделирования оказалось, что дисперсный состав пылевых частиц близок к исходному для всех четырех моделей, что косвенно подтверждает гипотезу Минко В.А., что дисперсный состав пыли можно вычислить по максимальному диаметру пылевых частиц, улавливаемых всасывающим отверстием, даже в случае существенного упрощения модели, считая течение потенциальным.

Концентрация пылевой аэрозоли существенно снижается относительно исходной. Наибольшее снижение наблюдается в модели 1, которая по нашему мнению наиболее близка к реальной аэродинамике внутри укрытия.

Таким образом, различные подходы к описанию аэродинамики внутри укрытия существенно не влияют на расчетные величины дисперсного состава пылевых частиц в аспирируемом воздухе, по крайней мере, для узлов перегрузок железной руды. Аспирационное укрытие стандартной конструкции не обладает свойством сепарации пылевой аэрозоли, дисперсный состав которой в аспирируемом воздухе близок к дисперсному составу пыли в загрузочном желобе.

При задании дисперсного состава пылевых аэрозолей в загружаемом желобе по нормально-логарифмическому закону, такому же закону будет подчинен дисперсный состав пыли в аспирационном канале. Нарушение этой закономерности при начальных и конечных фракциях наблюдается при

полидисперсных материалах. Чем более однородна пылевая аэрозоль, тем больше проявляется данная закономерность Во всасывающем канале пылевая аэрозоль более однородна, чем в загружаемом желобе. При увеличении коэффициента динамической формы пылевых частиц эти составы еще более приближаются.

При изменении геометрических параметров укрытия и скоростей приточного и всасываемого воздуха дисперсный состав пылевых аэрозолей изменяется не существенно, что позволяет распространить полученные результаты и на укрытия других типоразмеров.

При размещении вращающихся внутри укрытия цилиндра или цилиндра-отсоса, состав всасываемой пылевой аэрозоли не подчиняется нормально-логарифмическому распределению. Для цилиндра-отсоса характерно существенное смещение дисперсного состава пылевых частиц к мелким фракциям.

При задании равномерного состава пылевых частиц дисперсный состав пыли во всасываемом воздухе не подчинен нормально-логарифмическому распределению.

В главе 4 описаны возможности разработанных компьютерных программ расчета: циркуляционных течений в замкнутой прямоугольной области; динамики полифракционных пылевых аэрозолей в укрытии грохота; плоских потенциальных течений в многосвязных областях с вращающимися цилиндрами и цилиндрами-отсосами.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработаны математические модели, вычислительные алгоритмы и компьютерные программы, позволяющие:

- рассчитывать поле скоростей и строить траектории пылевых частиц для потенциальных течений в многосвязных областях с вращающимися цилиндрами и цилиндрами-отсосами,

- определять вихревую структуру течения в замкнутых областях с разными схемами расположения приточных и вытяжных отверстий,

- исследовать поведение пылевой полифракционной аэрозоли в вихревых нестационарных воздушных потоках, образующихся в аспирируемых бункерах;

- определять дисперсный состав и концентрацию пылевой аэрозоли в аспирируемом воздухе при заданных значениях этих параметров в загрузочном желобе.

2. На основании компьютерного моделирования пылегазовых течений вблизи МВО от вращающихся цилиндрических деталей показано, что определяющим для расчета производительности систем аспирации является отношение скорости всасывания к линейной скорости вращения цилиндра. Не учет влияния циркуляционного потока воздуха, возникающего вследствие вращения цилиндра, приводит к значительным погрешностям. Экранирование

открытого МВО и соответственно снижение подсосов воздуха повышает его эффективность

3. Максимальный диаметр пылевых частиц уносимых в аспирационную сеть от МВО закрытого типа, с учетом подсосов воздуха через неплотности, существенно зависит от ограничивающих козырьков, наличия вращающихся цилиндров и цилиндров-отсосов. Определены геометрические размеры механических экранов и цилиндров, их месторасположение, линейная скорость вращения последних, способствующих снижению величины максимального диаметра аспирируемых пылевых частиц на 140-200 мкм.

4 Компьютерное моделирование циркуляционных течений на основе МДВ вблизи МВО разных типов адекватно опытным данным качественно и количественно. МДВ не «улавливает» мелкомасштабные вихревые области, возникающие в углах замкнутых областей, в областях прямоугольной формы с соотношением сторон более 3,5. Соответствие результатов расчетов и эксперимента может нарушаться при моделировании налипания струи на стенку.

5. Математические модели построения поля скоростей воздуха внутри аспирационного укрытия: безвихревого течения идеальной несжимаемой жидкости, стационарного вихревого течения, нестационарного течения с развитой вихревой структурой, нестационарного течения с вихревой структурой развивающейся с момента начала его движения, не оказывают существенного влияния на структуру аэрозольного аспирируемого потока.

6. Подтверждена путем численного эксперимента гипотеза о нормально-логарифмическом распределении дисперсного состава аспирируемых пылевых аэрозолей.

При изменении геометрических параметров укрытия и скоростей приточного и всасываемого воздуха дисперсный состав пылевых аэрозолей изменяется не существенно, что позволяет распространить полученные результаты и на укрытия других типоразмеров.

Размещение вращающихся внутри укрытия цилиндра или цилиндра-отсоса приводит к нарушению нормально-логарифмического распределения всасываемой пылевой аэрозоли. Для цилиндра-отсоса характерно существенное смещение дисперсного состава пылевых частиц к мелким фракциям и снижению их концентрации.

7. Разработанные компьютерные программы, результаты исследований, полученные по ним, могут быть использованы при проектировании эффективных систем аспирации сниженной энергоемкости, в научных исследованиях, в учебном процессе.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Аверкова, O.A. Компьютерное моделирование пылевоздушных течений вблизи местных вентиляционных отсосов от вращающихся цилиндрических

деталей /Аверкова O.A.// Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2008. - Том 4, №1. - С. 27-32.

2. Анжеуров, Н.М. Комплекс компьютерных программ для расчета пылевоздушных течений в системах аспирации / Анжеуров Н.М., Аверкова O.A. // Новые огнеупоры. - 2008. - №5. - С.53-58.

3. Аверкова, О.А Особенности поведения пылевых аэрозолей в аспирационном укрытии стандартной конструкции /О.А.Аверкова, В.Ю.Зоря, К.И.Логачев // Химическое и нефтегазовое машиностроение. - 2007. - №11 -С.34-36.

4. Логачев, К И. Закономерности изменения дисперсного состава пылевых аэрозолей в аспирационном укрытии / К.И.Логачев, О.А.Аверкова,

B.Ю.Зоря // Известия вузов. Строительство. - 2007. - №9. -С.46-52.

5. Аверкова, О А. Моделирование пылегазовых потоков вблизи всасывающего отверстия в многосвязной области с вращающимся цилиндром / О.А.Аверкова // Вычислительные методы и программирование. - 2007. - Т.8, №1.-С,33-38.

6. Логачев, К.И. Компьютерное моделирование распространения пылевых аэрозолей в аспирационном укрытии / К.И.Логачев, О.А.Аверкова, В Ю.Зоря // Научные ведомости Белгородского государственного университета Серия Информатика, прикладная математики, управление. - 2007. - №7(38). Вып.4. -

C.25-32.

7. Аверкова, О А. Компьютерное моделирование циркуляционных течений в замкнутом помещении на основе метода дискретных вихрей / О.А Аверкова, В.Ю.Зоря, К.И.Логачев, Р.Ю Овсянников // Вестник БГТУ им.В.Г.Шухова. - 2007. -№3. - С.95-102.

8. Аверкова, О.А Использование цементной пыли в производстве ячеистых силикатных бетонов /О.А.Аверкова// Образование, наука, производство, тез. докл. II Международного студенческого форума, Белгород, 26-28 мая 2004 г. / Белгор. гос. технол. ун-т. - Белгород, 2004. - 4.4. -С.131.

9. Логачев, К.И. Алгоритм расчета- вихревых пылевоздушных нестационарных течений с изменяющимися во времени граничными условиями на основе метода дискретных вихрей / К.И.Логачев, В.Ю Зоря, О.А.Аверкова // Опыт, проблемы, перспективы и качество высшего инженерного образования: со докл. международной научно-методической конференции [электронный ресурс], Белгород, 3-4 октября 2006г. / Белгор. гос. технол ун-т. - Белгород, 2006. - 5с. - 1 электрон опт. диск (CD-R).

10. Аверкова, О.А Компьютерное моделирование динамики пылевых частиц в аспирационных укрытиях / О.А.Аверкова, В.Ю Зоря, К И Логачев //Труды XIII Международного симпозиума «Методы дискретных особенностей в задачах математической физики», Харьков-Херсон, 11-16 июня 2007 г. /Харьковский национальный ун-т. - Харьков, 2007. - С 5-8.

11. Аверкова, O.A. Моделирование циркуляционных течений в замкнутом помещении на основе метода дискретных вихрей / О.А.Аверкова, В.Ю.Зоря, К.И.Логачев // Труды XIII Международного симпозиума «Методы дискретных

особенностей в задачах математической физики», Харьков-Херсон, 11-16 июня 2007 г. /Харьковский национальный ун-т. - Харьков, 2007. - С.9-12.

12. Averkova, О.A. Discrete vortexes method in computational modeling of vortexes flows / O.A.Averkova, V.U.Zorya, K.I.Logachev // Ecology. Scientific articles 2007. Volume 1, Bulgaria. Science Invest Ltd-branch Burgas, ISBN 978-9549368-25-3, p. 144-157.

13. Averkova, O.A. Computational modeling of dust particles dynamics in aspiration buncers / O.A.Averkova, V.U.Zorya, K.I.Logachev // Ecology. Scientific articles 2007. Volume 1, Bulgaria. Science Invest Ltd-branch Burgas, ISBN 978954-9368-25-3, p. 158-184.

14. Логачев, К.И. Особенности поведения пылевых аэрозолей в аспирационном укрытии / К.И.Логачев, О.А.Аверкова, В.Ю.Зоря // Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии: докл. международной научно-практической конференции, Белгород, 18 - 19 сентября 2007 / Белгор. гос. технол. ун-т. - Белгород, 2007. -Часть 5. -С.96-105.

15. Логачев, К.И. Компьютерное моделирование процессов теплогазоснабжения и вентиляции: учебное пособие / К.И.Логачев, А.И.Пузанок, О.А.Аверкова. - Белгород: Изд-во БГТУ, 2006. - 156с.

16. Аверкова, О.А. Математическое моделирование процессов в системах аспирации: учебное пособие / О.А.Аверкова, К.И.Логачев. - Белгород: Изд-во БГТУ, 2007 -271с.

17 Логачев, К.И. Математическое моделирование процессов в системах аспирации: компьютерная программа /Логачев К.И., Аверкова О.А.// Компьютерные учебные программы и инновации. - 2008. - № 4. - С.131.

18. Аверкова, О.А. Компьютерная программа «Грохот» / Аверкова О.А., Пузанок А.И // Инновации в науке и образовании. - 2008. -№6 (41). - С.17.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Аверкова Ольга Александровна

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЫЛЕВОЗДУШНЫХ ТЕЧЕНИЙ ВБЛИЗИ МЕСТНЫХ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ ОТСОСОВ ОТ ВРАЩАЮЩИХСЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ

Подписано в печать^- Формат 60x84/16

Объем 10 уч.-изд. листа Тираж 100 экз

Зак. № т 5"?

Лицензия ИД №04708 от 08.05 2001 г.

Отпечатано в Белгородском государственном технологическом университете им. В.Г Шухова, 308012, г.Белгород, ул.Костюкова, 46

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР МЕТОДОВ РАСЧЕТА ВОЗДУШНЫХ ТЕЧЕНИЙ ВБЛИЗИ ВСАСЫВАЮЩИХ ОТВЕРСТИЙ.

1.1.Основные принципы расчета местных вентиляционных отсосов.

1.2.Метод линейных и точечных стоков.

1.3. Метод наложения потоков.

1.4. Метод сингулярных интегральных уравнений.

1.5. Методы теории функций комплексного переменного.

1.6. Методы вихревой, магнитной и электрогидродинамической аналогий.

1.7. Численное решение уравнения Навье-Стокса в различных упрощениях.

1.8. Выводы к главе 1.

ГЛАВА 2. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

ДИНАМИКИ ОДИНОЧНЫХ ПЫЛЕВЫХ ЧАСТИЦ ВБЛИЗИ

МЕСТНЫХ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ ОТСОСОВ ОТ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ВРАЩАЮЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ.

2.1. Численный алгоритм расчета.

2.1.1. Алгоритм расчета поля скоростей течения для многосвязных областей с вращающимися цилиндрами.

2.1.2. Построение траекторий пылевых частиц.

2.2. Расчет динамики пылевых частиц у открытых местных отсосов.

2.3. Моделирование динамики пылевых частиц в аспирационных укрытиях.

2.3.1 .Модельные задачи.

2.3.2. Расчет максимального диаметра пылевых частиц от укрытия с одинарными стенками.

2.3.3. Расчет максимального диаметра пылевых частиц от укрытия с двойными стенками.

2.3.4. Расчет максимального диаметра пылевых частиц от укрытия с двойными стенками, снабженного вращающимся цилиндром.

2.3.5. Расчет максимального диаметра пылевых частиц от укрытия с двойными стенками, снабженного двумя вращающимися цилиндрами.

2.3.6. Расчет максимального диаметра пылевых частиц от укрытия с двойными стенками, снабженного вращающимися цилиндром и цилиндром-отсосом.

2.4. Выводы к главе 2.

ГЛАВА 3. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ ПЫЛЕВЫХ АЭРОЗОЛЕЙ В АСПИРАЦИОННЫХ УКРЫТИЯХ.

3.1. Моделирование воздушных течений в замкнутом помещении.

3.1.1. Численный алгоритм расчета.

3.1.2. Модельные задачи.

3.1.2.1. Обтекание тонкого козырька набегающим потоком.

3.1.2.2. Обтекание прямоугольного выступа набегающим потоком.

3.1.2.3. Плоская турбулентная струя, истекающая из щелевого отверстия в плоской стенке.

3.1.2.4. Циркуляционные течения в прямоугольной области.

3.1.2.5. Динамика воздушных потоков в помещении административного корпуса Губкинской ТЭЦ.

3.2. Моделирование динамики пылевой аэрозоли в аспирационном укрытии.

3.3. Выводы к главе 3.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТАННЫЕ КОМПЬЮТЕРНЫЕ ПРОГРАММЫ РАСЧЕТА ПЫЛЕГАЗОВЫХ ТЕЧЕНИЙ В МНОГОСВЯЗНЫХ ОБЛАСТЯХ С ВРАЩАЮЩИМИСЯ ЦИЛИНДРАМИ.

4.1. Возможности программы расчета циркуляционных течений в замкнутом помещении.

4.2. Компьютерная программа «Грохот».

4.3. Компьютерная программа «Спектр» для расчета плоских потенциальных течений.

4.4. Выводы к главе

Актуальность работы. В промышленной экологии одной из научных и практических проблем является разработка систем аспирации сниженной энергоемкости. Главным элементом систем аспирации является местный вентиляционный отсос (МВО), служащий для улавливания загрязняющих веществ в непосредственной близости от источника их образования. Энергоемкость МВО связана линейной зависимостью с расходом воздуха, протекающего через его всасывающее отверстие (производительность МВО). Производительность МВО должна быть такова, чтобы снизить концентрацию загрязняющих веществ в производственном помещении до уровня предельно допустимой концентрацйи при минимальных энергозатратах. Заметим также, что в МВО закрытого типа (аспирационных укрытиях) целесообразно снизить вынос пылевых аэрозолей в аспирационную сеть, т.е. использовать аспирационное укрытие как камеру предварительной очистки воздуха от пыли. Такого эффекта можно достичь использованием различных экранирующих козырьков и использованием вращающихся цилиндров и цилиндров-отсосов. Поэтому необходимы наиболее точные сведения о поле скоростей воздуха вблизи всасывающих отверстий и о поведении пылевых аэрозолей внутри области течения.

Методы расчета пылегазовых течений вблизи всасывающих отверстий МВО основываются в основном на модели идеальной несжимаемой жидкости. При этом в случае расчета МВО от цилиндрических деталей чаще всего пренебрегают циркуляционными течениями, возникающими вследствие их вращения. Перспективными для расчета МВО являются две разновидности метода сингулярных интегральных уравнений: метод граничных интегральных уравнений (ГИУ) и метод дискретных вихрей (МДВ). Эти методы позволяют построить поле скоростей в многосвязных областях со сложными границами с учетом вращающихся цилиндров и вихревых нестационарных структур, распространяющихся в воздушном потоке. Путем интегрирования уравнений движения пылевых частиц разной геометрической формы и плотности в данном воздушном потоке можно проследить динамику пылевых аэрозолей с течением времени, определить их дисперсный состав и концентрацию во всасываемом МВО потоке воздуха, что необходимо для научно-обоснованного выбора пылеулавливающих устройств.

Результаты научных исследований, представленных в диссертационной работе, получены в ходе выполнения гранта Президента РФ МД-5015.2006.8 «Численное моделирование вихревых пылегазовых течений в системах вентиляции промышленных предприятий» (2006-2007) и гранта РФФИ №05-08-01252а «Аэродинамика нестационарных пылегазовых потоков в системах аспирации» (2005-2007), что подтверждает актуальность выполненного диссертационного исследования.

Цель работы: разработать и исследовать математическую модель, алгоритм ее численной реализации и компьютерную программу динамики пылевоздушных течений вблизи всасывающих отверстий для многосвязных областей, содержащих вращающиеся цилиндры, для решения задач эффективной локализации пылевых аэрозолей.

Для достижения цели поставлены следующие задачи.

1. Разработать математическую модель, вычислительный алгоритм и компьютерную программу расчета воздушных течений в многосвязных областях со сложной геометрией границ области течения, внутри которых содержатся вращающиеся цилиндры.

2. Разработать математическую модель, вычислительный алгоритм и компьютерную программу расчета движения одиночных пылевых частиц и полифракционных пылевых аэрозолей в спектре действия открытых и закрытых МВО от вращающихся цилиндрических деталей.

3. Исследовать влияние вращения цилиндра на воздушный поток, возникающий вблизи МВО открытого типа и поведение в этом потоке пылевых частиц.

4. Исследовать динамику пылевых частиц различной геометрической формы и плотности в воздушных потоках внутри аспирационных укрытий и оценить влияние механических экранов, вращающихся цилиндров и цилиндров-отсосов на пылеунос в аспирационную сеть.

5. Исследовать свойства математических моделей для построения поля скоростей воздушных потоков и динамики пылевых полифракционных аэрозолей в МВО закрытого типа и проверить их адекватность.

6. Исследовать изменение дисперсного состава пылевых аэрозолей в аспирируемом от укрытия воздухе в зависимости от дисперсного состава пыли, поступающей в укрытие, различных конструктивных и кинематических параметров укрытий, в том числе с вращающимся цилиндром-отсосом.

Научная новизна работы заключается в следующем.

1. На основе метода ГИУ и интегрирования уравнения движения пылевых частиц математическая модель, вычислительный алгоритм и компьютерная программа расчета динамики пылевых частиц разных форм и плотности в плоских потенциальных течениях для многосвязных областей с полубесконечными и замкнутыми границами, содержащих вращающиеся цилиндры и цилиндры-отсосы.

По разработанной компьютерной программе исследовано влияние вращающегося цилиндра на всасываемый воздушный поток. Выявлены закономерности улавливания пылевых частиц разной геометрической формы и плотности в зависимости от отношения скорости всасывания к линейной скорости вращения цилиндра.

Определены величины максимального диаметра пылевых частиц, улавливаемых МВО для различных конструкций аспирационных укрытий. Предложены меры по снижению пылеуноса в аспирационную.

2. Разработана математическая модель, алгоритм ее численной реализации и компьютерная программа расчета циркуляционных течений в замкнутой области с разными схемами расположения приточных и вытяжных отверстий. Определены границы примененимости МДВ для расчета вихревых течений в замкнутой области.

3. Разработана математическая модель, алгоритм ее численной реализации и компьютерная программа расчета динамики полифракционной аэрозоли в закрытых МВО. Установлены закономерности поведения пылевых аэрозолей при различных моделях построения поля скоростей воздушных течений.

Установлено, что величина максимального диаметра пылевой частицы уносимой в аспирационную сеть несущественно зависит от модели построения поля скоростей воздуха в аспирационных укрытиях.

Определены закономерности изменения дисперсного состава аспирируемой пыли в зависимости от геометрических и кинематических параметров укрытия.

Практическая значимость работы состоит в разработке математической модели, алгоритма ее численной реализации и компьютерной программы динамики пылевых полифракционных аэрозолей в укрытии при различных конструктивных и кинематических параметрах, снабженных вращающимися цилиндрами и цилиндрами-отсосами.

Установленные закономерности поведения пылевых аэрозолей в спектрах всасывания МВО различных типов могут быть использованы для проектирования эффективных систем аспирации сниженной энергоемкости.

Результаты исследований внедрены в учебный процесс Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова в курсы

Математическое моделирование процессов в системах теплогазоснабжения и вентиляции», «Компьютерное моделирование процессов в системах теплогазоснабжения и вентиляции».

Апробация работы. Отдельные результаты работы и диссертационного исследования в целом доложены на: международной научно-методической конференции. «Опыт, проблемы, перспективы и качество высшего инженерного образования» (Белгород, Россия, 2006); международном симпозиуме «Методы дискретных особенностей в задачах математической физики» (Лазурное, Украина, 2007); международном симпозиуме «Экология 2007» (Бургас, Болгария, 2007); международной научно-практической конференции «Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии» (Белгород, Россия, 2007); научно-методических семинарах кафедры прикладной математики БГТУ им.В.Г.Шухова.

На защиту выносятся:

- математическая модель, алгоритм ее численной реализации и компьютерная программа динамики пылевых аэрозолей в аспирационных укрытиях различных конструкций, содержащих вращающиеся цилиндры и цилиндры-отсосы;

- результаты исследований динамики пылевых частиц разных геометрических форм и плотности в разомкнутых и замкнутых многосвязных областях с вращающимися цилиндрами;

- разработанные предложения по снижению пылеуноса в аспирационную сеть от укрытий узлов перегрузки сыпучих материалов;

- закономерности изменения дисперсного состава аспирируемой пылевой аэрозоли от укрытий грохота.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 18 печатных работ, из которых 2 в изданиях рекомендованных ВАК РФ по научной специальности диссертационной работы.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 116 наименований. Общий объем диссертации составляет 158 страниц, включая 99 рисунков и 6 таблиц.

4.3. Выводы к главе 4

1. Разработана компьютерная программа, позволяющая строить линии тока, определять поле скоростей воздуха в замкнутой прямоугольной области с выступом с приточным и вытяжным отверстием.

2. Разработана компьютерная программа расчета динамики полифракционной пылевой аэрозоли в укрытии грохота, позволяющая строить линии тока и поле скоростей воздуха, исследовать поведение пылевых частиц в аэродинамическом поле, в котором может содержаться вращающийся цилиндр или цилиндр-отсос, определять концентрацию и дисперсный состав пыли в вытяжном отверстии.

3. Разработанная компьютерная программа «Спектр» позволяет рассчитывать поля скоростей, строить линии тока, траектории одиночных пылевых частиц в многосвязных областях потенциальных течений, содержащих произвольное количество вращающихся цилиндров и цилиндров-отсосов.

Заключение

На основании проведенных исследований сформируем следующие выводы.

1. Разработаны математические модели, вычислительные алгоритмы и компьютерные программы, позволяющие:

- рассчитывать поле скоростей и строить траектории пылевых частиц для потенциальных течений в многосвязных областях с вращающимися цилиндрами и цилиндрами-отсосами;

- определять вихревую структуру течения в замкнутых областях с разными схемами расположения приточных и вытяжных отверстий;

- исследовать поведение пылевой полифракционной аэрозоли в вихревых нестационарных воздушных потоках, образующихся в аспирируемых бункерах;

- определять дисперсный состав и концентрацию пылевой аэрозоли в аспирируемом воздухе при заданных значениях этих параметров в загрузочном желобе.

2. На основании компьютерного моделирования пылегазовых течений вблизи МВО от вращающихся цилиндрических деталей показано, что определяющим для расчета производительности систем аспирации является отношение скорости всасывания к линейной скорости вращения цилиндра. Не учет влияния циркуляционного потока воздуха, возникающего вследствие вращения цилиндра, приводит к значительным погрешностям. Экранирование открытого МВО и соответственно снижение подсосов воздуха повышает его эффективность.

3. Максимальный диаметр пылевых частиц уносимых в аспирационную сеть от МВО закрытого типа, с учетом подсосов воздуха через неплотности, существенно зависит от ограничивающих козырьков, наличия вращающихся цилиндров и цилиндров-отсосов. Определены геометрические размеры механических экранов и цилиндров, их месторасположение, линейная скорость вращения последних, способствующих снижению величины максимального диаметра аспирируемых пылевых частиц на 140-200 мкм.

4. Компьютерное моделирование циркуляционных течений на основе МДВ вблизи МВО разных типов адекватно опытным данным качественно и количественно. МДВ не «улавливает» мелкомасштабные вихревые области, возникающие в углах замкнутых областях, в областях прямоугольной формы с соотношением сторон более 3,5. Соответствие результатов расчетов и эксперимента может нарушаться при моделировании налипания струи на стенку.

5. Математические модели построения поля скоростей воздуха внутри аспирационного укрытия: безвихревого течения идеальной несжимаемой жидкости, стационарного вихревого течения, нестационарного течения с развитой вихревой структурой, нестационарного течения с вихревой структурой развивающейся с момента начала его движения, не оказывают существенного влияния на структуру аэрозольного аспирируемого потока.

6. Подтверждена путем численного эксперимента гипотеза о нормально-логарифмическом распределении дисперсного состава аспирируемых пылевых аэрозолей.

При изменении геометрических параметров укрытия и скоростей приточного и всасываемого воздуха дисперсный состав пылевых аэрозолей изменяется не существенно, что позволяет распространить полученные результаты и на укрытия других типоразмеров.

Размещение вращающихся внутри укрытия цилиндра или цилиндра-отсоса приводит к изменению нормально-логарифмического распределения всасываемой пылевой аэрозоли. Для цилиндра-отсоса характерно существенное смещение дисперсного состава пылевых частиц к мелким фракциям и снижению их концентрации.

7. Разработанные компьютерные программы, результаты исследований, полученные по ним, могут быть использованы при проектировании эффективных систем аспирации сниженной энергоемкости, в научных исследованиях, в учебном процессе.

1. Позин Г.М. Местная вытяжная вентиляция самый эффективный способ организации воздухообмена в помещении // «Инженерные системы» АВОК Северо-Запад. - 2006. - №3. - С. 40-45.

2. Посохин В.Н. Местная вентиляция. Казань: Изд-во КГАСУ, 2005.73с.

3. Посохин В.Н. Расчет местных отсосов от тепло- и газовыделяющего оборудования. М.Машиностроение, 1984. 160 с.

4. Позин Г.М., Посохин В.Н. Методы расчета полей скоростей, образуемых щелевыми отсосами в ограниченном пространстве // Безопасность и гигиена труда. М. 1980. С.52 -57.

5. Позин Г.М. Расчет влияния ограничивающих плоскостей па спектры всасывания // Научные работы институтов охраны труда. М: Профиздат, 1977.-Вып.105.-С.8-13.

6. Гримитлин М.И., Позип Г.М. Оценка эффективности вентиляционных систем // Технические испытания и наладка систем вентиляции и кондиционирования воздуха. Л.:ЛДНТП, 1980. - С. 13-17.

7. Логачев И.Н., Логачев К.И. Аэродинамические основы аспирации. Санкт-Петербург: Химиздат. 2005. - 659с

8. Средства защиты в машиностроении: Расчет и проектирование: Справочник / С.В.Белов, А.Ф.Козьяков, О.Ф.Партолин и др.; Под ред. С.В.Белова. М.Машиностроение, 1989. - 368с.

9. Батурин В.В. Основы промышленной вентиляции. М.:Профиздат, 1990. 448 с.

10. Талиев В.Н. Аэродинамика вентиляции. М.: Стройиздат, 1979.296с.

11. Шепелев И. А. Воздушные потоки вблизи всасывающих отверстий // Тр. НИИсантехники. М., 1967. - № 24.

12. Шепелев И.А. Аэродинамика воздушных потоков в помещении. -М.:Стройиздат, 1978.-145 с.

13. Логачев К.И. Аэродинамика всасывающих факелов. Белгород: Изд-во БелГТАСМ, 2000. 175с.

14. Коростелев Ю.А., Лившиц Г.Д. К вопросу исследования всасывающих факелов // Изв. вузов. Строительство и архитектура. 1974. -№ 12. - С.132-136.

15. Коростелев Ю.А. О влиянии неравномерности поля скоростей в плоскости прямоугольного отверстия в стенке на формирование всасываемого потока // Изв. вузов. Строительство и архитектура. 1975. -№4. - С.131-135.

16. Коптев Д.В. Обеспыливание на электродных и электроугольных заводах. М.: Металлургия. - 1980. - 128с.

17. Алтынова А.Л. Изменение осевой скорости во всасывающем факеле у эллиптического отверстия в плоской стенке // Водоснабжение и санитарная техника. 1974 .-№ 5.

18. Алтынова A.JI. Изменение осевой скорости на грани прямого угла при расположении в нем круглого всасывающего отверстия // Отопление и вентиляция. Иркутск, 1976. - С.53 -57.

19. Зайцев О.М. Удосконалення вилучення шюдливостей закрученими потоками вщ нефжсованих теплових джерел: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Одеса, 1996. - 16 с.

20. Alden J.L. Design of Industrial Exhaust Systems, The Industrial Press, New York, 1959.

21. Delia Valle I.M. Exhaust hoods. N. Y.: Industrial Press, 1952.

22. Engels L.-H. und Willert G. Kriterien und Moglichkeiten zur Erfassung des Staubes in Industriebetrieben//Staub-Reinhlat. 1973. Nr.3. S.140-41.

23. Посохин B.H. К расчету течения вблизи всасывающего плоского патрубка с косым срезом// Изв.вузов. Технология текстильной промышленности. 1982. №3. С.78-81.

24. Посохин В.И., Гуревич И.Л. К расчету течения вблизи всасывающей щели с раструбом// Изв.вузов. Технология текстильной промышленности. 1981. №3. С.84-88.

25. Посохин В.Н. Расчет скоростей течения вдоль стенок ограниченного объема в виде параллелепипеда, из которого воздух отсасывается через щелевидное отверстие // Изв. вузов. Строительство и архитектура. 1983. №11. С.97-103.

26. Посохин В.Н. Подтекание к отсосу при наличии препятствий на пути движения воздуха // Гидромеханика и теплообмен в отопительно-вентиляционных устройствах. Казань, 1981. С.9-11.

27. Посохин В.Н., Катков М.В. Экспериментальное изучение вихревых зон в потоках вблизи всасывающих щелевых отверстий// Известия вузов. Авиационная техника. 2001. - №1. - С.61-63.

28. Посохин В.Н., Салимов Н.Б., Логачев К.И., Живов A.M. К расчету течения вблизи щелевидного отсоса-раструба// Известия вузов. Строительство 2002. Сообщение 1. - №8 - С.70-76; Сообщение 2. - №9 - С. 80-85; Сообщение 3. - №10 - С.81-85.

29. Логачев К.И. Экологическая индустрия: Математическое моделирование систем вентиляции промпредприятий // Инженерная экология. 1999. - №1. - С. 8-18.

30. Логачев И.Н. Потенциальное движение воздуха у всасывающей щели // Вентиляция и очистка воздуха. М.: Недра, 1969. С. 143 -150.

31. Гуревич М.И. Теория струй идеальной жидкости. М.: Физматгиз, 1961. - 496 с.

32. Конышев И.И., Чесиоков А.Г., Щадрова С.II. Расчет некоторых пространственных всасывающих факелов // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1976. - №4. - С. 103-116.

33. Логачев И.Н., Стецепко В.Г., Саплинов Л.К. Решение некоторых задач аэродинамики промышленной вентиляции методом электрогидродинамической аналогии (ЭГДА) // Вентиляция и очистка воздуха. М.: Недр а, 1969. Вып.5. С. 144-149.

34. Конышев И.И., Гуральник С.Д. Воздушный поток к круглому отверстию в плоской степке// Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1972. - №1.

35. Лившиц Г.Д. Исследование закономерности изменения скорости на оси потока, создаваемого круглым всасывающим отверстием с острой кромкой // Изв. вузов. Строительство и архитектура. 1973. - № 7. - С.153-158.

36. Лившиц Г.Д. Исследование поля скоростей во всасывающем факеле круглой полубесконечной трубы // Изв. вузов. Строительство и архитектура. 1974. -№ 10. - С. 115-119.

37. Лившиц Г.Д. К вопросу исследования закономерностей всасывающих факелов //Изв.вузов. Строительство и архитектура. 1975. - № 12. - С.135-141:

38. Лившиц Г.Д. Исследование вытяжных факелов местных отсосов методом "особенностей" //Изв. вузов. Строительство и архитектура. 1977. -№4.-С.113-119.

39. Гиль Б.Л. Математическое моделирование с помощью ЭВМ всасывающих факелов местных отсосов, встроенных в оборудование// Изв. вузов. Строительство и архитектура. 1986. - №7 - С.90-93.

40. Лившиц Г.Д. О расчете всасывающих потоков местных отсосов // «Инженерные системы» АВОК Северо-Запад. -2005. №4. - С. 25-28.

41. Логачев И.Н., Логачев К.И., Нейков О. Д. Локализация пылевыделений при прессовании порошков // Порошковая металлургия. -• 1995.-№ 3,4.-С.100-103.

42. Логачев К.И. Экологическая индустрия: Численное моделирование экранированных вытяжных устройств систем вентиляции промышленных предприятий // Инженерная экология. 1999. - № 5. - С. 3040.

43. Логачев К.И. О расчете щелевых отсосов от вращающихся цилиндрических деталей// Известия вузов.Строительство. 2002. - №11. -С.67-73.

44. Логачев И.Н., Логачев К.И. О прогнозировании дисперсного состава и концентрации грубодисперсных аэрозолей в местных отсосах систем аспирации//Изв. вузов. Строительство. 2002. - №9. - С.85-90.

45. Логачев К.И., Анжеуров Н.М. О моделировании воздушных течений вблизи щелевых всасывающих отверстий, ограниченных тонкими козырьками// Изв. вузов. Строительство. 2003. - №1.- С.58-62.

46. Логачев К.И., Прокопенко Р.В. О численном моделировании пространственных воздушных течений вблизи всасывающих отверстийместных отсосов от вращающихся цилиндрических деталей// Изв. вузов. Строительство. 2003. - №8.- С.74-82.

47. Логачев К.И., Прокопенко Р.В. К вопросу о моделировании воздушных течений вблизи щелевых отсосов вихревым методом // Изв.вузов. Строительство. 2003. - №9.- С. 100-105.

48. Логачев К.И., Пузанок А.И. Комплекс программ "Спектр" для моделирования пылевоздушных течений вблизи щелевидных всасывающих отверстий // Изв. вузов. Строительство. 2004. - №1.- С.59-64.

49. Минко В.А., Логачев И.Н., Логачев К.И. Динамика воздушных течений во всасывающих факелах местных отсосов обеспыливающей вентиляции промышленных зданий // Известия вузов. Строительство. 1996. - № 10. - С.110 - ИЗ.

50. Шаптала В.Г., Минко В.А., Логачев И.Н. и др. Математическое обеспечение САПР систем вентиляции: Учеб. пособие. Белгород: Изд-во БелГТАСМ, 1998. - 77 с.

51. Шаптала В.Г., Окунева Г. Л. Численное моделирование воздухообмена производственных помещений на основе уравнений Навье-Стокса// Математическое моделирование в технологии строительных материалов: Сб. науч. тр. Белгород: Изд-во БТИСМ, 1992. - С.49-54.

52. Логачев К.И., Пузанок А.И., Посохин В.Н. Расчет течений на входе в отсосы-раструбы методом дискретных вихрей// Известия вузов. Проблемы энергетики. 2004. - №7-8.-С.61-69.

53. Логачев К.И., Посохин В.Н. Расчет течения вблизи круглого всасывающего патрубка. Изв. вузов. Авиационная техника. -2004. №1.-С. 29-32.

54. К.И.Логачев, В.Н.Посохин, А.И.Пузанок. Геометрические характеристики течений на входе в отсосы, выполненные в виде зонтов// Инженерные системы. АВОК Северо-Запад. № 1(17) - 2005, С.12 - 14.

55. К.И.Логачев, А.И. Пузанок. Численное моделирование пылевоздушных течений вблизи вращающегося цилиндра-отсоса// Известия вузов. Строительство №2 - 2005, С.63-70.

56. К.И.Логачев, А.И.Пузанок, Е.В. Селиванова. Численный расчет течения вблизи экранированного отсоса-раструба// Известия вузов. Строительство №6 - 2005, С.53-58.

57. К.И.Логачев, А.И.Пузанок, Е.В. Селиванова. Численный расчет течений вблизи местных вентиляционных отсосов на основе метода дискретных вихрей // Scientific publication 2005. Technomat & Infotel, Scientific articles Vol. IV, p. 3-30.

58. K.Logachev, A.Puzanok, I.Logachev. The prediction of dispersed composition and dust concentration in local ventilating exhausts // CD-proceedings of the 8th REHVA World Congress Clima2005 lp.

59. K.I.Logachev, A.I.Puzanoc, I.Logachev. Analysis of local ventilation exhausts on the basis of method of discrete vortexes // CD-proceedings of the 8th REHVA World Congress Clima2005 6p.

60. К.И.Логачев, А.И.Пузанок, Е.В. Селиванова. Экспериментальное определение коэффициентов местных сопротивлений щелевидных профилированных вентиляционных отсосов //Вестник БГТУ имени В.Г.Шухова, №12. 2005. - С.38-45.

61. Логачев К.И., Пузанок А.И., Посохин B.H. Расчет вихревого течения у щелевидного бокового отсоса // Изв. вузов. Строительство. 2004. -№6.- С.64-69.

62. Логачев К.И., Пузанок А.И. Численное моделирование нестационарного вихревого течения на входе в щелевое всасывающее отверстие // Научные ведомости. Белгород: Изд-во БелГУ. - 2004. - №1. — С. 15-22.

63. Логачев К.И., Пузанок А.И. Численное моделирование пылевоздушных течений в многосвязных областях с вращающимися цилиндрами // Научные ведомости. Белгород: Изд-во БелГУ. - 2004. - №1. — С. 22-34.

64. Минко В.А., Логачев И.Н., Логачев К.И. и др. Обеспыливающая вентиляция. Белгород: Изд-во БГТУ, 2006. 453с.

65. Логачев К.И., Селиванова Е.В. Математическое моделирование и математическое обеспечение систем теплогазоснабжения и вентиляции. Учебное пособие. Белгород: Изд-во БГТУ им. В.Г.Шухова. 2006. - 112с.

66. Логачев К.И., Пузанок А.И., Аверкова О.А. Компьютерное моделирование процессов теплогазоснабжения и вентиляции. Учебное пособие. Белгород: Изд-во БГТУ им. В.Г.Шухова. 2006. - 156с.

67. Логачев К.И., Логачев И.Н., Пузанок А.И. Численное исследование поведения пылевой аэрозоли в аспирационном укрытии// Известия вузов. Строительство. 2006. №5. - С.73-78.

68. Логачев И.Н., Логачев К.И., Овсянников Р.Ю., Овсянников Ю.Г. Численный расчет вихревых течений на входе в щелевые неплотности аспирационных укрытий// Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. Науки. -2006. Прил.№5. - С.49-54.

69. Логачев К.И., Пузанок А.И., Зоря В.Ю. Компьютерное моделирование пылегазовых потоков в пульсирующих аэродинамических полях// Вычислительные методы и программирование. 2006. Раздел 1. С. 195201 (http://www.srcc.msu.su/num-meth).

70. Логачев К.И., Логачев И.И. Метод прогнозирования дисперсного состава пыли в аспирационных укрытиях// Разработка рудных месторождений. Кривой рог: Изд-во Криворожского технического университета. - 2006. - Выпуск №1 (90). - С.23 8-243.

71. Логачев К.И., Логачев И.Н., Пузанок А.И., Посохин В.Н. Численное исследование пылединамики в аспирационном укрытии// Национальная конференция по теплоэнергетике НКТЭ-2006, Казань, Россия, 4-8 сентября 2006, Том 2. С.293-296.

72. Логачев К.И., Зоря В.Ю., Аверкова О.А. Метод граничных интегральных уравнений в приложении к задачам аэродинамики вентиляции// Международная научно-методическая конференция. Белгород, БГТУ им. В.Г. Шухова, 2006. -С. 129-134.

73. Логачев К.И., Зоря В.Ю., Аверкова О.А. Методы расчета течений газа вблизи всасывающих отверстий// Международная научно-методическая конференция. Белгород, БГТУ им. В.Г. Шухова, 2006. -С. 134-137.

74. Логачев К.И., Зоря В.Ю., Аверкова О.А. Расчет плоских и осесимметричных вихревых нестационарных течений на основе метода дискретных вихрей // Международная научио-методическая конференция. Белгород, БГТУ им. В.Г. Шухова, 2006. -С. 137-142.

75. Аверкова О.А. Моделирование пылегазовых потоков вблизи всасывающего отверстия в многосвязной области с вращающимся цилиндром // Вычислительные методы и программирование. 2007. Т.8, №1. -С.33-38.

76. Метод граничных интегральных уравнений. Вычислительные аспекты и приложения в механике// Новое в зарубежной науке/ Ред. Круз Т., Риццо Ф. М.: Мир, 1979.

77. Бреббия К., Теллес Ж., Вроубел Л. Методы граничных элементов. -М.:Мир, 1987. 525с.

78. Бреббия К., Уокер С. Применение метода граничных элементов к технике. М.:Мир, 1982. - 248 с.

79. Wu, J.С. and Wahbah, M.M. Numerical solution of viscous flow equation using integral representations: Lecture Notes in Physics. N. Y.: Springer-Verlag, 1976. - Vol.59. - P. 448-453.

80. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.:Наука, 1973. —848с.

81. Коптев Д.В. Обеспыливание на электродных и эелектроугольных заводах, М.:Металлургия, 1980. 128с.

82. Фабрикант Н.Я. Аэродинамика. М.:Наука, 1964. - 816 с.

83. Гоман О.Г. Метод дискретных вихрей в гидродинамике: основания и опыт использования// Вюпик Дншропетровсысого ушверситету. Мехашка. Вип. 1, т. 1. 1998. - С.21-29.

84. Белоцерковский С.М., Лифанов И.К. Численные методы в сингулярных интегральных уравнений. М.:Наука, 1985.-256с.

85. Лифанов И.К. Метод сингулярных интегральных уравнений и численный эксперимент. М.:Янус, 1995. - 520с.

86. Белоцерковский С.М., Гиневский А.С. Моделирование турбулентных струй и следов на основе метода дискретных вихрей. -М.:Физматлит, 1995.-368с.

87. Численное моделирование осесимметричных отрывных течений несжимаемой жидкости/ Гоман О.Г., Карплюк В.И., Ништ М.И., Судаков А.Г.; Под ред. М.И.Ништа. М.: Машиностроение, 1993. - 288с.

88. Крицкий Б.С. Математическое моделирование аэродинамики винтокрылого летательного аппарата// Научный вестник МГТУ ГА, №59, серия «Аэромеханика и прочность», 2003. С. 36-42.

89. Бетчелор Дж. Введение в динамику жидкости. М.:Мир, 1973.758 с.

90. Ахмадеев Р.Х., Гуревич И.Л., Посохин В.Н. К расчету щелевых отсосов от осесимметричных диффузионных источников // Изв.вузов. Строительство и архитектура. 1990. - С.78-83.

91. Flynn M.R., Ellenbecker M.J. The potential flow solution for air flow into a flanget cirailar hood// Amer. Ind. Hyg. Assoc. J. 1985. - № 6. - P.318 -322.

92. Беляев H.H., Хрущ B.K. Численный расчет распространения аэрозольных загрязнений. Днепропетровск, 1990.

93. Ландау Л.Д., Лившиц Е.М. Механика сплошных сред. М.;Л.: Гостехиздат, 1944.

94. Воробьев Н.Д., Богданов B.C., Ельцов М.Ю. Моделирование взаимодействия мелющего тела с футеровкой трубной мельницы// Физико-математические методы в строительном материаловедении. М.: МИСИ; Белгород: БТИСМ. 1986, 168-173.

95. Минко В. А. Обеспылевание технологических процессов производства строительных материалов.-Воронеж: Изд-во ВГУ, 1981.-176с.

96. Местные отсосы м укрытия технологического оборудования рудоподготовительных фабрик. г.Кривой Рог: ВНИИБТГ, 1985. -87с.

97. Ван-Дайк. Альбом течений жидкости и газа. М: Мир, 1986. 182с.

98. Шаптала В.Г. Математическое моделирование в прикладных задачах механики двухфазных потоков. Учебное пособие. Белгород: Изд-во БелГТАСМ. 1996.- 103 с.

99. Батурин В.В., Ханжонков В.И. Циркуляция воздуха в помещении в зависимости от расположения приточных и вытяжных отверстий// Отопление и вентиляция. 1939. - №4-5. - С.29-33.

100. Коузов П.А. Основы анализа дисперсного состава промышленных пылей и измельченных материалов. Ленинград: Изд-во «Химия», 1974. -280с.

101. Аверкова О.А., Зоря В.Ю., Логачев К.И. Компьютерное моделирование динамики пылевых частиц в аспирационных укрытиях//Труды XIII Международного симпозиума «Методы дискретныхособенностей в задачах математической физики». Харьков-Херсон. 2007. -С.5-8.