автореферат диссертации по строительству, 05.23.03, диссертация на тему:Моделирование воздухообмена производственных помещений с местной вытяжной и общеобменной вентиляцией

На правах рукописи

Портянников Андрей Владимирович

МОДЕЛИРОВАНИЕ ВОЗДУХООБМЕНА ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ

С МЕСТНОЙ ВЫТЯЖНОЙ И ОБЩЕОБМЕННОЙ ВЕНТИЛЯЦИЕЙ

Специальность 05.23.03 - Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 ^ Л^О <зл

Воронеж-2010 ^

003492348

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Воронежский государственный архитектурно-строительный университет.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Полосин Иван Иванович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Кобелев Николай Сергеевич

доктор технических наук, профессор Шацкий Владимир Павлович

Ведущая организация: Белгородский государственный

технологический университет им. Шухова В.Г.

Защита диссертации состоится «25» марта 2010г. в 15 час. на заседании диссертационного совета Д 212.033.02 в Воронежском государственном архитектурно - строительном университете по адресу: 394006, г.Воронеж, ул. 20 лет Октября, 84, ВГАСУ, корп. 3, аудитория 3220, тел.(факс) (8-4732) 71-53-21.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного архитектурно-строительного университета (ВГАСУ).

Автореферат разослан «18» февраля 2010г.

/

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

/

Н.А.Старцева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Основным направлением в работе промышленных предприятий является выпуск продукции высокого качества при снижении трудоемкости и меньших затратах материалов. Это может быть достигнуто повышением технического уровня производства как путем строительства новых и реконструкции действующих цехов, так и путем оздоровления условий труда за счет модернизации местной и общеобменной вентиляции.

К сожалению Рекомендации по выбору способа подачи воздуха в производственные помещения, расчету систем воздухораспределения и организации воздухообмена, разработанные в 70-е - 80-е годы не учитывают современных подходов к решению основных принципов вентиляции при проектировании и реконструкции действующих предприятий. С целью снижения затрат возникает задача максимального использования существующих систем обеспечения микроклимата, но при условии существенного повышения их энергоэффективности. Разработка высокоэффективных систем вентиляции в современных условиях невозможна без исследования структуры потоков воздуха, учета движения воздуха внутри производственных помещений при различных схемах организации воздухообмена и действия местной вытяжной вентиляции, которую можно получить в настоящее время на основе математического моделирования вентиляционных процессов. Поэтому представляется актуальным разработка математической модели и создание прикладных программ для расчета на ЭВМ траектории и скорости движения воздушных потоков, скорости образования энергии турбулентных пульсаций при различных схемах и величине воздухообмена, высоте подачи приточного воздуха, различном расположении технологического оборудования. Применение разработанной модели в практике проектирования позволит на начальной стадии проанализировать интенсивность и характер движения воздушных потоков в вентилируемом объеме, что позволит выбрать наиболее эффективную схему организации воздухообмена и сократить затраты на вентиляцию.

Для выявления основных закономерностей были приняты наиболее часто встречающиеся производственные помещения (гальванические, сварочные цехи, основные цехи радиотехнической, электронной, приборостроительной, легкой промышленности и т.п.).

Цель работы. Повышение эффективности воздухообмена производственных помещений при совместном действии местной вытяжной и общеобменной вентиляции.

Средством достижения поставленной цели является разработка математической модели распределения воздушных потоков в производственных помещениях, проведение теоретических расчетов и использование полученных результатов для выбора эффективного воздухообмена.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи исследования:

- разработка математической модели структуры и распределения потоков воздуха в производственных помещениях при совместном действии общеобменной и местной вытяжной вентиляции;

- реализация математической модели структуры и распределения потоков воздуха в производственных помещениях и алгоритмов ее решения в виде пакета прикладных программ для ЭВМ;

- исследование с помощью разработанной математической модели и пакета прикладных программ влияния высоты установки воздухораспределительных устройств и их типов, кратности воздухообмена и количества технологических линий промышленного оборудования на характер и циркуляцию потоков воздуха, скорость движения воздуха в рабочей зоне помещений;

- разработка теоретических основ формирования структуры потоков вблизи воздухораспределителей и местных отсосов вытяжной вентиляции у промышленного оборудования и оценка воздействия структуры потоков на подвижность воздуха рабочей зоны при различных схемах организации воздухообмена;

- разработка показателя оценки эффективности воздухообмена производственных помещений при совместном действии общеобмениой и местной вытяжной вентиляции;

- проведение экспериментальных исследований, подтверждающих адекватность разработанной математической модели и программы расчета на ЭВМ;

- разработка рекомендаций по внедрению энергоэффективного воздухообмена в производственных помещениях.

Научная новизна состоит в:

- разработке математической модели структуры и распределения потоков воздуха в производственных помещениях при совместном действии общеобменной и местной вытяжной вентиляции. Математическая модель в отличие от известных позволяет рассчитывать параметры воздушных потоков в зонах больших градиентов скорости вблизи воздухораспределительных устройств, местных отсосов и в рабочей зоне помещения;

- разработке пакета прикладных программ, реализующего математическую модель на ЭВМ в среде пакета С++ Builder 6.0. Программа обладает высоким быстродействием и эффективностью использования машинных ресурсов;

- новых аналитических зависимостях, полученных по результатам численного моделирования, позволяющих установить влияние высоты расположения воздухораспределительных устройств и их типов при различной кратности воздухообмена на скорость движения воздуха в рабочей зоне помещений с двухрядным и четырехрядным расположением технологического оборудования;

- разработке теоретических основ формирования структуры и распределения потоков воздуха в помещении вблизи воздухораспределителей и местных отсосов при подаче приточного воздуха на различной высоте от уровня пола с различной кратностью воздухообмена, позволяющих впервые проектировать

местную и общеобменную вентиляцию с учетом векторного поля скорости потоков воздуха, скорости образования турбулентной кинетической энергии и воздействия потоков на подвижность воздуха рабочей зоны;

- показателе эффективности воздухообмена, полученного на основе численных методов расчета на ЭВМ линий тока и векторного поля скоростей потоков воздуха. Предлагаемый показатель позволяет определить время нахождения приточного воздуха в помещении и в рабочей зоне, что делает возможным выбор схемы организации воздухообмена исходя из обеспечения нормируемых параметров микроклимата в рабочей зоне при минимальных кратностях воздухообмена.

Достоверность результатов. Теоретическая часть работы базируется на основных физических законах теории тепломассообмена и аэродинамики. Основные допущения, принятые при выводе исходных уравнений модели, используются в работах других авторов. Для обобщения и анализа результатов использовалась теория подобия. Адекватность модели оценивалась путем сопоставления расчетных данных с результатами экспериментальных исследований.

Практическое значение и реализация результатов. Разработан новый подход к определению и оценке распределения и характера формирования стационарных воздушных потоков в промышленных помещениях, который может быть использован при проектировании и реконструкции систем вентиляции в различных отраслях промышленности.

Использование предлагаемого подхода позволяет на ранних стадиях проектирования выбрать наиболее эффективный воздухообмен в помещениях, ускорить процесс проектирования, повысить качество проектных работ и сократить затраты на вентиляцию.

На защиту выносятся:

- новая математическая модель характера формирования структуры и распределения воздушных потоков в производственных помещениях с общеобменной и местной вытяжной вентиляцией;

- пакет прикладных программ, реализующий математическую модель на ЭВМ в среде пакета С++ Builder 6.0;

- новые аналитические зависимости, полученные по результатам численного моделирования, для расчета влияния высоты установки воздухораспределительных устройств и их типов при различной кратности воздухообмена на скорость движения воздуха в рабочей зоне помещений с двухрядным и четырехрядным размещением оборудования;

- структура физических полей воздушных потоков в помещении, сформированная местной и общеобменной вентиляцией;

- показатель эффективности воздухообмена, являющийся мерой наличия циркуляционных зон и их объема в помещении и в рабочей зоне;

- результаты экспериментальных исследований по оценке адекватности математической модели распределения воздушных потоков в производственных помещениях.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались в МГСУ (Москва 2007г., 2009г.) и на 62-ой - 64-ой научных конференциях и семинарах Воронежского государственного архитектурно-строительного университета (Воронеж 2007-2009 г.).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 7 научных работ, общим объемом 33 стр. Личный вклад автора составляет 16 стр. Три статьи опубликованы в изданиях, включенных в перечень ВАК ведущих рецензируемых журналов, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертации: «Приволжский научный журнал», «Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура», «Вестник Казанского государственного архитектурно-строительного университета». В статьях, опубликованных в рекомендованных ВАК изданиях изложены основные результаты диссертации: в работе [1] представлена модель распространения стационарных воздушных потоков и результаты расчета на ЭВМ структуры и векторного поля скоростей воздушных потоков в производственных помещениях; в работе [2] опубликованы результаты моделирования, позволяющие установить влияние высоты установки воздухораспределительных устройств на скорость воздуха в рабочей зоне помещения; в работе [3] представлено построение воздухообмена для помещений производств с местной вытяжной и общеобменной вентиляцией.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и списка литературы. Диссертация изложена на 147 страницах и содержит: 108 страниц машинописного текста, список литературы из 115 наименований, 57 рисунков, 4 фотографии, 4 таблицы и 1 приложение.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность проблемы, определена цель исследования, характеризуется научная новизна и практическая значимость результатов, приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе представлено современное состояние проблемы общеобменной и местной вентиляции производственных помещений. Приведены наиболее эффективные конструктивные решения местных отсосов и системы общеобменной вентиляции. Рассмотрены основные методы исследования процессов вентиляции. Проблемам исследования воздушных потоков в помещениях посвящены работы Батурина В.В., Акинчева Н.В., Шепелева И.А., Эльтер-мана В.М. и др. Исследования проводились, как правило, на физических моделях с применением дымообразующего вещества и визуальной зарисовкой траекторий движения воздушных потоков, что не позволяло получить четкую картину формирования циркуляционных зон, особенно вблизи местных отсосов и

воздухораспределительных устройств. В настоящее время с развитием вычислительной техники все большее развитие и применение получают методы математического моделирования процессов вентиляции: Гримитлин М.И., Беляев К.В., Дацюк Т.А., Позин Г.М., Бакланов А.А., Титов В.П., Поз М.Я., Бурцев С.И., Мелькумов В.Н., Кузнецов С.Н., 8ра1аш Р.й.. и др. В работах Кузнецова И.С. и Склярова К.А. основное внимание уделялось интегральным показателям нестационарного воздухообмена.

Для создания математических моделей движения воздуха в помещении чаще всего используются уравнения Навье - Стокса. Важной составной частью создания модели является выбор модели турбулентности. Для решения полученных уравнений математической модели с начальными и граничными условиями необходимо было сконструировать эффективные численные алгоритмы применительно к поставленным выше задачам исследования, которые дадут возможность получения количественных результатов с практически приемлемой точностью.

В конце главы поставлены цель и задачи разработки математической модели характера формирования структуры и распределения стационарных воздушных потоков в производственных помещениях и определения эффективного воздухообмена в них при совместной работе местной вытяжной и общеобменной вентиляции.

Во второй главе получена математическая модель характера формирования структуры и распределения потоков воздуха в производственных помещениях и алгоритмы решения уравнений полученной модели.

Математическая модель включает в себя стационарные двухмерные уравнения сохранения массы, импульса и энергии в эйлеровых координатах, осред-ненные по Рейнольдсу.

Уравнение неразрывности:

дх ау

Уравнения импульса:

др д( ЭуЛ ЭГ ЭУЛ

+ • =Ор---Ь/? +— 11 —у- +— и —у-

дх ду ду 1 дх

Гэу

(3)

Перенос теплоты описывается уравнением:

Перенос кинетической энергии турбулентности в к-е модели определяется уравнением:

Э(ру,*) , Э(ру,л) Э (ц, Э*^ Э Гц, дк

ЧУ у

' • (5)

Эх Эу ду

С4Рц Г дТ

Скорость диссипации турбулентной энергии определяется уравнением:

Э(ру,е) | Э(рууе) _ Э Эх ду дх

асдх) ду

»1Г

Значения констант к-е модели турбулентности: С/= СЛ=1,44; С?=1,92; С,,=0,09; <7*= 1,0; «г,=0,85; 0=1,0; 0=0,0; р=0,0.

В к-е. модели турбулентная вязкость рассчитывается как функция параметров турбулентной кинетической энергии:

(7)

Решение уравнений модели турбулентности используется для вычисления эффективной вязкости и эффективной температуропроводности: к2

Ме=(1 + С0р~, (8)

(9)

Граничные условия. Рассматриваются два типа границ: твердые стенки, свободные границы. Твердые стенки считаются адиабатическими без «проскальзывания». Скорость и кинетическая энергия турбулентности на границе в этом случае равны нулю, для давления и энтальпии выполняются условия Неймана. Коэффициент диссипации турбулентной энергии определяется непосредственно функциями пограничного слоя.

На свободной границе давление равно атмосферному, нормальные к свободной поверхности градиенты компонент скорости равны нулю. Остальные переменные определяются направлением скорости движения воздуха нормальной к свободной поверхности. Для входящего потока это будут условия Дирихле со значениями переменных в окружающей среде, а для выходящего потока - условия Неймана.

Пол

у = 0,0<д:<^у1=уу=0;

Потолок

у = 11,0<х<Ь,Ух = Уу =0;

Правая стена

х = L,0 < у <h, vx = vv =0;

Левая стена

x = 0,0 < у < h,vx = vy = 0.

Для решения разработанной математической модели разработан алгоритм на основе неявной конечно - объемной схемы дискретизации исходных дифференциальных уравнений. Аппроксимация членов уравнений производится на сетке, на которой скалярные переменные определяются в центрах ячеек, а векторные - на гранях. Конвективные составляющие уравнений выражаются через противопоточные разности, а вязкие через центральные разности второго порядка. Для расчета используется набор пересекающихся сеток. Обмен данными между сетками осуществляется через их общие узлы.

Для получения решения разработанная математическая модель реализована на ЭВМ в виде прикладной программы в среде пакета С-н- Builder 6.0.

В третьей главе математическая модель, разработанная во второй главе была использована для расчета физических полей воздушных потоков в производственных помещениях, сформированных системами местной и общеобменной вентиляции.

В качестве объекта исследования рассматривалось помещение гальванического цеха первой категории шириной 18 м и высотой 12 м, рис. 1.

1 а

Рис. 1. Схема помещения. Стрелками показано расположение мест подачи и удаления воздуха: В - промышленная ванна

В помещении размещено две гальванических линии. Воздух подавался вертикальными струями в проходы между промышленными ваннами. Удаление воздуха осуществлялось двухсторонними бортовыми отсосами от ванн и из верхней зоны помещения. Исследовались воздушные потоки при высоте размещения воздухораспределителей над уровнем пола 0,4/;, 0,6Л и 0,8Л. Кратность воздухообмена принималась равной 10,16 и 24 ч'1.

Результаты расчетов при десятикратном воздухообмене и удалении загрязненного воздуха местными отсосами в объеме 90% от общего количества приточного воздуха и 10% из верхней зоны приведены на рис. 2.

в)

Рис. 2. Векторное поле скоростей воздушных потоков при десятикратном воздухообмене. Диапазон изменения скоростей от 0 до 0,5555 м/с. Воздухораспределительные устройства размещены: а) на высоте 0,8/?; б) на высоте 0,6/г; в) на высоте 0,4/г

Анализ векторного поля скоростей воздушных потоков (рис. 2а; 26; 2в) показывает следующее:

При подаче приточного воздуха с высоты 0,4й от уровня пола (рис. 2в) в помещении образуются два больших циркуляционных кольца; проявляется активность по отношению к всасывающим отверстиям местных отсосов; приточная струя из прямоугольной переходит в веерную из-за взаимодействия с плоскостью пола; к всасывающему отверстию верхней зоны подтекание воздуха плавное, без образования вихрей.

При подаче приточного воздуха с высоты 0,6/г (рис. 26) два циркуляционных кольца разрушаются. Образуются четыре циркуляционных зоны в середине помещения и две зоны слабой интенсивности у наружных стен. Образование циркуляционных зон вызвано приточными струями. По центру помещения приточная струя перешла в веерную при соударении с плоскостью пола. В крайних проходах наблюдается отклонение оси приточных струй к всасывающим отверстиям местных отсосов. Характер движения воздуха у всасывающего отверстия в верхней зоне не изменился.

С увеличением высоты подачи воздуха до 0,8/г (рис. 2а) образуется прямоугольная приточная струя по центру помещения и две струи в крайних про-

ходах. Оси всех воздушных потоков изгибаются по направлению к местным отсосам. Кроме того, образуется шесть циркуляционных зон, эжектируемые приточными струями.

Анализ характера распределения воздушных потоков показывает, что поток воздуха от воздухораспределителей движется вниз, взаимодействует с образовавшимися зонами циркуляции и ограждающими конструкциями, отражается от поверхности пола, разворачивается и, отдавая часть воздуха местным отсосам, поднимается вверх. Полного общего перемешивания воздушных потоков не происходит. Образуются характерные области потоков воздуха с разной интенсивностью движения. Во всех вариантах раздачи приточного воздуха по обе стороны от нисходящих приточных струй образуются зоны циркуляции. Размер зон циркуляции по горизонтали равен примерно половине расстояния между воздухораспределителями, а по вертикали - высоте установки воздухораспределителей. Вдоль стен помещения во всех случаях наблюдается низкоскоростной восходящий воздушный поток, направленный к месту удаления воздуха в верхней зоне помещения.

В работе приведены результаты расчетов подвижности воздуха в рабочей зоне помещения при различной величине воздухообмена и высоте подачи приточного воздуха, которые показывают, что с увеличением высоты подачи приточного воздуха скорость воздуха в рабочей зоне уменьшается с 0,25 м/с до 0,15 м/с. Наиболее равномерное распределение скоростей в рабочей зоне наблюдается при подаче приточного воздуха с высоты 0,8 А.

На основании математического моделирования структуры потоков воздуха и анализа подвижности воздуха в рабочей зоне установлено, что средняя подвижность воздуха в рабочей зоне при кратности воздухообмена 10 ч"1,16 ч"1 и 24 ч'1 для однопролетного помещения при высоте размещения воздухораспределителей 0,4А может быть представлена зависимостью:

г=0,0073-^+0,0034, (10)

при высоте 0,6/г:

у=0,002^+0,0688, (11)

при высоте 0,8й:

у=0,0031-^+0,0265. (12)

Математическая модель была использована для расчета физических полей воздушных потоков, сформированных системами местной и общеобменной вентиляции для производств с четырехрядным размещением промышленных ванн, кратности воздухообмена 10 ч , 16 ч"1 и 24 ч"1 и подаче приточного воздуха с отметок 0,4/г, 0,6й и 0,8/г. Исследования проводились в помещении шириной 36 м и высотой 12 м, рис. 3.

Анализ структуры потоков воздуха при подаче приточного воздуха вертикальными струями с отметок 0,4й, 0,6/г и 0,8Н показывает, что у каждого воздухораспределителя образуются циркуляционные зоны. Также как и в одно-пролетном помещении приточные прямоугольные струи от взаимодействия с поверхностью пола переходят в веерные.

Рис. 3. Векторное поле скоростей воздушных потоков при десятикратном воздухообмене. Диапазон изменения скорости от 0 до 0,5555 м/с. Воздухораспределители размещены на высоте 0,8й Картина движения воздушных потоков к вытяжным отверстиям местных отсосов и отверстиям общеобменной вентиляции аналогична помещению с двухрядным расположением ванн. В верхней зоне помещения образуется зона со слабой диссипацией кинетической энергии воздушных потоков.

В работе получено векторное поле скоростей воздушных потоков, распределение скоростей и линий тока воздушных потоков, скорости образования турбулентной кинетической энергии потоков и подвижности воздуха в рабочей зоне производственного помещения с двухрядным и четырехрядным размещением ванн при кратности воздухообмена 10 ч"1, 16 ч"1 и 24 ч"1 и подаче приточного воздуха с отметок 0,4/;, 0,61г и 0,8/г.

В четвертой главе получен эффективный способ организации воздухообмена в помещениях с использованием разработанной математической модели с учетом характера движения воздуха в помещении в зависимости от факторов, рассмотренных в главе 3, и от выбранного способа воздухораспределения.

Исследовались следующие способы подачи приточного воздуха на высоте 0,8/г воздухораспределителями:

- плоскими струями с подачей воздуха вертикально вниз (рис. 4а);

- неполными веерными струями с использованием перфорированного воздуховода круглого сечения, углом раскрытия струи 45° и подачей воздуха вниз (рис. 46);

- плоскими струями с подачей воздуха вертикально вниз по центру помещения и под углом 20° к вертикали по сторонам помещения (рис. 4в).

Удаление загрязненного воздуха из помещения во всех исследуемых способах осуществлялось бортовыми отсосами от ванн и из верхней зоны через отверстие в перекрытии (рис. 4).

Анализ полученных результатов исследований, приведенных на рис. 4 показывает, что использование плоских и неполных веерных струй с углом раскрытия струи 45° и подачей воздуха вертикально вниз дают схожую картину распределения воздушных потоков и скорости движения воздуха, как в объеме помещения, так и в рабочей зоне.

в)

Рис. 4. Векторное поле скоростей воздушных потоков при кратности воздухообмена 10 ч"1 и удалении местными отсосами 90% и из верхней зоны 10% общего количества воздуха

Как следует из рис. 4 скорость воздуха на оси струй находится в зависимости от типа воздухораспределителя на расстояниях до 4,6 м от воздухораспределителя. При больших расстояниях скорость воздуха на оси струй слабо зависит от типа воздухораспределителя.

Местные отсосы изменяют направление движения струи. Так, при расстоянии от воздухораспределителя 5,6 м отклонение оси струи может достигать 0,7 м, а в рабочей зоне - 2м. В результате приточный воздух поступает не в рабочую зону, а к местным отсосам и удаляется ими.

Наиболее эффективным оказался вариант с подачей приточного воздуха плоскими струями вертикально вниз по центру помещения и под углом 20° к вертикали по сторонам помещения, (рис. 4в). При таком способе подачи свежий приточный воздух поступает на рабочие места и только затем поступает в зону действия местных отсосов. Восходящие потоки над оборудованием выносят вредные вещества из рабочей зоны к вытяжным отверстиям, размещенным в верхней зоне помещения.

Установлено, что каждому способу подачи приточного воздуха соответствует своя структура потоков воздуха и свой массообменный процесс.

Первые два варианта создают неэффективный воздухообмен, т.к. большая часть свежего воздуха удаляется местными отсосами, и не поступает в рабочую зону.

Эффективность воздухообмена е" определялась как отношение минимально возможного времени воздухообмена в помещении или номинального постоянного времени х„ к фактическому времени замены воздуха тг:

е° =^--100%. (13)

гг

Фактическое среднее Е>ремя замены воздуха определялось по скорости движения воздуха вдоль линий тока, рис. 5, полученных по результатам численного моделирования структуры воздушных потоков:

б)

Рис. 5. Линии тока воздушных потоков при десятикратном воздухообмене и размещении воздухораспределителей на высоте 0,8/г: а - однопролетное здание, б - двухпролетное здание

Из рис. 5 следует, что у приточных струй образуются циркуляционные кольца с малой интенсивностью движения, слабо влияющие на работу местных отсосов. Определяющую роль в работе местных отсосов и формировании скоростных полей играют воздушные потоки от приточных струй. Структура по-

токов воздуха у местных отсосов показывает, что происходит как бы «выдавливание» вредных веществ через местный отсос. В системе может происходить «короткое замыкание» приточного устройства на устройство вытяжки, что является главной причиной снижения эффективности воздухообмена при «коротком замыкании». Показатель скорости замены воздуха в помещении будет минимальным, т.е. гл = V / L —» min.

Результаты расчетов, проведенных в работе позволяют прогнозировать эффективность удаления вредных веществ и дают возможность выбрать структуру воздушных потоков, наиболее полно использующую приточный воздух.

На рис. б представлена зависимость эффективности воздухообмена е" для однопролетного помещения при кратности воздухообмена 10 ч1, которая показывает, что при высоте подачи приточного воздуха 0,8h и способе подачи приточного воздуха (рис. 4в) эффективность составляет 68%, что выше эффективности при полном перемешивании воздушных потоков в помещении - 50%. *

t 50 --

0,4 0,6 CJB

Р»зют(еми* возду1орклр«д»лиг»л»й по высот» помещения

Рис. 6. Эффективность воздухообмена производственного помещения при кратности воздухообмена 10 ч'1 и высоте размещения воздухораспределителей на высоте 0,8й, способе подачи приточного воздуха (см. рис. 4в) и различной высоте размещения воздухораспределителей над уровнем пола

В пятой главе с целью подтверждения разработанной математической модели процессов вентиляции были проведены обследования систем вентиляции и параметров микроклимата в действующем гальваническом цехе ООО «ПРОСАМ», г.Рязань, рис. 7. Изучались поля скоростей движения воздушных потоков, возникающие в помещении с действующей системой общеобменной и местной вытяжной вентиляции.

Измерение подвижности воздуха в помещении производилось термоанемометром фирмы \Vallac. Температура воздуха в помещении при проведении экспериментов находилась в пределах от 18 до 20°С. Были получены значения скорости воздуха с относительной погрешностью ±7,2% при доверительной вероятности 0,95.

нНН1?я" вааЬ«6 © ©

Рис. 7. Помещение обследуемого гальванического цеха-, а) общий вид цеха; б) схема поперечного сечения цеха: 1 - промышленные ванны; 2 - перфорированные воздуховоды; 1-1 сечение, в котором измерялась вертикальная составляющая скорости воздушного потока Результаты экспериментов приведены на рис. 8.

I

0 1 2 3 4 5 6 7

Рас«го(мм» от вдедухораспр*оелжт»ля, и

Рис. 8. Сравнение результатов расчетов вертикальной составляющей скоростей

воздушных потоков и экспериментальных данных:_- расчет, ■ - эксперимент

Эксперименты показали удовлетворительную точность разработанной математической модели процессов вентиляции производственных помещений с местной вытяжной и общеобменной вентиляцией на примере помещения гальванического цеха.

ВЫВОДЫ

1. Разработана математическая модель характера формирования, структуры и распределения воздушных потоков в производственных помещениях с общеобменной и местной вытяжной вентиляцией, которая в отличие от известных позволяет рассчитывать параметры потоков воздуха в зонах больших градиентов скорости воздуха вблизи воздухораспределителей, местных отсосов и в рабочей зоне, а также прогнозировать распределение вредных веществ в помещении при различных граничных условиях, в том числе различных соотношениях объемов воздуха, удаляемого местной и общеобменной вентиляцией.

2. Разработан пакет прикладных программ, реализующий математическую модель на ЭВМ в среде пакета С++ Builder 6.0. Программа обладает высокой скоростью работы и эффективностью использования машинных ресурсов.

3. По результатам численного моделирования впервые получены аналитические зависимости, позволяющие определить скорость движения воздуха в рабочей зоне помещений однопролетных и двухпролетных производственных зданий, при различной высоте установки воздухораспределительных устройств, их типов и кратности воздухообмена. Полученные значения скорости движения воздуха в рабочей зоне позволяют дать оценку комфортности микроклимата в помещении.

4. Разработаны теоретические основы формирования структуры и распределения воздушных потоков в помещении и вблизи местных отсосов и воздухораспределительных устройств при действии общеобменной и местной вентиляции с различными расходами вентиляционного воздуха и подачей приточного воздуха с отметок 0,4/г, 0,6/г и 0,8Л, которые позволяют выбирать схему воздухообмена наиболее полно использующую приточный воздух. Установлено, что наиболее эффективным способом организации воздухообмена является подача приточного воздуха вертикальными струями по центру помещения и под углом 20° к вертикали по сторонам помещения с удалением загрязненного воздуха местными отсосами и из верхней зоны.

5. Выполнены расчеты физических полей и скорости образования кинетической энергии турбулентных пульсаций при различных вариантах подачи приточного воздуха с различной кратностью воздухообмена, двух и четырехрядным расположением технологического оборудования в поперечном сечении помещения, которые показали, что полного общего перемешивания потоков воздуха не происходит даже при сравнительно высокой кратности воздухообмена 24 ч"1.

6. Предложен показатель эффективности воздухообмена, полученный на основе численных методов расчета на ЭВМ линий тока и векторного поля скоростей потоков воздуха. В отличие от известных предложенный показатель позволяет определить время нахождения приточного воздуха в помещении и в рабочей зоне, что делает возможным выбор схемы воздухообмена исходя из обеспечения нормируемых параметров в рабочей зоне при минимальных крат-ностях воздухообмена.

7. Проведены экспериментальные исследования распределения полей скоростей движения воздушных потоков в гальваническом цехе ООО «ПРО-САМ» г.Рязань, которые подтвердили адекватность разработанной математической модели.

Результаты диссертационной работы используются при разработке проектов вентиляции промышленных объектов ООО «Промвентиляция» г.Рязань. Рекомендованные схемы организации воздухообмена внедрены в цехе гальванической обработки деталей ООО «ПРОСАМ» г.Рязань, ул.Маяковского, 1А.

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Портянников A.B. Реализация математической модели для оценки эффективности схем организации воздухообмена в цехах гальванопокрытий /И.И. Полосин, С.Н. Кузнецов, A.B. Портянников, A.B. Дерепасов// Приволжский научный журнал.-2009.-№2(10). - С. 42-47.

2. Портянников A.B. Влияние высоты установки воздухораспределителей на скорость движения воздуха в рабочей зоне помещений производств гальванопокрытий /С.Н.Кузнецов, А.В .Портянников// Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура.-2009.-№2(10).- С.23-29.

3. Портянников A.B. Построение эффективного воздухообмена для помещений производств с местной вытяжной вентиляцией/И.И. Полосин, С.Н. Кузнецов, A.B. Портянников, A.B. Дерепасов// Известия КазГАСУ. -2009.-№1(11).- С.191-195.

Публикации в других изданиях

4. Портянников A.B. Местная вытяжная вентиляция от промышленных гальванических ванн/ И.И. Полосин, С.Н. Кузнецов, A.B. Портянников, A.B. Дерепасов // Современные проблемы экологии и безопасности. Сборник материалов конференции. Тула, ТулГТУ. -2007. -С.240-242.

5. Портянников A.B. Исследование эффективности активированного и четырехстороннего местного отсосов от промышленных гальванических ванн/ И.И. Полосин, С.Н. Кузнецов, A.B. Портянников, A.B. Дерепасов // Современные проблемы экологии и безопасности. Сборник материалов конференции. Тула, ТулГТУ,- 2007. -С.242-244.

6. Портянников A.B. Исследование эффективности местных отсосов новых конструкций от промышленных гальванических ванн/ И.И. Полосин, С.Н. Кузнецов, A.B. Портянников//Вторая международная научно-техническая конференция «Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции». Материалы конференции. М., МГСУ, 2007. -С.153-157.

7. Портянников A.B. Моделирование распределения двухмерных стационарных воздушных потоков в помещении с местными отсосами/ И.И. Полосин, С.Н. Кузнецов, A.B. Портянников, A.B. Дерепасов //Третья международная научно-техническая конференция «Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции». Сборник докладов. М„ МГСУ, 2009. -С.172-175.

р - плотность воздуха, кг/м3; х, у - пространственные координаты, м; V,, V - компоненты скорости движения воздуха, м/с; Р - давление. Па;

- ускорение вдоль оси у м/с2; ц., - эффективная вязкость, н/м с;

, Ну - распределенные сопротивления, кг/м2с2;

Т^,Ту- члены потерь давления на вязкость, кг/м2с2.

Т -температура воздуха, К;

Ср - теплоемкость воздуха при постоянном

давлении, кДж/(кг-К);

а - коэффициент температуропроводности, м2/с;

И"' - работа против сил трения;

- мощность источника теплоты;

Ек - кинетическая энергия;

к - кинетическая энергия турбулентности,

м2/с2;

£ - скорость диссипации турбулентной энергии, м2/с\

ц, - эффективная вязкость, кг/мс;

ае - эффективная температуропроводность,

м2/с;

0, - турбулентное число Шмидта; И - высота помещения, м;

Ь — ширина помещения, м; кр - кратность воздухообмена, ч~'; V - объем помещения, м3; ¿ — количество приточного воздуха, м3/ч; т„ - среднее время пребывания вентиляционного воздуха в помещении, ч;

1, - фактическое время замены воздуха, ч; е" - эффективность воздухообмена.

Портянников Андрей Владимирович

МОДЕЛИРОВАНИЕ ВОЗДУХООБМЕНА ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ

С МЕСТНОЙ ВЫТЯЖНОЙ И ОБЩЕОБМЕННОЙ ВЕНТИЛЯЦИЕЙ Специальность 05.23.03 - Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 17.02.10г. Формат 60x84 1/16. Уч.-изд.1,2 л. Усл.-печ. 1.1 л. Бумага для множит, аппаратов. Тираж 100 экз. Заказ №60. Отпечатано в отделе оперативной полиграфии ГОУ ВПО Воронежский государственный архитектурно-строительного университет, 394006, Воронеж, ул. 20 лет Октября, 84.

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ВОЗДУХООБМЕНА ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ С МЕСТНОЙ ВЫТЯЖНОЙ И ОБЩЕОБМЕННОЙ ВЕНТИЛЯЦИЕЙ.

1.1. Выделение вредных веществ технологическим оборудованием, установленным в производственных помещениях.

1.2. Местные отсосы от технологического оборудования производственных помещений.

1.3. Существующие решения по организации воздухообмена в производственных помещениях с местной вытяжной и общеобменной вентиляцией на примере гальванических произ- 28 водств.

1.4. Анализ существующих направлений моделирования воздухообмена производственных помещений с местной вытяжной и общеобменной вентиляцией.

1.5. Математическое моделирование воздухообмена производственных помещений с местной вытяжной и общеобменной вентиляцией.

1.6. Выводы по первой главе и постановка задачи исследования.

2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СТАЦИОНАРНЫХ ВОЗДУШНЫХ ПОТОКОВ В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ С МЕСТНОЙ ВЫТЯЖНОЙ И ОБЩЕОБМЕННОЙ ВЕНТИЛЯЦИЕЙ.

2.1. Уравнения математической модели распределения стационарных воздушных потоков в производственных помещениях с местной вытяжной и общеобменной вентиляцией.

2.2. Алгоритмы решения уравнений математической модели распределения стационарных воздушных потоков в производственных помещениях с местной вытяжной и общеобменной вентиляцией.

2.3. Состав и структура программного обеспечения реализации математической модели распределения стационарных воздушных потоков в производственных помещениях с местной вытяжной и общеобменной вентиляцией.

2.4. Выводы по второй главе.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СТАЦИОНАРНЫХ ВОЗДУШНЫХ ПОТОКОВ В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ С МЕСТНОЙ ВЫТЯЖНОЙ И ОБЩЕОБМЕННОЙ ВЕНТИЛЯЦИЕЙ.

3.1. Структура и распределение стационарных воздушных потоков в производственном помещении с местной вытяжной и общеобменной вентиляцией с размещением в помещении двух линий технологического оборудования.

3.1.1. Структура и распределение стационарных воздушных потоков в производственном помещении при десятикратном воздухообмене.

3.1.2. Характер формирования и распределения стационарных воздушных потоков в производственном помещении при шестнадцатикратном воздухообмене.

3.1.3. Характер формирования и распределения стационарных воздушных потоков в производственном помещении при двадцатичетырехкратном воздухообмене.

3.1.4. Зависимость подвижности воздуха в рабочей зоне производственного помещения с местной вытяжной и общеобменной вентиляцией от высоты подачи приточного воздуха и кратности воздухообмена.

3.2. Структура и распределение стационарных воздушных потоков производственном помещении с местной вытяжной и общеобменной вентиляцией с четырьмя линиями технологического оборудования.

3.2.1. Характер формирования и распределения стационарных воздушных потоков в производственном помещении при десятикратном воздухообмене.

3.2.2. Структура и распределение стационарных воздушных потоков в производственном помещении при шестнадцатикратном воздухообмене.

3.2.3. Структура и распределение стационарных воздушных потоков в производственном помещении при двадцатичетырехкратном воздухообмене.

3.2.4. Зависимость подвижности воздуха в рабочей зоне производственного помещения с местной вытяжной и общеобменной вентиляцией и размещением четырех линий технологического оборудования от высоты подачи приточного воздуха и кратности воздухообмена.

3.3. Выводы по третьей главе.

4. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА ВЕНТИЛЯЦИИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ С МЕСТНОЙ ВЫТЯЖНОЙ И ОБЩЕОБМЕННОЙ ВЕНТИЛЯЦИЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАЗРАБОТАННОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ.

4.1. Создание эффективного способа воздухообмена в производственных помещениях с местной вытяжной и общеобменной вентиляцией.

4.2. Показатели эффективности воздухообмена.

4.3. Выводы по четвертой главе.

5. ПОДТВЕРЖДЕНИЕ АДЕКВАТНОСТИ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ВОЗДУХООБМЕНА ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ С МЕСТНОЙ ВЫТЯЖНОЙ И ОБЩЕОБМЕННОЙ ВЕНТИЛЯЦИЕЙ ПО

РЕЗУЛЬТАТАМ НАТУРНЫХ ОБСЛЕДОВАНИЙ.

5.1. Методика проведения экспериментов.

5.2. Результаты экспериментов.

5.3 Выводы по пятой главе.

ВЫВОДЫ.

Актуальность темы. Основным направлением в работе промышленных предприятий является выпуск продукции высокого качества при снижении трудоемкости и меньших затратах материалов. Это может быть достигнуто повышением технического уровня производства как путем строительства новых и реконструкции действующих цехов, так и путем оздоровления условий труда за счет модернизации местной и общеобменной вентиляции.

К сожалению Рекомендации по выбору способа подачи воздуха в производственные помещения, расчету систем воздухораспределения и организации воздухообмена, разработанные в 70-е - 80-е годы не учитывают современных подходов к решеншо основных принципов вентиляции при проектировании и реконструкции действующих предприятий. С целью снижения затрат возникает задача максимального использования существующих систем обеспечения микроклимата, но при условии существенного повышения их энергоэффективности. Разработка высокоэффективных систем вентиляции в современных условиях невозможна без исследования структуры потоков воздуха, учета движения воздуха внутри производственных помещений при различных схемах организации воздухообмена и действия местной вытяжной вентиляции, которую можно получить в настоящее время на основе математического моделирования вентиляционных процессов. Поэтому представляется актуальным разработка математической модели и создание прикладных программ для расчета на ЭВМ траектории и скорости движения воздушных потоков, скорости образования энергии турбулентных пульсаций при различных схемах и величине воздухообмена, высоте подачи приточного воздуха, различном расположении технологического оборудования. Применение разработанной модели в практике проектирования позволит на начальной стадии проанализировать интенсивность и характер движения воздушных потоков в вентилируемом объеме, что позволит выбрать наиболее эффективную схему организации воздухообмена и сократить затраты на вентиляцию.

Для выявления основных закономерностей были приняты наиболее часто встречающиеся производственные помещения (гальванические, сварочные цехи, основные цехи радиотехнической, электронной, приборостроительной, легкой промышленности и т.п.).

Цель работы. Повышение эффективности воздухообмена производственных помещений при совместном действии местной вытяжной и общеобменной вентиляции.

Средством достижения поставленной цели является разработка математической модели распределения воздушных потоков в производственных помещениях, проведение теоретических расчетов и использование полученных результатов для выбора эффективного воздухообмена.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи исследования:

- разработка математической модели структуры и распределения потоков воздуха в производственных помещениях при совместном действии общеобменной и местной вытяжной вентиляции;

- реализация математической модели структуры и распределения потоков воздуха в производственных помещениях и алгоритмов ее решения в виде пакета прикладных программ для ЭВМ;

- исследование с помощью разработанной математической модели и пакета прикладных программ влияния высоты установки воздухораспределительных устройств и их типов, кратности воздухообмена и количества технологических линий промышленного оборудования на характер и циркуляцию потоков воздуха, скорость движения воздуха в рабочей зоне помещений;

- разработка теоретических основ формирования структуры потоков вблизи воздухораспределителей и местных отсосов вытяжной вентиляции у промышленного оборудования и оценка воздействия структуры потоков на подвижность воздуха рабочей зоны при различных схемах организации воздухообмена;

- разработка показателя оценки эффективности воздухообмена производственных помещений при совместном действии общеобменной и местной вытяжной вентиляции;

- проведение экспериментальных исследований, подтверждающих адекватность разработанной математической модели и программы расчета на ЭВМ;

- разработка рекомендаций по внедрению энергоэффективного воздухообмена в производственных помещениях.

Научная новизна состоит в:

- разработке математической модели структуры и распределения потоков воздуха в производственных помещениях при совместном действии общеобменной и местной вытяжной вентиляции. Математическая модель в отличие от известных позволяет рассчитывать параметры воздушных потоков в зонах больших градиентов скорости вблизи воздухораспределитьных устройств, местных отсосов и в рабочей зоне помещения;

- разработке пакета прикладных программ, реализующего математическую модель на ЭВМ в среде пакета С++ Builder 6.0. Программа обладает высоким быстродействием и эффективностью использования машинных ресурсов;

- новых аналитических зависимостях, полученных по результатам численного моделирования, позволяющих установить влияние высоты расположения воздухораспределительных устройств и их типов при различной кратности воздухообмена на скорость движения воздуха в рабочей зоне помещений с двухрядным и четырехрядным расположением технологического оборудования;

- разработке теоретических основ формирования структуры и распределения потоков воздуха в помещении вблизи воздухораспределителей и местных отсосов при подаче приточного воздуха на различной высоте от уровня пола с различной кратностью воздухообмена, позволяющих впервые проектировать местную и общеобменную вентиляцию с учетом векторного поля скорости потоков воздуха, скорости образования турбулентной кинетической энергии и воздействия потоков на подвижность воздуха рабочей зоны;

- показателе эффективности воздухообмена, полученного на основе численных методов расчета на ЭВМ линий тока и векторного поля скоростей потоков воздуха. Предлагаемый показатель позволяет определить время нахождения приточного воздуха в помещении и в рабочей зоне, что делает возможным выбор схемы организации воздухообмена исходя из обеспечения нормируемых параметров микроклимата в рабочей зоне при минимальных кратностях воздухообмена.

Достоверность результатов. Теоретическая часть работы базируется на основных физических законах теории тепломассообмена и аэродинамики. Основные допущения, принятые при выводе исходных уравнений модели, используются в работах других авторов. Для обобщения и анализа результатов использовалась теория подобия. Адекватность модели оценивалась путем сопоставления расчетных данных с результатами экспериментальных исследований.

Практическое значение и реализация результатов. Разработан новый подход к определению и оценке распределения и характера формирования стационарных воздушных потоков в промышленных помещениях, который может быть использован при проектировании и реконструкции систем вентиляции в различных отраслях промышленности.

Использование предлагаемого подхода позволяет на ранних стадиях проектирования выбрать наиболее эффективный воздухообмен в помещениях, ускорить процесс проектирования, повысить качество проектных работ и сократить затраты на вентиляцию.

На защиту выносятся:

- новая математическая модель характера формирования структуры и распределения воздушных потоков в производственных помещениях с общеобменной и местной вытяжной вентиляцией;

- пакет прикладных программ, реализующий математическую модель на ЭВМ в среде пакета С++ Builder 6.0;

- новые аналитические зависимости, полученные по результатам численного моделирования, для расчета влияния высоты установки воздухораспределительных устройств и их типов при различной кратности воздухообмена на скорость движения воздуха в рабочей зоне помещений с двухрядным и четырехрядным размещением оборудования;

- структура физических полей воздушных потоков в помещении, сформированная местной и общеобменной вентиляцией;

- показатель эффективности воздухообмена, являющийся мерой наличия циркуляционных зон и их объема в помещении и в рабочей зоне;

- результаты экспериментальных исследований по оценке адекватности математической модели распределения воздушных потоков в производственных помещениях.

• Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались в МГСУ (Москва 2007г., 2009г.) и на 62-ой - 64-ой научных конференциях и семинарах Воронежского государственного архитектурно-строительного университета (Воронеж 2007-2009 г.).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 7 научных работ, общим объемом 33 стр. Личный вклад автора составляет 16 стр. Три статьи опубликованы в изданиях, включенных в перечень ВАК ведущих рецензируемых журналов, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертации: «Приволжский научный журнал», «Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура», «Вестник Казанского государственного архитектурно-строительного университета». В статьях, опубликованных в рекомендованных ВАК изданиях изложены основные результаты диссертации: в работе [66] представлена модель распространения стационарных воздушных потоков и результаты расчета на ЭВМ структуры и векторного поля скоростей воздушных потоков в производственных помещениях; в работе [60] опубликованы результаты моделирования, позволяющие установить влияние высоты установки воздухораспределительных устройств на скорость воздуха в рабочей зоне помещения; в работе [65] представлено построение воздухообмена для помещений производств с местной вытяжной и общеобменной вентиляцией.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и списка литературы. Диссертация изложена на 147 страницах и содержит: 108 страниц машинописного текста, список литературы из 115 наименований, 57 рисунков, 4 фотографии, 4 таблицы и 1 приложение.

выводы

1. Разработана математическая модель характера формирования, структуры и распределения воздушных потоков в производственных помещениях с общеобменной и местной вытяжной вентиляцией, которая в отличие от известных позволяет рассчитывать параметры потоков воздуха в зонах больших градиентов скорости воздуха вблизи воздухораспределителей, местных отсосов и в рабочей зоне, а также прогнозировать распределение вредных веществ в помещении при различных граничных условиях, в том числе различных соотношениях объемов воздуха, удаляемого местной и общеобменной вентиляцией.

2. Разработан пакет прикладных программ, реализующий математическую модель на ЭВМ в среде пакета С++ Builder 6.0. Программа обладает высокой скоростью работы и эффективностью использования машинных ресурсов.

3. По результатам численного моделирования впервые получены аналитические зависимости, позволяющие определить скорость движения воздуха в рабочей зоне помещений однопролетных и двухпролетных производственных зданий, при различной высоте установки воздухораспределительных устройств, их типов и кратности воздухообмена. Полученные значения скорости движения воздуха в рабочей зоне позволяют дать оценку комфортности микроклимата в помещении.

4. Разработаны теоретические основы формирования структуры и распределения воздушных потоков в помещении и вблизи местных отсосов и воздухораспределительных устройств при действии общеобменной и местной вентиляции с различными расходами вентиляционного воздуха и подачей приточного воздуха с отметок 0,4/z, 0,6h и 0,8/z, которые позволяют выбирать схему воздухообмена наиболее полно использующую приточный воздух. Установлено, что наиболее эффективным способом организации воздухообмена является подача приточного воздуха вертикальными струями по центру помещения и под углом 20° к вертикали по сторонам помещения с удалением загрязненного воздуха местными отсосами и из верхней зоны.

5. Выполнены расчеты физических полей и скорости образования кинетической энергии турбулентных пульсаций при различных вариантах подачи приточного воздуха с различной кратностью воздухообмена, двух и четырехрядным расположением технологического оборудования в поперечном сечении помещения, которые показали, что полного общего перемешивания потоков воздуха не происходит даже при сравнительно высокой кратности воздухообмена 24 ч"1.

6. Предложен показатель эффективности воздухообмена, полученный на основе численных методов расчета на ЭВМ линий тока и векторного поля скоростей потоков воздуха. В отличие от известных предложенный показатель позволяет определить время нахождения приточного воздуха в помещении и в рабочей зоне, что делает возможным выбор схемы воздухообмена исходя из обеспечения нормируемых параметров в рабочей зоне при минимальных крат-ностях воздухообмена.

7. Проведены экспериментальные исследования распределения полей скоростей движения воздушных потоков в гальваническом цехе ООО «ПРО-САМ» г.Рязань, которые подтвердили адекватность разработанной математической модели.

Результаты диссертационной работы используются при разработке проектов вентиляции промышленных объектов ООО «Промвентиляция» г.Рязань. Рекомендованные схемы организации воздухообмена внедрены в цехе гальванической обработки деталей ООО «ПРОСАМ» г.Рязань, ул.Маяковского, 1А.

1. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй/Г.Н. Абрамович. - М.: Физматиздат, 1960. — 715 с.

2. Акинчев Н.В. Общеобменная вентиляция цехов с тепловыделениями/ Н.В. Акинчев. М.: Стройиздат, 1984.- 144с.

3. Архангельская Л.А. Использование метода глобальных итераций по давлению для решения уравнений Навье-Стокса/Л.А.Архангельская, Л.И. Ску-рин //Вестн. С.-Петербург. Ун-та. Сер.1, Вып.З (№15), 1994. С.70-74.

4. Ахмедов Р.Б. Аэродинамика закрученной струи / Р.Б. Ахмедов. М.: Энергия, 1977.-240 с.

5. Бакланов А.А. Определение распределения примесей в атмосфере карьера на основе математического моделирования. Физико-химические проблемы разработки полезных ископаемых/ А.А.Бакланов. Наука. Сибирское отделение АН СССР. Новосибирск, 1984. с. 13-19.

6. Батурин В.В. Основы промышленной вентиляции/В.В.Батурин-М.: Профиздат, 1990.-448 с.

7. Батурин В.В., Акинчев Н.В. Моделирование механической и естественной вентиляции типовой серии электролиза алюминия/ В.В.Батурин, Н.В.Акинчев. Сборник научных трудов институтов охраны труда ВЦСПС. -№3. М.: Профиздат, 1961.-С. 18-21.

8. Белоцерковский О.М. Численное моделирование в механике сплошных сред: 2- е изд., перераб. и доп. / О.М. Белоцерковский. М.: Физматлит, 1994.448 с.

9. Белоцерковский О.М. Численное моделирование нестационарного периодического течения вязкой жидкости в следе за цилиндром / О.М. Белоцерковский, С.О. Белоцерковский, В.А. Гущин // Ж. вычисл. и матем. физ.-1984. -Т.24. С.1207-1216.

10. Бенодекар Р.В. Численный расчет обтекания выступов на плоскости / Р.В. Бенодекар, А.Дж.Г. Годдард, А.Д. Госман, Р.И. Исса // Аэрокосмическая техника. 1986. -Т.4, № 2. - С. 125-134.

11. Богословский В.Н. Теплофизика аппаратов утилизации теплоты систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха/ В.Н.Богословский М.Я.Поз. М.: Стройиздат, 1983.-320 с.

12. Богословский В.Н. Тепловой режим здания/ В.Н. Богословский. — М.: Стройиздат, 1979.-247 с.

13. Богословский В.Н. Кондиционирование воздуха и холодоснабжение/ В.Н. Богословский, О.Я. Кокорин, JI.B. Петров. М.: Стройиздат, 1985. - 367 с.

14. Богословский В.Н. Отопление и вентиляция, ч. 2. Вентиляция/ В.Н.Богословский, В.И.Новожилов, Б.Д.Симаков, В.П.Титов. М.: Стройиздат, 1976.-439с.

15. Бодров В.И. Отопление и вентиляция сельскохозяйственных зданий и сооружений/ В.И. Бодров, А.Г. Егиазаров, Е.С. Козлов. Нижний Новгород, 1995.-129 с.

16. Борисов А.В. Применение неявной разностной схемы для расчета внутренних течений вязкого газа/А.В.Борисов, Е.М.Ковеня// Числ. методы мех. сплош. среды. -1976.- Т.7, №4.-С.36-47.

17. Бэтчелор Дж. Введение в динамику жидкости / Дж. Бэтчелор. -М.: Мир, 1973.-774 с.

18. Вайнер Я.В. Оборудование гальванических цехов/ Я.В. Вайнер, Б.П. Кушнарев. JL «Машиностроение». 1971.-125с.

19. Ванны для подготовки поверхности и нанесения гальванических, химических и аноднооксидных покрытий: Типовые решения. ВПО "Союзлитмаш, ЦКБ ОГ. М.:ВНИИ информации и технико-экон. исследований по машиностроению и робототехнике, 1985. 224 с.

20. Веселовский В.Б. Температурные поля газоводов сложной конфигурации / В.Б. Веселовский, М.В. Тимошенко // Техническая механика. К.: Наук, думка. - 1993. -Вып.1. - С. 117-121.

21. Гершанович И.В. Технические решения отопления и вентиляции автоматизированного гальванического цеха. Обмен опытом в радиопромышленности. М.:НИИ экономики и информации по радиоэлектронике, 1970. С. 18 -19.

22. Глушков JI.A. Вентиляция травильных мастерских/ Л.А.Глушков. Свердловск Москва: Металлургиздат, 1949. 94 с.

23. Гольдштик М.А. Вихревые потоки / М.А. Гольдштик. Новосибирск: Наука, 1981. -336 с.

24. Госмен A.M. Численные методы исследования течений вязкой жидкости / A.M. Госмен, В.М. Пан, А.К. Ранчел. М.: Мир, 1972. - 323 с.

25. ГОСТ 12.1.005-76. Воздух рабочей зоны. Общие санитарно гигиенические требования. - М.: Изд-во стандартов, 1976.-32 с.

26. Градус Л.Я. Характеристика вентиляционных выбросов гальванических производств и методы их определения/ Л.Я. Градус, В.И. Костриков. -М: ИНТИхимнефтемаш, 1981.-32 с.

27. Грачев Ю.Г. Принципы оптимального проектирования систем очистки воздуха в промышленных зданиях/ Ю.Г. Грачев. В сб. научн. трудов Оптимизация систем очистки воздуха в промышленных зданиях.-Пермь.1993.-С,3-9.

28. Гримитлин A.M. Отопление и вентиляция производственных помещений/ A.M. Гримитлин, Т.А. Дацюк, Г.Я. Крупкин, А.С. Стронгин, Е.О. Шилькрот. Санкт Петербург. Изд-во «АВОК Северо-Запад», 2007.-399с.

29. Гримитлин М.И. Распределение воздуха в помещениях/ М.И. Гримитлин. Санкт - Петербург, Изд-во «АВОК Северо-Запад», 1994.-315 с.

30. Гримитлин М.И. Вентиляция и отопление цехов машиностроительных предприятий/ М.И. Гримитлин, Г.М. Позин, О.Н. Тимофеева. -М.: Машиностроение. 1993.-288с.

31. Гухман А.А. Введение в теорию подобия/ А.А.Гухман. М.: Высшая школа, 1963.- 272с.

32. Гухман А.А. Теория подобия, анализ размерностей, характеристические масштабы / А.А. Гухман, А.А. Зайцев. М.: МГОУ, 1993. - 217 с.

33. Дасоян М.А. Оборудование цехов электрохимических покрытий/ М.А. Дасоян, И .Я. Пальмская. JI.Машиностроение, 1979. -287с.

34. Дацюк Т.А. Моделирование рассеивания вентиляционных выбросов/ Т.А.Дацюк. Автореф. дисс. на соиск. уч. ст. д.т.н. -Санкт-Петербург. -2000. -45с.

35. Дацюк Т.А. Анализ результатов физико-математического моделирования при решении задач промышленной вентиляции/ Т.А.Дацюк, В.В. Дерюгин, В.Ф. Васильев, Ю.П.Ивлев//Изв. вузов «Строительство» №9, 2003.

36. Егоров, И.В. Моделирование химически неравновесного течения газа в канале переменного сечения/ И.В.Егоров, Д.В.Иванов// Мат. моделир. -1997.-т.9, №11.-С.85-100.

37. Егоров, И.В. Применение полностью неявных монотонных схем для моделирования плоских внутренних течений/И.В.Егоров, Д.В.Иванов // ЖВМ и МФ. 1996.- Т. 36, №12.- С.91-107.

38. Елинский И.И. вентиляция и отопление гальванических цехов машиностроительных предприятий/ И.И.Елинский. -М.: «Машиностроение».-1971.-125с.

39. Идельчик И.Б. Аэродинамика технологических аппаратов. Подвод, отвод и распределение потока по сечению аппаратов/. — М.: Машиностроение.-1983.-351 с.

40. Кувшинов Ю.Я. Энергосбережения при кондиционировании микроклимата гражданских зданий/ Ю.Я. Кувшинов. Автореф. дисс. на соискание уч. ст. д.т.н. -М.: МИСИ, 1989.-48 с.

41. Кудрявцев Е.В. Моделирование вентиляционных систем/ Е.В. Кудрявцев. М.: Стройиздат, 1950 - 192 с.

42. Кун М.Ю. Исследование воздухообмена на модели при выделении в помещении газов тяжелее воздуха/ М.Ю. Кун. Научные работы институтов охраны труда ВЦСПС, вып. 47. 1967. - с. 21- 26.

43. Кун М.Ю. Изучение на модели распределения концентраций тяжелых газов в цехах химических заводов/ М.Ю. Кун. Научные работы институтов ох-ранытруда ВЦСПС, вып. 45. 1967. - С. 33 - 39.

44. Лапин, Ю.В. Внутренние течения газовых смесей/ Ю.В. Лапин, М.Х. Стрелец. -М.: Наука, 1989. -368с.

45. Луговский С.И. Совершенствование систем промышленной вентиляции/ С.И. Луговский, Г.К. Дымчук. М.: Стройиздат. 1991.-133с.

46. Максимов Г.А. Отопление и вентиляция ч.2 Вентиляция/ Г.А. Максимов. М.: изд-во высшая школа. 1968.-463с.

47. Марчук Г.И. Методы вычислительной математики/ Г.И. Марчук. -М.: Наука, 1989. -608с.

48. Неверовская И.О. Вентиляция в цехе декоративных гальванопокрытий автомобильного завода им. Ленинского комсомола. Вентиляция на московских промышленных предприятиях/ И.О. Неверовская, И.С. Середнева. М.:МДНТП, 1979. -С.23-29.

49. Патанкар, С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости/С. Патанкар. М.: Энергоатомиздат, 1984.- 152с.

50. Поз М.Я. Основы специальности/ М.Я.Поз //. Журнал АВОК.- №1 -1990.- с. 8- 14.

51. Поз М.Я. Расчёт параметров воздушных потоков в вентилируемых помещениях на основе «склейки» течений/ М.Я. Поз, Р.Д. Кац, А.И. Кудрявцев.

52. Воздухораспределение в вентилируемых помещениях зданий. -М.:1984.-с.26-51.

53. Позин Г.М. Принципы разработки приближенной модели тепловоз-душных процессов в вентилируемых помещениях/ Г.М. Позин // Изв. вузов. Строительство и архитектура. Новосибирск, 1980. №11. - с. 122-127.

54. Полежаев, В.И. Математическое моделирование тепломассообмена на основе уравнений Навье-Стокса/ В.И. Полежаев, А.В. Бунэ, Н.А. Верезуб. -М.: Наука, 1987. -272с.

55. Полосин И.И. Воздухообмен в химических цехах/ И.И. Полосин // Водоснабжение и санитарная техника. №3. — 1975. — с. 15 — 18.

56. Полосин И.И. Расчёт концентраций загрязнённых веществ в помещениях с нестационарными источниками вредностей/ И.И. Полосин, С.Н. Кузнецов //Изв. вузов. Строительство, 1998.-№7 с.83 - 85.

57. Полосин И.И. Организация воздухообмена в цехах производства стирола/ И.И. Полосин //Изв. вузов. Строительство и архитектура. №6. — 1974. -с. 80-83.

58. Полосин И.И. Охрана атмосферы от выбросов промышленной вентиляции и котельных/ И.И. Полосин. Воронеж. ВГАСУ. 2007.-191с.

59. Полушкин В.И. Основы аэродинамики воздухораспределения в системах вентиляции и кондиционирования воздуха/ В.И. Полушкин. Л.: ЛГУ,-1978.- 135 с.

60. Портянников А.В. Построение эффективного воздухообмена для помещений производств с местной вытяжной вентиляцией/И.И. Полосин, С.Н. Кузнецов, А.В. Портянников, А.В. Дерепасов// Известия КазГАСУ. -2009.-№1(11).- С.191-195.

61. Портянников А.В. Реализация математической модели для оценки эффективности схем организации воздухообмена в цехах гальванопокрытий /И.И. Полосин, С.Н. Кузнецов, А.В. Портянников, А.В. Дерепасов// Приволжский научный журнал.-2009.-№2( 10). С. 42-47.

62. Посохин В.Н. Расчёт местных отсосов от тепло- и газовыделяющего оборудования/ В.Н. Посохин. -М.: Машиностроение, 1984. 160 с.

63. Рекомендации по выбору способов подачи и типов воздухораспределительных устройств в промышленных зданиях. АЗ-960.М.: ГПИ Сантехпроект. 1987.-17с.

64. Рекомендации по расчету вентиляционных выбросов от ванн хромирования и цианистых ванн гальванических цехов. М.: Проектпромвентиляция. 1971.-7с.

65. Роуч П. Вычислительная гидродинамика/ П. Роуч .- М.: Мир, 1980.-616 с.

66. Руководство по проектированию отопления и вентиляции предприятий машиностроительной промышленности. Гальванические и травильные цехи. М.:ЦБНТИМинмонтажспецстроя, 1980. 20 с.

67. Сазонов Э.В. Научно-методические основы организации воздухообмена в производственных помещениях/ Э.В. Сазонов. Автореф. дисс. на соискание уч. ст. д.т.н. Воронеж, 1973. — 45 с.

68. Самарский, А.А. Теория разностных схем/ А.А. Самарский. -М.: Наука, 1977. -656с.

69. Санников П.А. Моделирование воздухообмена в помещениях с выделением газов/ П.А. Санников. Вопросы промышленной вентиляции. Казань. Таткнигоиздат. 1955. -134с.

70. Сарманаев, С.Р. Моделирование микроклимата жилых и производственных зданий/ С.Р. Сарманаев, Б.М. Десятков // Изв. вузов. Строительство. -2002. -№1-2, с.70-78.

71. СНиП 41-01-2003. Отопление, вентиляция, кондиционирование. М.: ЦИТП. 2003.-28с.

72. Сорокин Н.С. Вентиляция, отопление и кондиционирование воздуха на текстильных предприятиях/ Н.С. Сорокин. М.: Легкая индустрия, 1974.-328с.

73. Сотников А.Г. Системы кондиционирования и вентиляции с переменным расходом воздуха/ А.Г. Сотников. Л.: Стройиздат, 1984. - 148 с.

74. Стрелец М.Х. Метод масштабирования сжимаемости для расчета стационарных течений вязкого газа при произвольных числах Маха/ М.Х. Стрелец, М.М. Шур//ЖВМ и МФ. -1988. -Т.28, №2. -С.254-266,

75. Табунщиков Ю.А. Расчёты температурного режима помещения и требуемой мощности для его отопления или охлаждения/ Ю.А.Табунщиков. М.: Стройиздат, 1981. - 67 с.

76. Талиев В.Н. Аэродинамика вентиляции/ Талиев В.Н. Талиев В.Н. -М.: Стройиздат, 1979. -295 с.

77. Титов В.П. Новый взгляд на старую проблему/ В.П. Титов // Журнал АВОК. № 3/4, 1992. - с. 16 - 17.

78. Турбулентность/ Под ред. П. Бредшоу. М.: Мир, 1980. -343с.

79. Успенская JI. Б. Математическая статистика в вентиляционной технике/ JI. Б. Успенская. М.: Стройиздат, 1980. - 106 с.

80. Флетчер К. Вычислительные методы в динамике жидкостей/ К. Флет-чер.- М.: Мир, 1991.- Т1.-418 с.

81. Харлоу Ф. X. Численный метод частиц в ячейках для задач гидродинамики // Вычислительные методы в гидродинамике.—М.: Мир.—1967.— С. 316-342.

82. Хартвич, П.М. Односторонняя схема высокой точности для расчета несжимаемых трехмерных течений по уравнениям Навье-Стокса/ П.М. Хартвич, Ч.-Х. Су // Аэрокосмическая техника. -1990. -№7. -С.95-105.

83. Эльтерман В.М. Вентиляция химических производств/ В.М. Эльтер-ман. М.: Химия 1980. - 284 с.

84. Эльтерман В.М. Охрана воздушной среды на химических и нефтете-химических предприятиях/ В.М. Эльтерман. М.: Химия, 1985. - 160 с.

85. Busnaina A.A., Submicron particle transport and deposition in a CVD chamber/ A.A.Busnaina, X.Zhu, X.Zheng //Proc. of the 11th International Symposium on Contamination Control, Westminster, London, September 21-25. -1992. -P.291- 298.

86. Cline M.C. Computation of two-dimensional, viscous nozzle flow/M.C. Cline //AIAA Journal. -1976. -vol.14, №3. -P.295-296.

87. David W. B. Indoor air quality and HVAC systems/ W.B. David. Lewis Publishers, 1993, 273p.

88. Fujii S. Characterization of airflow turbulence behind HEPA filters/ S.Fujii, K.Yuasa, Y.Arai, N.Ohigashi, Y.Suwa //Proc. of the 11th International Symposium on Contamination Control, Westminster, London, September 21-25. -1992. -P.581-584.

89. Hayashi Т. Proposal of air supply method for clean tunnel sys-tem/T.Hayashi //Proc. of the 8th International Symposium on Contamination Control, Milan, Italy, September 9-11. -1986. -P.l 18-128.

90. Kahaner D. Numerical Methods and Software / D.Kahaner, C. Moler, S. Nash,. Prentice-Hall, New Jersey, 1989.

91. Kjellgren P. An arbitrary Lagrangian-Eulerian finite element method/ P. Kjellgren, J. Hyvarinen // Comput. Mechanics. -1998. -Vol.21. -№1. -P.81-90.

92. Kraft G., Lehrbuch der Heizungs-luftungs-und klimotechnik, B.2-lufitungs- und klimatechnik, verlag theodor steinkupff Dresden? 1976.-436c.

93. Kuchn Т.Н. Numerical results of cleanroom flow modelling exercise/ T.H.Kuchn, D.Y.H.Pui, J.P.Gratzek//Proc. of the 37th Annual Technical Meeting, San Diego, California, May 6-10. -1991. -P.98-107.

94. Lemaire T. Evaluation of computer flow modelling in operating theatres/ T.Lemaire, P.J.Ham, P.G.Luscuere//Proc. of the 13th International Symposium on Contamination Control, The Hague, The Netherlands, September 16-20. -1996. -P.585-592.

95. Malmstrom G. Ventilation efficiency. Environment International/ G. Malmstrom, J. Ostrom. Norwegian Institute of Technology, Division of Heating and Ventilating, Volume 8, Issues 1-6, 1982, P. 473-481.

96. Nielsen Peter V. Berechnung der Luftbewegung in einem zwangsbeluf-ten Raum. Gesundheits - Ingenieur. 1973. - 94 - №10. - P. 299 - 302.

97. Patankar S. Numerical Heat Transfer and Fluid Flow/S. Patankar. 1980. -NY. - 273p.

98. Rakoczy Т. Design of Clean Production Areas Large Clean Room Areas for Flexible Utilization/T.Rakoczy//Proc. of the 8th International Symposium on Contamination Control, Milan, Italy, September 9-11. -1986. -P.218-226.

99. Shuen J.S. A time-accurate algorithm for chemical non-equilibrium viscous flows at all speeds/J.S.Shuen, K.H.Chen, Y.Choi//AJAA Pap. -1992. -№923639. -P.5-14.

100. Srinivasan K. Segmented multi grid domain decomposition procedure for incompressible viscous flow/K. Srinivasan, S .G.Rubin//International Journal of Numerical Methods in Fluids. -1992. -Vol.15. -P.1333-1335,

101. TenPas P.W. Coupled space-marching method for the Navier-Stokes equations for subsonic flows/P.W.TenPas, R.H. Fletcher//AIAA J. 1991. -Vol.29, №2. -P.219-226.

102. Toshiaki N. Study on heat current in vertical laminar flow cleanroom/N. Toshiaki/ZProc.of the 10th International Symposium on Contamination Control, Zurich, Switzerland, September 10-14. -1990. -P.52-56.