автореферат диссертации по строительству, 05.23.03, диссертация на тему:Совершенствование процесса и технологии вихревой очистки воздуха от пыли в системах местной вытяжной вентиляции

На правах рукописи

ШЕВЧЕНКО АЛЕКСАНДР ВЛАДИМИРОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА И ТЕХНОЛОГИИ ВИХРЕВОЙ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА ОТ ПЫЛИ В СИСТЕМАХ МЕСТНОЙ ВЫТЯЖНОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ

05.23.03 «Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ростов-на-Дону, 2005

Работа выполнена в Ростовском государственном строительном университете

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор Беспалов В.И.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Комиссаров К.Б. кандидат технических наук, доцент Руденко Н.Н.

Ведущая организация: ОАО - институт «Ростовский Промстройниипроект»

Защита состоится <_ЦЬ> мая 2005 г. в 12:00 часов на заседании диссертационного совета КР 212.207.09 в Ростовском государственном строительном университете по адресу: 344022, г.Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГСУ.

Автореферат разослан «_11_» апреля 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук, профессор

/

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Антропогенное загрязнение воздушного бассейна застроенных территорий представляет собой большую опасность, так как обусловлено значительной концентрацией источников выбросов загрязняющих веществ в зонах наиболее вероятностного нахождения людей.

Перечень видов загрязняющих веществ в выбросах постоянно увеличивается, что связано с развитием производственных технологий, появлением новых видов искусственного сырья и рядом других причин. Особое место в комплексе задач, связанных с охраной воздушного бассейна, а также с обеспечением комфортных условий труда в производственных помещениях и на территориях промышленных площадок, занимает «пылевой фактор», так как из всех видов примесей, загрязняющих воздушную среду, максимальная доля принадлежит различной по своим физико-химическим свойствам пыли. Наибольшую опасность при этом представляет мелкодисперсная пыль, размеры частиц которой не превышают 50 мкм.

Значительный вклад в загрязнение воздушного бассейна пылью вносят предприятия строительной индустрии, горнодобывающей промышленности и машиностроения, в состав которых, как правило, входят деревообрабатывающие участки, образующие и выделяющие в воздушную среду мелкодисперсную древесную пыль, способную находиться в воздухе длительное время.

В результате без организации целенаправленных мероприятий резко возрастает концентрация пыли в воздухе рабочей зоны производственных помещений и промышленных площадок, что в конечном счете негативно отражается в целом на состоянии воздушного бассейна застроенных территорий.

Поэтому сведение к минимальным или хотя бы к нормативным значениям концентрации пыли в воздушной среде является одной из актуальных проблем в области охраны воздушного бассейна и обеспечения комфортных условий жизнедеятельности людей.

Для поддержания пылевых параметров воздушной среды в соответствии с нормативными требованиями в настоящее время широко используют системы вентиляции, эффективность которых обусловливается рациональной организацией процессов удаления пылевого аэрозоля непосредственно из зон его образования и выделения, а также очистки выбрасываемого в воздушный бассейн воздуха. Однако вопросы, связанные с устойчивостью и энергетикой пылевого аэрозоля как дисперсной системы в процессе обеспыливания воздуха, остаются до конца не выясненными. Также пока еще недостаточно изучены энергетические параметры пылевого аэрозоля, определяющие условия разделения его дисперсной фазы и дисперсионной среды при реализации аэродинамической очистки воздуха от пыли вихревыми потоками - одной из наиболее простых и эффективных технологий обеспыливания, реализуемой в системах местной вытяжной вентиляции. Кроме того, задачей особой важности является выбор оптимальных конструктивных особенностей и рабочих характеристик циклонного аппарата еще на стадии проектирования систем местной вытяжной вентиляции деревообрабатывающих

участков предприятий строительной индустрии, горнодобывающей промышленности, машиностроения и других отраслей.

Целью работы является разработка метода расчета эффективности и экономичности процесса аэродинамической вихревой очистки воздуха от древесной пыли, реализуемой в циклонных аппаратах систем местной вытяжной вентиляции.

Идея работы заключается в управлении энергетическими параметрами вихревого потока и пылевого аэрозоля в активной зоне очистки воздуха от пыли. Научная новизна работы:

- установлены зависимости энергетических свойств пыли и аэродинамических параметров воздушного потока;

-получена параметрическая зависимость энергоемкостного показателя как критерия оценки экономичности процесса с учетом эффективности его реализации и аэродинамических параметров запыленного потока; -разработана методика расчета и оптимизации параметров процесса аэродинамической вихревой очистки воздуха от древесной пыли на основе обеспечения ПДК пыли в воздушном бассейне промышленных площадок и прилегающих территорий.

На защиту выносятся следующие основные положения:

- процесс аэродинамической вихревой очистки воздуха от пыли можно однозначно характеризовать энергоемкостным показателем, который учитывает его эффективность, аэродинамические и технологические параметры в активной зоне очистки;

- выполненное математическое описание энергоемкостного показателя процесса аэродинамической очистки воздуха от пыли вихревыми потоками позволяет оптимизировать параметры и прогнозировать эффективность реализации процесса для условий деревообрабатывающего производства без проведения предварительных опытных испытаний;

- анализ зависимости энергоемкостного показателя процесса аэродинамической вихревой очистки воздуха от пыли позволяет определить пути дальнейшего совершенствования технологий его реализации.

Достоверность научных положений обоснована использованием в исследованиях основополагающих законов фундаментальных наук, достаточным объемом экспериментов в лабораторных условиях, использованием современных методик исследований и обработки экспериментальных данных, сходимостью теоретических и экспериментальных результатов в пределах максимальной погрешности ± 12,5% для эффективности очистки и ±9,2% для энергоемкостного показателя процесса при доверительной вероятности 0,95, высокой эффективностью практического использования разработанных теоретических положений и инженерных расчетов, обеспечивших ПДК пыли в воздушном бассейне.

Практическая ценность и реализация результатов исследований.

Разработана методика, а на ее основе - программа для ЭВМ, позволяющие подбирать оптимальные размеры конструктивных частей циклонных аппаратов, а также рассчитывать их оптимальные рабочие параметры.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы:

- при разработке проекта деревообрабатывающего цеха Каневского завода газовой аппаратуры на стадии реконструкции предприятия (ОАО - институт «Ростовский Промстройниипроект»);

- в учебном процессе Ростовского государственного строительного университета при проведении практических занятий по курсам: «Техника и технология защиты окружающей среды», «Безопасность жизнедеятельности (охрана окружающей среды)», «Процессы и аппараты окружающей среды».

Апробация работы. Основные положения работы доложены на Международной школе-семинаре «Промышленная экология» (Ростов-на-Дону, РГСУ, 2000, 2001, 2002 г.), на Международной научно-практической конференции «Строительство-2002» (Ростов-на-Дону, РГСУ, 2002 г.), на Международной научно-практической конференции «Строительство-2003» (Ростов-на-Дону, РГСУ, 2003 г.)

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 7 работах, список которых приведен в конце автореферата.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений, содержит 112 страниц машинописного текста, 22 рисунка, 7 таблиц. Библиография включает 180 наименований.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом НИР кафедры «Инженерная защита окружающей среды» Ростовского государственного строительного университета по госбюджетной теме: «Создать и внедрить инженерные системы обеспечения чистоты воздуха в производственных помещениях и предупреждения загрязнения атмосферы промышленных площадок» peг.N 01.860070360 в рамках комплексной научно-технической программы "Человек и окружающая среда".

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении представлен анализ состояния проблемы загрязнения воздушного бассейна древесной пылью от деревообрабатывающих участков предприятий различных отраслей промышленности, в частности, строительной индустрии, горнодобывающей промышленности и машиностроения. Обоснована актуальность темы, сформулирована цель работы, представлена структура и дано ее общее описание. Изучены основные факторы, определяющие выбор оптимальных размеров конструктивных частей циклонных аппаратов для конкретных производственных условий.

В главе 1 проанализированы место и роль процесса аэродинамической вихревой очистки воздуха от пыли в классификационной схеме систем борьбы с промышленной пылью. Отмечено, что в рамках этой схемы циклонный аппарат реализует аэродинамический метод очистки воздуха от пыли вихревым тангенциально закрученным потоком.

Изучение пылевого аэрозоля в качестве дисперсной системы, поведения пылевых частиц в условиях внешних воздействий, исследование ряда задач, связанных со снижением концентрации пыли в воздухе, совершенствование техники обеспыливания нашли отражение в работах В.И. Беспалова, Е.И. Богуславского, В.Е. Глузберга, Н.Ф. Гращенкова, В.В. Дьякова, В.К. Журавлева, В.П. Журавлева, Г.С. Забурдяева, И.Г. Ищука, Б.Ф. Кирина, Ф.С. Клебанова, В.В. Кудряшова, И.Ф. Ливчака, И.Н. Логачева, С.И. Луговского, А.Б. Лукьянова, М.А. Менковского, В.А. Минко, B.C. Никитина, Н.В. Перцева, Г.А. Позднякова, В.И. Саранчука, Н.А. Страховой, А.А. Цыцуры, Л.А. Шварцмана, Е.А. Штокмана и др. В этих исследованиях использованы основополагающие концепции механики многофазных сред, аэродинамики, термодинамики, физической и коллоидной химии, основные принципы технологии реализации обеспыливания воздуха в комплексе с результатами экспериментальных исследований.

Построенный энергетический баланс дисперсных систем, участвующих в процессе аэродинамической вихревой очистки, представлен блок-схемой (рис. 1) и положен в основу анализа энергетических параметров процесса (W/3, Ws"3, Ws°3, Wsn4), характеризующих его «полезную» (Wno) и «затраченную» (N„0) энергии.

В результате реализации процесса очистки воздуха от пыли «остаточная-3» дисперсная система приобретает намного больший энергетический потенциал по сравнению с «промежуточной-3» дисперсной системой, что и определяет эффективность процесса очистки. Совокупность отдельных видов энергетических параметров пылевого аэрозоля как дисперсной системы определяется его суммарной свободной поверхностной энергией (Ws). Чем меньше Ws пылевого аэрозоля, тем меньше его энергетическая активность и тем ближе он находится к состоянию разрушения. Зная суммарную свободную поверхностную энергию пылевого аэрозоля, можно судить о его устойчивости.

Так как процесс очистки воздуха от пыли реализуется на практике весьма продолжительное время, энергетические параметры пылевого аэрозоля будем в дальнейшем рассматривать приведенными к единице времени и физически выражать в Вт.

Построение модели поведения пылевого аэрозоля невозможно без изучения свойств его дисперсной фазы и дисперсионной среды. В современных исследованиях предложен подход к рассмотрению свойств и поведения пылевого аэрозоля, основанный на базовых положениях теории дисперсных систем, что также подтверждается применением классических положений физической и коллоидной химии к анализу свойств и состояния пылевого аэрозоля.

Блок-схема энергетического баланса дисперсных систем, участвующих в процессе аэродинамической вихревой очистки воздуха от пыли

Рис.1

Описание поведения пылевых частиц в турбулентном потоке пылевого аэрозоля возможно на основе законов турбулентного движения дисперсионной среды, которые положены нами в основу дальнейших исследований:

(1)

(2)

(3)

(4)

В настоящее время разработано большое количество аппаратов аэродинамической вихревой очистки воздуха от пыли, основными из которых являются циклоны, отличающиеся друг от друга формой, соотношением размеров конструктивных элементов, производительностью, эффективностью очистки и другими параметрами. Наибольшее распространение получили циклонные аппараты, принцип работы которых основан на организации противоточного движения потока. К цилиндрическим конструкциям относятся циклоны НИИОГАЗ (ЦН-11, ЦН-15, ЦН-15У, ЦН-24) и центробежные отделители ЛИОТ-ЦОЛ. К циклонам с прямым конусом относят: циклоны НИИОГАЗ (СК-ЦН-34, СК- ЦН-34М, СДК-ЦН-33), СИОТ, РИСИ, циклоны УЦ. К циклонам с обратным конусом относят циклоны ВЦНИИОТ.

Существует достаточно большое количество методик выбора типа и расчета рабочих параметров циклонов, разработанных отечественными и зарубежными учеными (М.И. Банит, В.И. Беспалов, Е.И. Богуславский, А.Ю. Вальдберг,

Г.М. Гордон, В.В. Дьяков, В.П. Журавлев, Г.С. Забурдяев, И.Г. Ищук, Б.Ф. Ки-рин, Ф.С. Клебанов, П.А. Коузов, В.В. Кудряшов, И.Ф. Ливчак, И.Н. Логачев, В.А. Минко, Г.А. Поздняков, А.А. Русанов, В.И. Саранчук, В.Н. Ужов, М.И. Ши-ляев, Е.А. Штокман и др.). Однако расчеты по известным методикам в отдельных случаях (например, для древесной пыли) дают весьма приближенные результаты.

Наиболее приемлемой для выбора циклонного аппарата и оптимизации его рабочих параметров является «физико-энергетическая» методика, разработанная и апробированная для других технологий обеспыливания воздуха (например, для гидрообеспыливания). Основными оптимизационными критериями в этой методике выступают эффективность обеспыливания воздуха Еэф и энергоемкостный показатель которые для рассматриваемого процесса очистки воздуха пока не имеют математического описания.

Энергоемкостный показатель е учитывает эффективность обеспыливания и позволяет оценить, насколько эффективно используется затраченная энергия с точки зрения достижения цели процесса обеспыливания - снижения запыленности воздуха. Детальный анализ действующих механизмов в процессе обеспыливания позволяет эффективно использовать каждый из этих механизмов, определить пути совершенствования процесса и получить возможность аналитического прогнозирования и оптимизации его рабочих параметров.

В главе 2 представлено математическое описание процесса очистки, которое заключается в выявлении параметрических зависимостей эффективности очистки и энергоемкостного показателя. С учетом вероятностного характера процесса эффективность очистки записана в виде:

где соответствующие физические механизмы удаления частиц дис-

персной фазы из вихревого потока пылевого аэрозоля . Энергоемкостный показатель процесса очистки определяли по формуле:

рэ _ Wno _ ZW; (g)

где - энергетический параметр, характеризующий полезную энергию процесса очистки, расходуемую непосредственно на разделение дисперсной фазы и дисперсионной среды пылевого аэрозоля, Вт; W, - энергетический параметр, характеризующий полезную энергию каждого 1-ГО механизма процесса очистки, Вт;

- энергетический параметр, характеризующий энергию, затраченную на организацию процесса очистки воздуха от пыли, Вт.

При описании процесса аэродинамической вихревой очистки воздуха от пыли нами выделены следующие зоны сепарации частиц пыли из пылевого аэрозоля, при этом в каждой зоне имеются свои механизмы процесса очистки: - центробежная, которая начинается непосредственно от входа тангенциально закрученного потока пылевого аэрозоля в активную зону очистки. Конечная граница центробежной зоны соответствует сечению, в котором центробежная составляющая скорости потока становится равной аксиальной составляющей

- инерционная, в которой под действием силы инерции потока обеспечивается транспортировка пылевых частиц, выделенных в центробежной зоне, в зону гравитации. Конечная граница соответствует сечению, для которого выполняется следующее условие:

У„< Уй (7)

где Ус - скорость седиментации пылевых частиц, м/с;

- гравитационная, в которой происходит осаждение пылевых частиц под действием силы тяжести. Конечная граница соответствует поверхности, на которой осаждается пыль.

С учетом описанного выше формула (5) представлена в следующем виде:

где -соответственно эффективности центробежного, инерционного и

гравитационного механизмов реализации процесса.

При этом под эффективностью центробежного механизма (зона 1) будем понимать эффективность воздействия центробежной силы потока на пылевые частицы, обеспечивающего их выведение из потока аэрозоля, которую определим по формуле:

(9)

где - массовая скорость частиц, поступающих в центробежную зону на очистку, кг/с.

При определении эффективности инерционного механизма (зона 2) необходимо учесть, что он реализуется не только при транспортировке удаленных из потока в зоне 1 частиц, но и при их коагуляции вследствие различия в скоростях и направлениях их движения. На основе теории вероятности эффективность инерционного механизма очистки представлена следующей формулой:

Е™=\-(}-Е^М1-Е"4), (10)

где Е'ф,Е"£- соответственно эффективности коагуляции частиц пыли и их транспортировки в гравитационную зону.

Эффективность гравитационного механизма (зона 3) описана следующей зависимостью:

-у; У2 -о,ош[с/,3]^2

= 1-0,0Щ<*,3],

(И)

где -соответственно массовые скорости частиц пыли, уловленных в

инерционной и гравитационной зонах, а также не уловленных в гравитационной зоне, кг/с.

Подстановкой (9), (10), (11) в (8) получена параметрическая зависимость эффективности аэродинамической вихревой очистки:

где ёвих - диаметр вихря, м; 8пал1- площадь поперечного сечения струи пылевого аэрозоля, создающей крутку, м2; ¿¡м- коэффициент сопротивления среды движению пылевой частицы со средним медианным диаметром

Кроме эффективности, другим результирующим параметром процесса аэродинамической вихревой очистки является энергоемкостный показатель, характеризующий экономичность реализации процесса и описываемый формулой (6).

Для получения параметрической зависимости энергоемкостного показателя аналогично эффективности рассмотрены физические механизмы реализации процесса аэродинамической вихревой очистки (по трем выделенным зонам). Для каждого механизма выделены и математически описаны виды полезной энергии, расходуемой на обеспечение соответствующих видов эффективности, а также виды затраченной энергии.

В зоне реализации центробежного механизма процесса очистки в качестве полезной принята кинетическая энергия тех пылевых частиц, у которых центробежная сила Рц больше либо равна силе сопротивления среды Рс и которые удаляются из потока пылевого аэрозоля в центробежной зоне. Энергетический параметр, характеризующий полезную энергию центробежного механизма (зона 1), представлен в виде:

(13)

где -максимальный диаметр частиц дисперсной фазы, поступивших на очистку, м; Л -длина центробежной зоны по оси вихря, м; V, -массовая скорость частиц пыли в центробежной зоне, кг/с; -центробежная скорость частицы, м/с; расход воздуха, поступающего в зону очистки, м3/с; -начальная концентрация частиц дисперсной фазы пылевого аэрозоля, поступившего в зону очистки, кг/м3;

- соответственно площади поперечного сечения вихря и «внешней»

дисперсной системы

IX

вого аэрозоля), создающей тангенциально-

закрученный поток, м2; -средняя центробежная составляющая скорости

п

частиц дисперсной фазы в зоне I, м/с.

Энергетический параметр, характеризующий полезную энергию инерционного механизма (зона 2), можно представить в общем виде следующим образом:

где 12 -длина инерционной зоны по оси вихря, м; £/Шах2 - максимальный диаметр частиц дисперсной фазы, поступивших в зону 2, м; V, -массовая скорость частиц пыли в инерционной зоне, кг/с; Ут -скорость частиц пыли в инерционной зоне,

м/с;

- средняя аксиальная составляющая скорости частиц дисперсной фазы

в зоне 2, м/с.

В зоне реализации гравитационного механизма процесса цолезной энергией будем считать кинетическую энергию осаждения пылевых частиц. Энергетический параметр, характеризующий полезную энергию гравитационного механизма (зона 3), можно представить в общем виде следующим образом:

К' = Т 0334х&хС,хМ^,

1-4,, О Л?«5О

(15)

где -длина гравитационной зоны по оси вихря, м; - максимальный диаметр частиц дисперсной фазы, поступивших в гравитационную зону, м; V. - массовая скорость частиц пыли в гравитационной зоне, кг/с; У^ -скорость гравитационного осаждения пыли, м/с; ^¡о - медианный диаметр частиц дисперсной фазы пылевого аэрозоля, поступивших на очистку, м; рг -плотность воздуха, кг/м3; ¿,50 коэффициент сопротивления среды движению частиц пыли диаметром

Энергетический параметр, характеризующий затраченную на реализацию процесса очистки энергию, определим по формуле:

ЛЧР0|х&, (16>

где - давление воздуха, создаваемое побудителем тяги во входном сечении активной зоны очистки, Па; 0ц- расход воздуха в том же сечении, м3/с. Подставив (13) - (16) в (6), получим:

где -тангенциальная составляющая скорости, м/с; -аксиальная составляющая скорости, м/с; d -диаметр вихря, м; -диаметр входящего закручивающегося потока, м.

Таким образом, получена возможность расчета значений энергоемкостного показателя процесса аэродинамической вихревой очистки воздуха от пыли.

Для обеспечения возможности оптимизации параметров процесса аэродинамической вихревой очистки воздуха от пыли нами учтены характеристики воздуха рабочей зоны производственного помещения и воздушного бассейна промышленной площадки, в результате чего в математическом описании процесса обеспыливания сформированы два блока исходных данных для одноименных параметров: текущие значения и нормативно-справочные значения. Именно такой

учет параметров воздушной среды позволил уточнить расчетные зависимости в математическом описании процесса обеспыливания воздуха, дополнить граничные условия применимости процесса аэродинамической вихревой очистки воздуха, связать между собой внутреннюю и внешнюю задачи обеспыливания.

Для обеспечения возможности расчета с помощью ЭВМ совокупности приведенных выше зависимостей разработан алгоритм аналитического моделирования процесса, который реализован программой «ум1ех_2». Такое моделирование аэродинамической вихревой очистки осуществлено нами для всего спектра реально возможных его параметров. Выполнены расчеты энергоемкостного показателя процесса с учетом его эффективности при использовании различных видов пыли: древесной ( р:=400 кг/м3), керамзитовой (р:=850 кг/м3), горелой формовочной смеси от участка приготовления (р=1650 кг/м3), а также варьировании: площади тангенциального подводящего потока (8|) от 0,0008 до 0,0024 м3, расхода запыленного воздуха ((^г) от 4,48*3 до 0,0463 м3/с и концентрации пыли (С) от 300 до 19000 мг/м3. Диаметр вихревой зоны составлял <1ВЯХ:=0,13 м. По результатам аналитических расчетов построены:

- графики зависимостей эффективности обеспыливания и энергоемкостного показателя рассматриваемого процесса очистки от аэродинамических характеристик пылевоздушного потока и физико-химических свойств пыли (пример на рис. 2);

- графики зависимости энергоемкостного показателя аэродинамической вихревой очистки от энергетических параметров пылевоздушного потока и технологического оборудования системы очистки (пример на рис.3).

Анализ графических зависимостей (рис.2, 3), во-первых, подтверждает вывод о том, что бессмысленно ставить вопрос о наилучших параметрах аэродинамической вихревой очистки безотносительно к условиям применения рассматриваемой технологии обеспыливания воздуха, во-вторых, позволяет установить следующие закономерности:

- эффективность очистки воздуха от пыли зависит от дисперсного состава пыли, используемого в расчетах для определения количества пылевых частиц, на которые действуют центробежные и гравитационные силы;

- с уменьшением диаметра вихря увеличивается эффективность очистки за счет увеличения коэффициента крутки потока;

- с увеличением площади входного сечения в активную зону вихря коэффициент крутки снижается и эффективность очистки падает;

- протяженность центробежной зоны вихря зависит от коэффициента крутки пы-левоздушного потока, то есть от соотношения площадей входного сечения в активную зону вихря и самого вихря;

- при увеличении расхода пылевоздушного потока протяженность центробежной зоны вихря и коэффициент крутки потока на выходе из зоны не меняются. Изменяются лишь аксиальные и центробежные составляющие скорости двухфазного потока пропорционально друг другу;

Теоретическая зависимость эффективности очистки от скорости воздуха во входном тангенциальном патрубке

4 6 8 10 12 14

V»», м/с

1 -древесная пыль (р:=400 кг/м3); 2 - пыль керамзита (р==850 кг/м3); 3 - пыль горелой формовочной смеси с участка приготовления (р==1650 кг/м3)

Рис.2

Теоретическая зависимость энергоемкостного показателя процесса аэродинамической вихревой очистки воздуха от значений суммарной полезной и затраченной энергий

К кВт

а - для древесной пыли ( р= 400 кг/м3); б - для керамзитовой пыли ( р==850 кг/м3); в - для пыли горелой формовочной смеси (р== 1650 кг/м3)

Рис.3

- с увеличением коэффициента крутки пылевоздушного потока наблюдается рост параметров, характеризующих полезную и затраченную энергии процесса очистки воздуха от пыли.

Эффективность процесса аэродинамической вихревой очистки воздуха от пыли пропорционально зависит от концентрации частиц пылевого аэрозоля, средних величин центробежных и аксиальных скоростей соответственно в центробежной и инерционной зонах вихря, расхода пылевоздушного потока, плотности и среднего медианного диаметра частиц. Увеличение значений перечисленных параметров, кроме расхода пылевоздушного потока, позволяет увеличить полезную энергию рассматриваемого процесса.

В главе 3 представлены методика и результаты проведения серии экспериментальных исследований в лабораторных условиях с целью определения возможности практического использования результатов теоретических исследований.

Для проведения экспериментальных исследований в лабораторных условиях разработан и смонтирован экспериментальный стенд (рис.4).

Схема экспериментального стенда.

10

1-модель устройства аэродинамической вихревой очистки; 2-побудитель тяги;

3-лабораторный регулируемый автотрансформатор типа ЛАТР-1М;

4-электроаспиратор модели 822; 5-дозатор пыли; 6-воздуходувки лабораторные; 7-коллектор; 8-нагнетающий воздуховод;

9-источник питания; 10-аллонжи

Рис.4

Концентрацию пыли в пылевоздушном потоке, подаваемом на очистку в циклон, варьировали в пределах от 10 до 40 000 мг/м3 количеством подаваемого в дозатор 5 пылевого материала.

Предварительно определяли основные параметры свойств пылевого аэрозоля. В частности, дисперсный состав пыли исследовали методами ситового анализа и микроскопирования по стандартной методике (табл.1).

Таблица 1

Дисперсный состав частиц древесной пыли, используемой в экспериментах

Фракции Средний диа- Число Масса Процентное Нарастающий

пыли ,мкм метр фракции частиц, частиц, кг содержание итог К, %

d, мкм шт. частиц, %

(МО 5 1510 2Д1495Е-И 0,43 0.43

10+25 17,5 671 4,03015Е-10 8,23 8,66

25+50 32,5 235 9,03493Е-10 18,45 27,11

50+100 75 8 3,9б552Е-10 8,10 35,21

100+200 150 8 ЗД7242Е-09 64,79 100

§50=90 мкм

В процессе основных экспериментов проводили гравиметрическое определение концентрации пыли в воздуховодах при аспирационном способе отбора проб. Важнейшим условием обеспечения представительной пробы являлось соблюдение принципа изокинетичности в воздуховоде и во входном сечении наконечника пробоотборной трубки. При этом варьировали следующие параметры в соответствующих диапазонах:

- вид пылевого материала: древесная пыль (р=214 кг/м3), керамзитовая пыль (р~850 кг/м3) и пыль горелой формовочной смеси (р = 1800 кг/м3);

- скорость Уо =1,56 -г 18,8 м/с;

- объем засыпаемой в дозатор пыли идОз=50 + 200 мл;

- концентрацию пыли в подающем патрубке циклона

Объем экспериментальных исследований соответствует описанным в теоретических разработках условиям реализации процесса аэродинамической вихревой очистки воздуха от пыли с учетом варьирования режимных параметров в реальных диапазонах их изменения и обеспечения достоверности результатов экспериментов с доверительной вероятностью р=0,95. В каждом опыте измеряемыми результирующими параметрами являлись эффективность и энергетические затраты на организацию процесса очистки.

Примеры экспериментальных графических зависимостей эффективности очистки воздуха в циклоне от скорости пылевоздушного потока во входном патрубке и от величины заглубления выхлопного патрубка приведены на рис.5,6.

Сопоставление результатов теоретических и экспериментальных исследований проведено графическим способом с учетом погрешности измерений. Метрологическая проработка использованных в экспериментальных исследованиях приборов и статистическая обработка результатов предварительных экспериментов позволили определить, что:

- максимальная погрешность измерений концентрации пыли в воздухе используемыми приборами составляет ± 12,5% при доверительной вероятности р=0,95;

- максимальная погрешность измерений затраченной энергии используемыми приборами составляет ± 9,2% при доверительной вероятности р=0,95.

Экспериментальная зависимость эффективности очистки от скорости лылевоздушного потока во входном патрубке циклона при Ь31ГЛ=0Дм

5 10 15

У6Х, м /с

1 - древесная пыль (р:=400 кг/м3); 2 - пыль керамзита (>=850 кг/м3); 3 - пыль горелой формовочной смеси (р=1650 кг/м3) Рис.5

Экспериментальная зависимость эффективности очистки от величины заглубления выхлопного патрубка циклона при скорости потока во входном патрубке Уо==9,8 м/с

1 -древесная пыль (р:=400 кг/м3); 2 - пыль керамзита (р =850 кг/м3); 3 - пыль горелой формовочной смеси (р-=1650 кг/м3) Рис.6

На рис.7 представлен пример графического сопоставления эмпирических зависимостей, полученных корреляционным методом, с теоретическими, полученными в результате реализации математического описания эффективности очистки воздуха от пыли. На графике представлены теоретическая и эмпирическая зависимости с соответствующими зонами, обозначающими пределы погрешности измерений (доверительными интервалами).

Сопоставление теоретических и экспериментальных зависимостей эффективности очистки от скорости потока во входном патрубке (для древесной пыли, р=400 кг/м3)

1- теоретическая кривая; 2- экспериментальная кривая Рис.7

В результате сопоставления теоретических и экспериментальных зависимостей эффективности очистки в циклоне от скорости пылевоздушной смеси во входном патрубке установлено следующее:

- учитывая погрешность проведенных измерений, результаты теоретических расчетов эффективности в достаточной степени согласуются с данными экспериментальных исследований;

- оптимальная зона удаления очищенного воздуха из полости циклонного аппарата при скорости запыленного потока во входном патрубке У(/=9,8 м/с составляет: для древесной пыли Ьзаг:=0,03 м; для керамзитовой пыли Ьзлг:=0,07 м; для пыли горелой формовочной смеси - =0,03 м, а при скорости запыленного потока во входном патрубке Уо:=16,6 м/с для всех видов пыли - =0,1 м;

- чем больше плотность пыли, тем в большей степени совпадают экспериментальные и теоретические значения эффективности очистки.

На рис.8 представлен пример графического сопоставления эмпирических зависимостей энергоемкостного показателя процесса очистки воздуха от пыли, полученных корреляционным методом, с теоретическими, полученными в результате реализации математического описания.

Сопоставление экспериментальных данных с результатами теоретического описания механизмов реализации процесса аэродинамической вихревой очистки воздуха от пыли позволило выявить достаточную степень сходимости теоретических и практических данных. Это дает возможность утверждать, что построенная теоретическая концепция и ее математический аппарат вполне приемлемы для обоснования практических мероприятий, обеспечивающих обеспыливание воз-

духа, выбрасываемого в атмосферу вентиляционными системами предприятий деревообрабатывающей отрасли промышленности.

Экспериментальная зависимость энергоемкостного показателя процесса аэродинамической вихревой очистки воздуха от значений суммарной полезной и

затраченной энергий

0.1 1 2 3 4 5

N. кВт

а - для древесной пыли (р== 400 кг/м3); б - для керамзитовой пыли (р:= 850 кг/м3); в - для пыли горелой формовочной смеси (р= 1650 кг/м3)

Рис.8

В главе 4 представлены результаты практического использования теоретических разработок, конечной целью которых является обеспечение возможности высокоэффективной и экономичной организации процесса аэродинамической вихревой очистки воздуха от пыли в циклонных аппаратах при их проектировании и эксплуатации в составе систем местной вытяжной вентиляции предприятий деревообрабатывающей промышленности. Достижение этой цели возможно на основе полученных в работе результатов:

- усовершенствованного математического описания процесса аэродинамической вихревой очистки воздуха, позволившего определить параметрические зависимости его результирующих параметров (эффективности и энергоемкостного показателя) и выделить параметры, изменением которых можно управлять процессом очистки;

- методики оптимизации (по эффективности и экономичности) процесса аэродинамической вихревой очистки воздуха от пыли, позволяющей для рассматриваемых производственно-технологических условий определить наилучшие аэродинамические и геометрические параметры циклонного аппарата, а следовательно, подобрать его оптимальную конструкцию

Методика оптимизации включает следующие основные этапы:

1. Формирование информационного блока нормативно-справочных параметров для объектов, участвующих в процессе обеспыливания воздуха (производственно-технологического оборудования и процесса, воздуха рабочей зоны производственного помещения, воздуха приземного слоя атмосферы на территории промышленной площадки и т.п.).

2. Сбор и обобщение информации о реально возможных в условиях данного производства диапазонах изменения параметров реализации процесса очистки воздуха от пыли на основе характеристик используемого циклонного аппарата, результатов аэродинамического расчета вентиляционной системы, подбора тяго-дутьевого оборудования.

3. Расчет значения требуемой эффективности очистки воздуха от пыли из условий соблюдения ПДК в воздушном бассейне территории промышленной площадки по формуле:

Е^р) = (С,-С2)/С,, (18)

где: С г концентрация дисперсной фазы (пылевых частиц) на входе в циклонный аппарат, мг/м3; концентрация дисперсной фазы (пылевых частиц) на выходе из циклонного аппарата, соответствующая предельно допустимому выбросу (ПДВ) данного вида пыли, мг/м3.

4. Пошаговый расчет эффективности Еэф(ф^ по формуле (12) для рассматриваемого процесса очистки с заданными нормативно-справочными параметрами в диапазонах изменения параметров реализации процесса до тех пор, пока не будет соблюдено условие:

(19)

5. Формирование диапазона только тех значений эффективности процесса очистки воздуха от пыли, для которых соблюдается условие (19).

6. Расчет значений энергоемкостного показателя £° процесса очистки на основе формулы (17) для выявленного диапазона значений эффективности Еэф(ф) и соответствующих им значений нормативно-справочных параметров и параметров реализации процесса.

7. Выявление из совокупности полученных расчетных значений максимального значения энергоемкостного показателя , соответствующего ему значения эффективности Еэф(ф1 и решение «обратной» задачи с целью определения конкретных значений параметров реализации процесса. Именно эти значения параметров реализации процесса и будут являться оптимальными с точки зрения обеспечения максимальной эффективности процесса очистки и его экономичности.

Полученные результаты апробированы при реконструкции деревообрабатывающего цеха Каневского завода газовой аппаратуры (КЗГА), который является наиболее пылящим производственным участком на территории завода. Станки, размещенные в столярном участке и участке изготовления упаковки, образуют следующие виды отходов (табл.2,).

Деревообрабатывающие станки снабжены системой борьбы с пылью, включающей в качестве пылеулавливающих элементов встроенные местные отсосы и в качестве пылеочистного элемента - циклон марки УЦ-1100 №4 (ё=1 100 мм).

В результате предварительных исследований установлено, что древесная пыль, выделяемая рассматриваемым оборудованием, обладает следующими физико-химическими свойствами:

- насыпная плотность пылевого материала (уплотненное состояние) - 440 кг/м ;

- по адгезионной прочности относится к слабослипающейся

- смачиваемость составляет 97% (по методу пленочной флотации);

- абразивность слабая, так как коэффициент абразивности меньше 0,5х10'12 м2/кг;

Таблица 2

_Характеристики деревообрабатывающих станков__

Технологическое оборудование Вид образующихся

№п/п Наименование Кол-во отходов

1 СВА-3 1 Опилки

2 Ц6-2 1 Опилки, древесная пыль

3 К40-И 1 То же

4 КСМ-1 1 сс

5 ЦКБ-40-01 2 "

- дисперсный состав древесной пыли, поступающей на очистку, представлен в табл.3:

Таблица 3

Дисперсный состав древесной пыли, поступающей в циклон _системы аспирации деревообрабатывающего цеха КЗГА

Размер фракции 5, МКМ

25

40

50

63

100

126

160

200

250

400

Остаток g, %

17

29

37

45

66

73

80

87

94

§50 = 68 МКМ

Перечисленные исходные данные использованы нами в практической реапиза-ции предложенной методики оптимизации параметров процесса аэродинамической вихревой очистки воздуха от пыли в системе вентиляции деревообрабатывающего цеха при его реконструкции, в которой в качестве первой ступени использован бункер для сбора стружки.

Оптимизация процесса очистки заключалась в определении аэродинамических и геометрических параметров активной зоны очистки в установленном циклонном аппарате, соответствующих максимальным значениям эффективности и энергоемкостного показателя.

В результате применения методики оптимизации была получена расчетная эффективность очистки воздуха от древесной пыли в циклонном аппарате 94,5% при максимальном значении энергоемкостного показателя 1,5 %. Требуемая эффективность по расчетам составила 92,4%. Для получения расчетной эффективности и энергоемкостного показателя процесса очистки воздуха от пыли в циклонном аппарате были изменены размеры сечения входного и выходного пат-

рубков циклона, величина заглубления выхлопного патрубка, а также увеличен расход чистого воздуха, поступающего в активную зону очистки, путем подсоса его из окружающей среды.

ВЫВОДЫ

В результате теоретических и экспериментальных исследований процесса аэродинамической вихревой очистки воздуха от древесной пыли в циклонных аппаратах вентиляционных систем деревообрабатывающих производств предприятий строительной индустрии, топливно-энергетического комплекса и машиностроения достигнута возможность обеспечения нормативных санитарно-гигиенических условий в воздушной среде.

Достижение поставленной цели обеспечено решением следующих задач:

1. Исследованы закономерности процесса аэродинамической вихревой очистки воздуха от пыли в активной зоне сепарации с энергетической точки зрения.

2. Уточнено математическое описание энергетических параметров воздушной среды и частиц древесной пыли, взаимодействующих в турбулентном потоке для условий деревообрабатывающего производства.

3. Уточнено математическое описание показателей эффективности и экономичности как результирующих характеристик процесса аэродинамической вихревой очистки воздуха от древесной пыли.

4. Проведены экспериментальные исследования показателей эффективности и экономичности процесса аэродинамической вихревой очистки воздуха в зависимости от основных параметров пылевоздушного потока и активной зоны очистки

5. Определены направления эффективного и экономичного изменения параметров аэродинамической вихревой очистки воздуха и решены практические задачи по ее совершенствованию для экономичного снижения до нормативных значений концентрации пыли в воздухе рабочей зоны производственных помещений и промышленных площадок, а в конечном счете - в воздушном бассейне застроенных территорий.

6. Разработана методика оптимизации параметров аэродинамической вихревой очистки воздуха от древесной пыли на основе обеспечения ПДК пыли в воздухе рабочих зон внутри производственных помещений и на территории промышленных площадок предприятий строительной индустрии, топливно-энергетического комплекса, машиностроения и других отраслей промышленности.

7. Результаты исследований проверены на практике:

- при разработке проекта реконструкции деревообрабатывающего цеха Каневского завода газовой аппаратуры (ОАО институт «Ростовский Промстройниипро-ект»);

- в учебном процессе Ростовского государственного строительного университета при проведении практических занятий по курсам: «Техника и технология защиты окружающей среды», «Безопасность технологических процессов и производств».

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Шевченко А.В. Актуальность исследования аэродинамического метода вихревым способом очистки воздуха от пыли в строительной индустрии // Материалы Международной школы-семинара «Промышленная экология». - Ростов н/Д: РГСУ, 2001.-С.ЗЗ-Э4.

2. Шевченко А.В. Целесообразность применения аэродинамической вихревой очистки воздуха от пыли в строительной индустрии // Материалы Международной школы-семинара «Промышленная экология». - Ростов н/Д: РГСУ, 2002.-С.40-41.

3. Шевченко А.В. Описание эффективности и энергоемкостного показателя процесса аэродинамической вихревой очистки воздуха от пыли // Материалы Международной научно-технической конференции «Строительство-2002». - Ростов н/Д: РГСУ, 2002.-С.60-65.

4. Шевченко А.В. Описание энергоемкостного показателя процесса аэродинамической вихревой очистки воздуха от пыли // Материалы Международной научно-технической конференции «Строительство-2003». - Ростов н/Д: РГСУ, 2003.-С.51-56.

5. Шевченко А.В. Результаты расчета эффективности и энергоемкостного показателя аэродинамического метода вихревого способа очистки воздуха от пыли // Известия РГСУ-2004г.- №8. -С.80-81.

6. Беспалов В.И., Шевченко А.В. Математическое описание эффективности аэродинамической вихревой очистки воздуха от пыли // Безопасность жизнедеятельности. Охрана труда и окружающей среды. Межвузовский сборник научных трудов. Вып. 8 (международный) - Ростов н/Д: РГАСХМ ГОУ, 2004.-С.11-13.

7. Беспалов В.И., Шевченко А.В. Математическое описание энергоемкостного показателя аэродинамической вихревой очистки воздуха от пыли // Безопасность жизнедеятельности. Охрана труда и окружающей среды. Межвузовский сборник научных трудов. Вып. 8 (международный). - Ростов н/Д: РГАСХМ, 2004.-С.13-16.

Подписано в печать 04.04.05.

Формат 60x84/16. Бумага писчая. Ризограф.

Уч.-изд.л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 91 .

Редакционно-издательский центр

Ростовского государственного строительного университета. 344022, Ростов н/Д, ул. Социалистическая, 162.

052Ъ

1022

?? г

ВВЕДЕНИЕ.

1.АНАЛИЗ ПРОЦЕССА АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ ВИХРЕВОЙ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА ОТ ПЫЛИ В СИСТЕМАХ МЕСТНОЙ ВЫТЯЖНОЙ СИСТЕМЫ ВЕНТИЛЯЦИИ

ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩИХ УЧАСТКОВ ПРЕДПРИЯТИЙ.

1.1. Место и роль процесса аэродинамической вихревой очистки воздуха от пыли в классификационной схеме систем борьбы с промышленной пылью.

1.2.Анализ динамики турбулентного аэрозольного потока.

1.2.1. Свойства пылевого аэрозоля как дисперсной системы.

1.2.2. Исследование динамики турбулентного потока пылевого аэрозоля.

1.3.Анализ конструктивных особенностей и методов расчёта технических средств реализации аэродинамического метода вихревой очистки воздуха от пыли.

1.3.1. Цилиндрические конструкции циклонных аппаратов.

1.3.2. Конические конструкции циклонных аппаратов.

1.3.3. Циклоны с обратным конусом.

1.3.4. Анализ методических подходов к расчету циклонных аппаратов.

1.4.Анализ критериев оценки аэродинамического метода вихревой очистки и технических средств его реализации.

1.5. Выводы. Цель и задачи исследований.

2.МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ ВИХРЕВОЙ ОЧИСТКИ

ВОЗДУХА ОТ ПЫЛИ.

2.2. Энергоёмкостный показатель вихревого способа очистки.

2.3. Применение ЭВМ при моделировании процесса аэродинамической вихревой очистки воздуха от пыли.

Выводы.

3.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ ВИХРЕВОЙ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА ОТ ПЫЛИ.

3.1. Разработка и описание экспериментального стенда.

3.2. Методика проведения экспериментов.

3.3. Обработка и анализ результатов экспериментов.

Выводы.

4.ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.

4.1. Разработка методики оптимизации параметров аэродинамической вихревой очистки воздуха от пыли.

4.2. Исходные данные для реализации методики.

4.3. Характеристики циклонного аппарата, реализующего аэродинамическую вихревую очистку воздуха от древесной пыли.

4.4. Аэродинамический расчёт вентиляционной системы деревообрабатывающего цеха.

4.5. Реализация методики оптимизации рабочих параметров циклонного аппарата.

Выводы.

Актуальность темы исследований.

В настоящее время сотни тысяч загрязняющих веществ попадают в воздушный бассейн территорий комплексной застройки, загрязняя его. Антропогенное загрязнение воздушного бассейна представляет собой большую опасность по сравнению с естественным, так как обусловлено значительной концентрацией источников выбросов загрязняющих веществ в зонах наиболее вероятностного нахождения людей.

Перечень видов загрязняющих веществ постоянно увеличивается, что связано с развитием производственных технологий, появлением новых видов искусственного сырья и рядом других причин. Особое место в комплексе задач, связанных с охраной воздушного бассейна, а также с обеспечением комфортных условий труда в производственных помещениях и на территориях промышленных площадок, занимает «пылевой фактор», так как из всех видов примесей, загрязняющих воздушную среду, максимальная доля принадлежит различной по своим физико-химическим свойствам пыли. Наибольшую опасность при этом представляет мелкодисперсная пыль, размеры частиц которой не превышают 50 мкм.

Значительный вклад в загрязнение воздушного бассейна пылью вносят предприятия строительной индустрии, горнодобывающей промышленности и машиностроения, в состав которых, как правило, входят деревообрабатывающие участки, образующие и выделяющие в воздушную среду мелкодисперсную древесную пыль, способную находиться в воздухе длительное время.

В результате, без организации целенаправленных мероприятий резко возрастает концентрация пыли в воздухе рабочей зоны производственных помещений и промышленных площадок, что, в конечном счете, негативно отражается в целом на состоянии воздушного бассейна застроенных территорий.

Поэтому сведение к минимальным или, хотя бы, к нормативным значениям концентрации пыли в воздушной среде является одной из актуальных проблем в области охраны воздушного бассейна и обеспечения комфортных условий жизнедеятельности людей.

Для поддержания пылевых параметров воздушной среды в соответствии с нормативными требованиями в настоящее время широко используют системы местной вытяжной вентиляции, эффективность которых обусловливается рациональной организацией процессов удаления пылевого аэрозоля непосредственно из зон его образования и выделения, а также очистки выбрасываемого в воздушный бассейн воздуха. Для того, чтобы рационально управлять работой систем вентиляции, необходимо знать сущность процессов, реализуемых в этих системах по отношению к пылевому аэрозолю. Особое значение при этом имеет изучение свойств пылевого аэрозоля, которому посвящены работы многих авторов. Основополагающими среди них являются теоретические и экспериментальные работы В.Гиббса, К.Спурного, Х.Грина, В.Лейна, Н.А.Фукса, С.Соу, В.Штрауса, П.А.Ребиндера, Коузова П.А. и других. Анализируя эти исследования, можно сделать вывод о том, что пылевой аэрозоль следует отнести к дисперсным системам.

Изучение пылевого аэрозоля в качестве дисперсной системы, поведения пылевых частиц в условиях внешних воздействий, исследование ряда задач, связанных со снижением концентрации пыли в воздухе, совершенствование техники обеспыливания нашло отражение в работах Беспалова В.И., Богуславского Е.И., Глузберга В.Е., Гращенкова Н.Ф., Дьякова В.В., Журавлева В.К., Журавлева В.П., Забурдяева Г.С., Ищука И.Г., Кирина Б.Ф., Клебанова Ф.С., Кудряшова В.В., Ливчака И.Ф., Логачева И.Н., Луговского С.И., Лукьянова А.Б., Менковского М.А., Минко В.А., Никитина B.C., Перцева Н.В., Позднякова Г.А., Саранчука В.И., Страховой H.A., Цыцуры A.A., Шварцмана Л.А., Штокмана Е.А. и многих других авторов. В этих исследованиях использованы основополагающие концепции механики многофазных сред, аэродинамики, термодинамики, физической и коллоидной химии, основные принципы технологии реализации обеспыливания воздуха в комплексе с результатами экспериментальных исследований, проведенных с использованием высокоточной измерительной аппаратуры. Однако вопросы, связанные с устойчивостью и энергетикой пылевого аэрозоля как дисперсной системы в процессе обеспыливания воздуха, остались до конца не выясненными.

В результате проведения многолетних исследований накоплен обширный теоретический и экспериментальный материал, позволивший перейти к эффективной реализации процесса обеспыливания воздуха в производственных условиях. При этом остаются недостаточно изученными энергетические параметры пылевого аэрозоля, определяющие условия разделения его дисперсной фазы и дисперсионной среды при реализации аэродинамической очистки воздуха от пыли вихревыми потоками - одной из наиболее простых и эффективных технологий обеспыливания, реализуемой в системах местной вытяжной вентиляции.

Кроме того, задачей особой важности является правильный выбор конструктивных особенностей и рабочих характеристик аппаратов работающих на принципе аэродинамической вихревой очистки еще на стадии проектирования систем местной вытяжной вентиляции деревообрабатывающих участков предприятий строительной индустри, горнодобывающей промышленности, машиностроения и других отраслей.

При эксплуатации упомянутых производственных участков также приходится решать задачи, связанные с экспертной оценкой качества работы и совершенствованием систем местной вытяжной вентиляции. В таких случаях необходимо контролировать обеспечение максимальной эффективности при экономичной организации процесса очистки воздуха от пыли в системах. При этом оценка экономичности процесса очистки может быть проведена на основе изучения и определения энергетических параметров пылевого аэрозоля при его разрушении как дисперсной системы.

Целью работы является разработка метода расчёта эффективности и экономичности процесса аэродинамической вихревой очистки воздуха от древесной пыли, реализуемой в циклонных аппаратах систем местной вытяжной вентиляции.

Идея работы заключается в управлении энергетическими параметрами вихревого потока и пылевого аэрозоля в активной зоне очистки воздуха от пыли.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- установлены зависимости энергетических свойств пыли и эродинамических параметров воздушного потока;

- получена параметрическая зависимость энергоёмкостного показателя как критерия оценки экономичности процесса с учётом эффективности его реализации и аэродинамических параметров запылённого потока;

- разработана методика расчета и оптимизации параметров процесса аэродинамической вихревой очистки воздуха от древесной пыли на основе обеспечения ПДК пыли в воздушном бассейне предприятий строительной индустрии, горнодобывающей промышленности, машиностроения и других, имеющих в своем составе деревообрабатывающие участки.

Достоверность научных положений обоснована использованием в исследованиях основополагающих законов фундаментальных наук, достаточным объемом экспериментов в лабораторных и промышленных условиях, использованием современных методик исследований и обработки экспериментальных данных, сходимостью теоретических и экспериментальных результатов в пределах максимальной погрешности 12,5% для эффективности очистки и 9,2% для энергоемкостного показателя процесса при доверительной вероятности 0,95, высокой эффективностью практического использования разработанных теоретических положений и инженерных расчетов, обеспечивших ПДК пыли в воздушном бассейне.

Практическое значение.

Разработана методика, а на ее основе - программа для ЭВМ, позволяющие осуществлять выбор высокоэффективных и экономичных конструкций циклонных аппаратов, а также рассчитывать их оптимальные рабочие параметры.

Результаты проведенных исследований позволили определить перспективные пути совершенствования процесса аэродинамической вихревой очистки воздуха от древесной пыли с целью максимально экономичного обеспечения нормативной запыленности воздушной среды для случаев, когда известные инженерные решения циклонных аппаратов не позволяют реализовать на практике оптимальные расчетные параметры процесса.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы:

- при разработке проекта деревообрабатывающего цеха Каневского завода газовой аппаратуры на стадии реконструкции предприятия (ОАО - институт «Ростовский Промстройниипроект»);

- в учебном процессе Ростовского государственного строительного университета при проведении практических занятий со студентами по курсам: "Техника и технология защиты окружающей среды", "Безопасность жизнедеятельности (охрана окружающей среды)", "Процессы и аппараты защиты окружающей среды".

На защиту выносятся следующие основные положения:

- процесс аэродинамической вихревой очистки воздуха от пыли можно однозначно характеризовать энергоёмкостным показателем, который учитывает ее эффективность, аэродинамические и технологические параметры в активной зоне очистки;

- выполненное математическое описание эффективности и энергоёмкостного показателя процесса аэродинамической вихревой очистки воздуха от пыли позволяет оптимизировать его параметры для условий деревообра-батывающего производства без проведения предварительных опытных испытаний;

- параметрический анализ энергоемкостного показателя процесса аэродинамической вихревой очистки воздуха от пыли позволяет определить пути дальнейшего совершенствования технологии его реализации.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом НИР кафедры "Инженерная защита окружающей среды" Ростовского государственного строительного университета по госбюджетной теме: "Создать и внедрить инженерные системы обеспечения чистоты воздуха в производственных помещениях и предупреждение загрязнения атмосферы промышленных площадок" рег.Ы 01.860070360 в рамках комплексной научно-технической программы "Человек и окружающая среда".

Диссертационная работа выполнена на кафедре "Инженерная защита окружающей среды" Ростовского государственного строительного университета. Автор выражает искреннюю благодарность коллективам кафедр "Инженерная защита окружающей среды" и "Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха" Ростовского государственного строительного университета, прежде всего проректору по научной работе, академику АПЭ, советнику РААСН, кандидату технических наук, профессору Шилову В.А за научные и практические рекомендации, сделанные при подготовке диссертации. Большую помощь в проведении промышленных испытаний и внедрении результатов исследований оказали работники ОАО - институт «Ростовский Промстройниипроект», КЗГА.

Выводы.

Результаты реализации методики оптимизации параметров процесса аэродинамической вихревой очистки воздуха от пыли в циклоне системы местной вытяжной вентиляции деревообрабатывающего производства Каневского завода газовой аппаратуры позволяют сделать следующие выводы:

- в запроектированной на стадии реконструкции предприятия системе местной вытяжной вентиляции требуемая эффективность очистки воздуха от древесной пыли составляет 92,4 %, расчетная фактическая эффективность - 94,5 % при максимальном значении энергоемкостного показателя 1,5 %;

- за счет эффективной и экономичной организации процесса очистки воздуха в системе местной вытяжной вентиляции концентрация древесной пыли в воздухе рабочих зон на территории промышленной площадки завода составляет 0,15 мг/м3 при ПДКСс= ОД 5 мг/м3.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При решении задачи обеспыливания воздуха рабочих зон внутри производственных помещений и за их пределами на территории промышленной площадки необходимо обеспечивать снижение концентрации древесной пыли при реализации технологических процессов, связанных с обработкой древесины, предприятий различных отраслей промышленности, и прежде всего, строительной индустрии, топливно-энергетического комплекса и машиностроения. Важным условием решения задачи обеспыливания при проектировании и эксплуатации деревообрабатывающих предприятий и производственных участков является соблюдение ПДК древесной пыли в воздухе рабочих зон, связанных с обслуживанием деревообрабатывающих станков. Поэтому диссертационная работа выполнена с учетом этих положений.

В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований процесса снижения концентрации древесной пыли в воздухе рабочих зон производственных помещений и промышленных площадок предприятий строительной индустрии, топливно-энергетического комплекса и машиностроения достигнута возможность обеспечения нормативных санитарно-гигиенических условий в воздушной среде за счет повышения эффективности и экономичности реализации процесса аэродинамической вихревой очистки воздуха от пыли в циклонных аппаратах.

Достижение поставленной цели обеспечено решением следующих задач:

1. Исследованы закономерности процесса аэродинамической вихревой очистки воздуха от пыли в активной зоне сепарации с энергетической точки зрения.

2. Уточнено математическое описание энергетических параметров воздушной среды и частиц древесной пыли, взаимодействующих в турбулентном потоке для условий деревообрабатывающего производства.

3. Уточнено математическое описание показателей эффективности и экономичности как результирующих характеристик процесса аэродинамической вихревой очистки воздуха от древесной пыли.

4. Проведены экспериментальные исследования показателей эффективности и экономичности процесса аэродинамической вихревой очистки воздуха в зависимости от основных параметров пылевоздушного потока и активной зоны очистки.

5. Определены направления эффективного и экономичного изменения параметров аэродинамической вихревой очистки воздуха и решены практические задачи по совершенствованию аэродинамической вихревой очистки воздуха для экономичного снижения до нормативных значений концентрации пыли в воздухе рабочей зоны производственных помещений и промышленных площадок, а, в конечном счете, в воздушном бассейне застроенных территорий.

6. Разработана методика оптимизации параметров аэродинамической вихревой очистки воздуха от древесной пыли на основе обеспечения ПДК пыли в воздухе рабочих зон внутри производственных помещений и на территории промышленных площадок предприятий строительной индустрии, топливно-энергетического комплекса, машиностроения и других отраслей промышленности.

7. Результаты исследований проверены на практике:

- при разработке проекта реконструкции деревообрабатывающего цеха Каневского завода газовой аппаратуры (ОАО институт «Ростовский Промстройниипроект»);

- в учебном процессе Ростовского государственного строительного университета при проведении практических занятий со студентами по курсам: "Техника и технология защиты окружающей среды", "Безопасность технологических процессов и производств".

1. Беспалов В.И., Журавлев В.П. Моделирование и проектирование систем борьбы с промышленной пылью. Текст. // В сб. Обеспыливание при проектировании, строительстве и реконструкции промышленных предприятий.- Ростов н/Д: РИСИ, 1989- 154с.

2. Журавлев В.П., Беспалов В.И. Системный подход к решению проблемы обеспыливания воздуха в промышленности Текст. // В сб. Борьба с пылью в строительстве и промышленности. Тезисы докладов Региональной школы семинара. Ростов н/Д: РИСИ, 1989- с.64.

3. Штокман Е.А. Очистка воздуха Текст. //Изд. АСВ М.: 1999 г - 319 с.

4. Коузов П.А. Основы анализа дисперсного состава промышленных пылей и измельчённых материалов Текст. Изд. М.: Химия 1974.-279с

5. Журавлёв В.П., Самонин С.С., Пушенко С.Л. Гидрообеспыливание Текст. Изд. Ростов н/Д 1997.-125с.

6. Саранчук В.И., Журавлёв В.П., Рекун В.В., и др. Системы борьбы с пылью на промышленных предприятиях Текст. Изд. Киев Наукова думка 1994.-189с.

7. Справочник проектировщика. Под ред. Староверова И.Г. Вентиляция и кондиционирование воздуха Текст. /Часть П./М.: Стройиздат, 1978.-511 с.

8. Балтренас П.Б Обеспыливание воздуха на предприятиях стройматериалов Текст. Изд. М.: Стройиздат, 1990.

9. Научные исследования в области отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Текст. М.: ГОССТРОЙ СССР Центральный научно-исследовательский и проектно-экспериментальный институт промышленных зданий и сооружений ЦНИИпромзданий, 1981.

10. Юдашкин М.Я. Очистка газов в металлургии Текст. Изд. М.: Металлургия, 1978

11. Богатых С.А. Циклонно-пенные аппараты Текст. Изд. М.: АСВ 1987.

12. Минко В.А., Кулешов М.И., Плотников JI.B. и др. Обеспыливание в литейных цехах машиностроительных предприятий Текст. Изд. М.: Машиностроение, 1987.

13. Ищук И.Г., Поздняков Г.А. Перспективы увеличения эффективности средств борьбы с пылью при работе добычных комбайнов Текст. // сб. тр. ИГД им. A.A. Скочинского. 1975. - вып. 127. - С. 183 - 192.

14. Старк С.Б. Пылеулавливание и очистка газов в металлургии Текст. Изд. М.: Металлургия, 1997.

15. Халезов JI.C., Шиков Ю.А., Чесноков А.Г. Очистка запылённого воздуха на текстильных предприятиях Текст. Изд. М.: Лёгкая и пищевая промышленность, 1981.

16. Жовтуха Г.А., Стуканов В.И. и др. Очистка воздуха от пыли на горнорудных предприятиях Текст. Изд. Киев Техника 1977.

17. Штокман Е.А. Очистка воздуха от пыли на предприятиях пищевой промышленности Текст. Изд. М.: Пищевая промышленность 1992.

18. Степаненко В.Т.Очистка от пыли газов и воздуха на коксохимических предприятиях Текст. Изд. М.: Металлургия 1991.

19. Кропп Л.Д.и Бронштейн А.Ш. Эксплуатация батарейных циклонов Текст. Изд. М.: Энергия 1964.

20. Зайончковский Я. Обеспыливание в промышленности Текст. Изд. литературы по строительству Изд. М.: Стройиздат, 1969.

21. Степанов Г.Ю., Зицер И.М. Инерционные воздухоочистители Текст. Изд. М.: Машиностроение, 1986.

22. Коптев Д.В. Обеспыливание на электродных и электроугольных заводах Текст. Изд. М.: Металлургия, 1980.

23. Штокман Е.А., Шилов В.А., Новгородский Е.Е. и д.р. Вентиляция, кондиционирование и очистка воздуха на предприятиях пищевой промышленности Текст. М.: Стройиздат, 1997.

24. Пирумов А.И. Обеспыливание воздуха Текст. Изд. М.: Стройиздат, 1974.

25. Обеспыливание воздуха и микроклимат Текст. //Межвузовский сборник Ростов н/Д, 1981.

26. Шилова В.А. Исследование процесса выделения пыли на масложировых комбинатах, перерабатывающих хлопковые семена, и разработка эффективного пылеочистного оборудования Текст.: дис. . канд. ист. наук: 05.23.03: / Шилов Виктор Андреевич. М.: 1975.

27. Справочник по пыле и золоулавливанию Текст. /под редакцией Русанова Второе издание, переработанное. Изд. М.: Энергоатомиздат 1983 312 с.

28. Ужов В. И., Вальдберг А. Ю. Очистка промышленных газов от пыли Текст. Изд. М.: Стройиздат, 1978.- 392 с.

29. Саранчук В.И., Журавлёв В.П. и д.р. Система борьбы с пылью на промышленных предприятиях Текст. Изд. Киев Наукова Думка, 1994.

30. Современные способы очистки вредных выбросов в атмосферу Текст. // Ленинградский дом научно-технической пропаганды.(ЛДНТП). Изд. Л., 1991

31. Полисар Г.Л. Моделирование Текст. М.: Военное Изд. министерства обороны СССР. 1963.

32. Критерии выбора циклонных аппаратов в многоступенчатых инженерно -экологических системах Текст. //Межвузовский сборник научных статей Изд. Ростов н/Д: РИСИ, 1999.

33. Поляков A.A., Канаво В.А., Бобровников Г.Н. Измерение параметров газообразных и жидких сред при эксплуатации инженерного оборудования зданий" Текст. / Справочное пособие Изд. М.:. Спройиздат, 1987.

34. Вентиляция, кондиционирование воздуха и отопление в животноводческих и птицеводческих зданиях.( Опыт зарубежного строительства) Текст. М.: 1971.

35. ГОСТ 12.1.016-79 ССБТ. Воздух рабочей зоны. Требования к методикам измерения концентрации вредных веществ Текст. М.: Госстандарт СССР: Изд-во стандартов, 1979.

36. Беккер A.A., Агаев Т.Б. Охрана и контроль загрязнения природной среды Текст. Изд. Л.: Гидрометеоиздат, 1989.

37. Физическая химия. Высоко дисперсные аэрозоли. Текст. М.: Всесоюзный институт научной и технической информации, 1969.

38. Очистка вентиляционных выбросов на предприятиях за рубежом Текст. // Обзоры по электронной технике. Выпуск 18 (318) Изд. ЦНИИ Электроника, 1971.

39. Ужов В.Н., Вальдберг А.Ю. Подготовка промышленных газов к очистке Текст. Изд. М.: Химия, 1975.

40. Н.А.Фукс. Успехи механики аэрозолей Текст.// Итоги науки. Химические науки 5. Изд. М.: Академия наук СССР, 1961.

41. Фукс H.A. Механика аэрозолей Текст. Изд. академии наук СССР. М.: 1955.

42. Очистка газов и сточных вод с применением магнитного поля.Текст. // Министерство черной металлургии СССР. Библ. инф. Изд. Центральный научно исследовательский институт информации и технико экономических исследований черной металлургии, 1975.

43. Алиев Г.М.-А. Пылеулавливание в производстве огнеупоров Текст. Издание 2-е переработанное и дополненное. Изд. М.: Металлургия, 1981.

44. Алиев Г.М.-А. Техника пылеулавливания и очистки промышленных газов Текст. Справочник. Изд. М.: Металлургия 1986 544с.

45. Гордон Г.М., Пейсахов И.Л. Контроль пылеулавливающих установок Текст. Издание 3-е переработанное и дополненное. Изд. М.: Металлургия, 1973.

46. Налимов В.В., Голикова Т.И. Логические основания планирования эксперимента Текст. Издание 2-е перераб и дополн. Изд. М.: Металлургия, 1981.

47. Зимон А. Д. Что такое адгезия Текст. Изд. М: Наука, 1983. 176 с.

48. Зимон А.Д. Адгезия пыли и порошков Текст. Изд. М.: Химия, 1976. 432 с.

49. Зимон А.Д., Андрианов Е.И. Аутогезия сыпучих материалов Текст. Изд. М.: Металлургия, 1978.- 287 с.

50. Брэдшоу П. Введение в турбулентность и её измерение Текст. Изд. Мир, 1974.

51. Ярин Л.П., Генкин А.Л., Кукес В.И. Термоанемометрия газовых потоков Текст. Изд. Л.: Машиностроение, 1993.

52. Идельчик И.Е. Некоторые эффекты и парадоксы в аэродинамике и гидравлике Текст. Изд. М: Машиностроение, 1982. -97 с.

53. Идельчик И.Е. Аэродинамика технологических аппаратов (Подвод, отвод и распределение потока по сечению аппаратов) Текст. Изд. М: Машиностроение, 1983. 351.

54. Балтренас Пранас Основы анализа загрязнённости и обеспыливания техносферы Текст. Изд. Вильнюс: Техника, 1996.

55. Зиганшин М.Н., Колесник A.A., Посохин В.Н. Проектирование аппаратов пылегасоочистки Текст. Изд. М.: Татполиграф, 1998.

56. Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике Текст. Изд. М.: Наука, 1987.

57. Исследование дисперсных систем при решении вопросов охраны окружающей среды Текст. // Сборник научных трудов. Изд. Караганда, 1983.

58. Исследования в области обеспыливания воздуха Текст. // Межвузовский сборник научных трудов. Изд. Пермь, 1983.

59. Седов Л.И. Механика сплошной среды Текст. // Учеб для ун тов. Том -первый. Изд. М.: Наука, 1983.

60. Обеспыливающаа вентиляция Текст. // Московский Дом научно технической пропаганды имени Дзержинского Ф.Э. Материалы семенара Изд. Общество "Знание" РСФСР, 1984 г.

61. Гольдштик М.А., Штерн В.Н. Гидродинамическая устойчивость и турбулентность Текст. Изд. Новосибирск, Наука. Сибирское отделение. 1977. -366 с.

62. Шантала В. В. Моделирование обеспыливающей вентиляции выбивных отделений литейных цехов Текст. /Шантала Вадим Владимирович/ Автореферат. Воронеж 2000.

63. Журавлёв В.П., Демичева Е.Ф., Спирин Л.А. Аэродинамические методы борьбы с пылью Текст. Изд. Ростов н/Д : Ростовский Университет, 1988.

64. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика Текст. с исправлениями и изменениями 1991 в двух томах. Изд. М.: Наука, Физматлиз, 1976.

65. Повх И.Л. Техническая гидромеханика Текст. Изд. Л.: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1976.

66. Ахмедов Р.Б. Аэродинамика закрученной струи Текст. Изд. М.: Энергия, 1977.

67. Гольдштик М.А. Вихревые потоки Текст. Изд. Новосибирск: Наука. Сибирское отделение, 1981.

68. Гольдштик М.А., Штерн В.Н., Яворский Н.И. Вязкие течения с парадоксальными свойствами Текст. Изд. Новосибирск: Наука. Сибирское отделение, 1989.

69. Аэродинамика нестационарных процессов Текст. Сборник статей под редакцией Комаровского Л.В., Бубенчикова. А.М. Изд. Томск: Томский Университет, 1992.

70. Аэродинамика и физическая кинетика Текст. // Институт теоретической и прикладной механики СО АН СССР. Изд. Новосибирск, 1977.

71. Материалы Международной школы семинара Промышленная экология Текст. Сборник статей Изд. Ростов-н/Д: РГСУ, 1998.

72. Аэродинамика Текст.// Межвузовский научный сборник. Изд. Саратов, 1973-1975.

73. Теория и практика сжигания газа Текст. (Труды научно-технического совещания) Государственное научно-техническое Изд. нефтяной и горнотопливной литературы. Ленинргад, 1958.

74. Кислых В.И., Смульский И.И. К гидродинамике вихревой камеры Текст. //Инженерно-физический журнал 1978. Т35, №3 С.543-549.

75. Гольдштик М.А. К теории Эффекта Ранка (Закрученный поток газа в вихревой камере) Текст. // Известия. Механика и машиностроение 1963. № 1, Изд. АН СССР. Отд. тех. наук.

76. В.Е.Финько Особенности охлаждения и сжижения газа в вихревом потоке Текст. //Журнал технической физики.-1983.-Т.53,№9.-С.1770-1776.

77. Смульский И.И., Кислых В.И. Исследование полей скорости и давления в вихревой камере Текст. // в сбор, науч.труд. Исследования по гидродинамике и теплообмену. Изд. Новосибирск, 1976.

78. Вихревой эффект и его применение в технике Текст. // Материалы Второй Всесоюзной научно-технической конференции. Куйбышевский Ордена Трудового Красного Знамени Авиационный Институт имени С.П.Королёва. Изд. Куйбышев, 1976.

79. Вихревой эффект и его промышленное применение Текст. //Материалы Третьей Всесоюзной научно-технической конференции. Куйбышевский Ордена Трудового Красного Знамени Авиационный Институт имени С.П.Королёва. Изд. Куйбышев, 1981.

80. Мартынов А.В., Бродянский В.М. Что такое вихревая труба Текст. М.: Энергия, 1976.

81. Меркулов А.П. Вихревой эффект и его применение в технике Текст. Изд. М.: Машиностроение, 1969.

82. Хованский Г.С. Основы монографии Текст. Главная редакция физико математической литературы. М.: Наука, 1976.

83. Ахназарова С.Л., Кафаров В.В. Методы оптимизации эксперимента в химической технологии Текст. // Уч пособ для студ хим тех специальостей вуз.М.: Высшая школа, 1985.

84. Пристенные струйные потоки Текст. // Сборник научных трудов. Под редакцией доктора технических наук Волкова Э.П. Изд. Новосибирск: Академия Наук СССР. Сибирское Отделение. Институт Теплофизики, 1984.

85. Гидродинамика и акустика одно- и двухфазных потоков Текст.// Сборник научных трудов. Под редакцией доктора физика-математических наук Шрей-бера И.Р. Изд. Новосибирск: Академия Наук СССР Сибирское Отделение Институт Теплофизики, 1983.

86. Научные работы. Методика подготовки и оформления. Текст. Изд. Минск: Амалфея, 1998.

87. А. С. 1526838 СССР, МКИ В 04 С 5/107, В 01 Д 47/08. Циклонный аппарат Текст. / С. В. Василевский, В. И. Беспалов, В. П. Журавлёв (СССР). № 4325269/31-26; Заявл. 05,11.87; Опубл. 07.12.89; Бюл. 45.-Зс.

88. Штокман Е. А., Шилов В. А. Проведение исследований и составление рекомендаций по эффективной очистке воздуха подготовительных цехов маслозаводов, перерабатывающих хлопковые семена Текст. Научно технический отсчёт РИСИ по теме 30-73. Ростов н/Д, 1973.

89. Штокман Е. А., Шилов В. А. Очистка воздуха от пыли в подготовительных цехах масложировых комбинатов Текст. Научно технический отсчёт РИСИ Ростов н/Д, 1973.

90. Теверовский Е. Н., Дмитриев Е. С. Перенос Аэрозольных частиц турбулентными потоками Текст. Изд. М.: Энергоиздат, 1988.

91. Горбис З.Р. Теплообмен и гидромеханика дисперсных сквозных потоков Текст. Изд. М.: Энергия, 1970.

92. Диденко В.Г., Малахова Т. В. Интенсификация обеспыливания и очистки вентиляционных выбросов на основе вихревых эффектов Текст. Изд. Волгоград, 1998.

93. Фукс H.A. Механика аэрозолей Текст. М.: Изд-во АН СССР, 1955.

94. Великанов М.А. Динамика русловых потоков Текст. Изд. Гидрометеоиз-дат, 1946.

95. Баренблатт Г. И. Подобие, автомодельность, промежуточная асимптотика Текст. Изд. Л.: Гидрометеоиздат, 1982.

96. Медников Е.П. Турбулентный перенос и осаждение аэрозолей Текст. М.: Наука, 1981.

97. Owen P.R. Pneumatic transport Текст. // J. Fluid Mech, 1969. VoL 39. Pt 2. P. 407.

98. Фукс H.A. Влияние пыли на турбулентность газового потока Текст. // Журн, теор. физ. 1951. Т: 21. Вып. 6. С. 592.

99. Прандль Л. Гидроаэромеханика Текст. / Пер. с англ./ Под ред. A.M. Обухова. М.: Изд-во иностр. лит., 1951.

100. Kannan Th. The analogy between fluid friction and heat transfer Текст. // Trans. Amer. Soc. Mech. Engrs, 1939, N 61, P. 705.

101. Kaller A., Fridman A.A. Differentialgleichung fur die turbulente Bewegung einer Kompressiblen Flüssigkeit Текст. // Proc. 1 st Intern. Congr. AppL Mech. Delft: 1924. P. 395.

102. Бетчелор Д. Теория однородной турбулентности Текст. / Пер. с англ./ Под ред. A.M. Обухова. М.: Изд-во иностр. лит., 1955.

103. Рюэль Д., Такенс Ф.О. О природе турбулентности: Странные аттракторы Текст. / Пер. с англ/ Под ред. Я. Г. Синая и Л.П. Шильникова. М.: Мир, 1981.

104. Лоренц Э. Детерминированные непериодические течения: Странные аттракторы Текст. / Пер. с англ/ Под ред. Я.Г. Синая и Л.П. Шильникова. М.: Мир, 1981.

105. Мароден Д. Попытка установить соотношение между уравнениями Навье -Стокса и турбулентностью: Странные аттракторы Текст. / Пер. с англ/ Под ред. Я.Г. Синая и ДП. Шильникова. М.: Мир, 1981.158

106. Лаундер Б.Е., Морс А. Численный расчет осесимметричных свободных течений с использованием замыканий для напряжений: Турбулентные сдвиговые течения Текст. /Пер. с англ/ Под ред. А. С. Гиневского. М.: Машиностроение, 1982.

107. Давыдов В.И. О статистической динамике несжимаемой турбулентной жидкости Текст. // Докл. АН СССР. 1961. Т. 136. С. 776.

108. Hanjalic К., Lander В.Е. A Reynolds stress model of turbulence and its application to their ahearflow Текст. // J. Fluid Mech., 1972, N 52. P. 609.

109. Daly B.J., Harlow F.H. Transport equations of turbulence Текст. // Phys. Fluid, 1970. N13. P. 2634.

110. Launder B.E», Reece G.J., Rodi W. Progress in the development of a Reynolds stress turbulence dosure Текст. // J. Fluid Mech., 1975, N 68. P. 537.

111. Lungren T.S. Distribution Functions in Statistical Theory of Turbulence Текст. // Phys. Fluids. 1967. VoL 10, N 5. P. 969.

112. Монин A.C. Уравнения для конечномерных распределений вероятностей поля турбулентности Текст. // Докл. АН СССР. 1967. Т. 177. № 5. С. 1043.

113. Прохоров Ю.В., Розанов Ю.А. Теория вероятностей Текст. М.: Наука, 1973.

114. Земан О., Ламли Д.Л. Эффекты плавучести в турбулентном слое с эжек-цией: исследование замыкания второго порядка: Турбулентные сдвиговые течения Текст. Пер. с англ/ Под ред. А.С. Гиневского. М.: Машиностроение, 1982.

115. Онуфриев А.Т. О модельном уравнении для плотности вероятности в полуэмпирической теории турбулентного переноса Текст. //Турбулентные течения / М.: Наука, 1977.

116. Струминский В.В. Кинетическая теория турбулентных течений Текст. // Сектор механики неоднородных сред. Препринт № 4. М., 1985.

117. Andre J.C, De Moor G. Turbulence approximation for inhomogencous turbulent flows Текст. // J. Atmos. Sd. 1976, N 33. P. 476.

118. Струминский В.В. О возможности применения динамических методов для описания турбулентного течения Текст. // Турбулентные течения / М.: Наука, 1974.

119. Мучник В.М., Фишман Б.Е. Электризация грубодисперсных аэрозолей в атмосфере Текст. Д.: Гидрометеоиздат, 1982.

120. Выховский А.В., Зараев О.М. Горячие аэрозольные частицы при техничео ком использовании атомной энергии Текст. М.: Атомиздат, 1974.

121. Дейч М.Е., Филиппов Г.А. Газодинамика двухфазных сред Текст. М.: Энергоиздат, 1981.

122. Mehta N.C., Smith J.M., Comings E.W. Pressure drop in air-solid flow systems Текст. // Industrial and Eng. Chemistry. 1957. VoL 49, N 6. P. 986.

123. Стекольщиков E.B., Анисимова М.П., Ятчени И .Я. Экспериментальное исследование движения и дробления капель жидкости в газовом потоке Текст. // Инж-физ. журн. 1972. Т. XXIIL № 2. С 226.

124. Winikow S., Chao В.Т. Droplot motion in purified system Текст. // Phys. Fluids. 1966. VoL 9, N 1.P, 12.

125. Jepson G., Poll A., Smith W. Heat transfer from gas to wall in gas-solids transport lines Текст. // Trans. Inst Chem. Engrs. 1963. VoL 41. P. 207.

126. Волынский M.C., Липатов A.C. Деформация и дробление капель в потоке газа Текст. // Инж-физ. журн. 1970. Т. 18. № 5. С. 838.

127. Jones J.H, Grann W.G., Daubert Т.Е. Slip velocity of tarticalate solids in vertical tubes Текст. // AlChEJ,, 1966. Nov. P. 1070.

128. Derjagin B.V., Yalamov Yu. Theory of thermophoresis of large aerosol particles Текст. // J. Colloid. Sd., 1965. VoL 20. P. 555.

129. Lumley J.L. Prediction Methods for Turbulent Flows Текст. Lecture Series 76. Von Karrnan Institu, 1975.

130. Byers R.L., Calvert S. Particle deposition from turbulent streams by means of thermal force Текст. // Ind. Eng. Chem. Fundamentals, 1969. VoL 8. N 4. P. 646.

131. Tchen C.M. Mean Value and Correlation Problems Connected with the Motion of Small Particles Suspended in a Turbulent Fluid Текст. // Phys. Fluids, 1950. VoL 2, N6. P. 1021.

132. Zenz F.A. Fluid catalist design data Текст. // Pctr. Retuner., 1957. VoL 36. P. 4.

133. Розенберг Г.В. Витают в воздухе Текст. // Природа. 1983. № 4. С. 68.

134. Грин X., Лейн У. Аэрозоли: пыли, дымы, туманы Текст. / Пер. с англ/ Под ред. А.П. Сытина. М.: Химия, 1968.

135. Стыро Б.И., Буткус Д.В. Геофизические проблемы, связанные с крипто-ном-85 в атмосфере, и новые задачи исследования Текст. //Обеспечение радиационной безопасности при эксплуатации АЭС. Кн. 4. М.: Энергоатомиздат, 1984. С. 64—70.

136. Miles J.W. On the stability of heterogeneous shear flows Текст. // J. Fluid Mech. 1961. VoL 10, N4. P. 496.

137. Priestley C.H. Turbulent transfer in the Lower Atmosphere Chicago Текст. // The University of Chicago Press, 195 9o

138. Swinbank W.C. The measurement of vertical transfer of heat and water vapour and momentum in the lower atmosphere with some results Текст. // J. Meteor., 1951, VoL 8, N2. P. 240.

139. Taylor G.L Scientific papers. VoL 2. Текст. //Cambridge: Univ. Press, 1960.

140. Ляпин E.C. О гиперболическом уравнении вертикального турбулентного обмена в атмосфере Текст. // Труды Главн. геофиз. обсерв., 1950. № 19. С. 83.

141. Мании А.С., Яглом A.M. Статистическая гидромеханика Текст. //Механика турбулентности. Часть 1, М.: Наука, 1965.

142. Михайлов В.П. Дифференциальные уравнения в частных производных Текст. М.: Наука, 1983.

143. Owen P. R., Thomson W.R. Heat transfer-across rough surfaces Текст. // J. Fluid Mech., 1963. VoL 15. P. 321.

144. Чемберлен A.C., Чедвиг P.C. Перенос иода из атмосферы на землю Текст. // Исследования по ядерной метеорологии и химии атмосферы. Д.: Гидроме-теоиздат, 1962.

145. Жигалкин А-М. О безразмерном коэффициенте обмена между растительностью и окружающей средой Текст. // Проблемы гидрометеорологической информации. М.: Гидрометеоиздат, 1979.

146. Tomar A. Transport of gases to and from grass and grasslike surfaces Текст. // Proc. Soc. Assoc.1966.N290. P. 16.

147. Справочник по пыле-золо улавливанию Текст. / Под ред. Русанова A.A. М.: Энергия, 1975.

148. Гордон Г.М., Пейсахов И.Л Пылеулавливание и очистка газов в цветной металлургии Текст. М.: Металлургия, 1977.

149. Зверев Н.И. Опыт работы жалюзийных пылеуловителей ВТИ Текст. // Изв. ВТИ. 195 0, №1.026

150. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М., Механика сплошных сред Текст. М.: Физмат-гиз, 1954.

151. Теверовский E.H. О диффузии и коагуляции частиц аэрозоля в турбулентном потоке в атмосфере Текст. // Новые идеи в области изучения аэрозолей. М.: Изд-во АН СССР, 1949.

152. Теверовский E.H. О переносе тяжелых частиц, взвешенных в турбулентном потоке Текст. // Изв. АН СССР. Отд. техн. наук. 1952. № 11. С. 121.

153. Минский Е.М. Статистическое определение пути смешения в турбулентном потоке Текст. // Докл. АН СССР. 1940. T. XXVIIL № 8. С. 441.

154. Ужов В.Н. Борьба с пылью в промышленности Текст. М.: Госхимиздат, 1962.

155. Романков М.Г., Курочкина М.И. Гидромеханические процессы химической технологии Текст. Л.: Химия, 1981.

156. Уорк Г., Уорнер С. Загрязнение воздуха Текст. / Пер. с англ./ Под ред. E.H. Теверовского. М.: Мир, 1980.

157. Johns R. Ventyry's Scrubber Текст. // Ibid. 1949. VoL 41, N 11. P. 61.

158. Johnston N., Robertee H, Precipitation of aerosole particles from moving gas flows Текст. // Ibid, 1949. VoL 41, N 11. P. 13.

159. Luis A., Edevards K. Injection of liquids in gas flows moving with high speed Текст. // Ibid. 1948. VoL 40, N 1. P. 32.

160. Gengins G. Blast-furnace gas cleaning Текст. // Ibid. 1959. VoL 40, N 1. P. 64.

161. Reynolds W.C Calculation of Turbulent Plows in Turbulence. 2 nd Текст. // Ed. Springer. Berlin: Heidelberg, 1978.

162. Бронштейн И. Н., Семендяев К. А. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВТУЗОВ Текст. / Издание седьмое, стереотипное. Гос . изд. теннико теоретич. литературы. М.: 1957.

163. Мельников А. А., Смотров В. М., Катихин В. Д Приближённое решение задачи о ламинарном закрученном потоке в круглой трубе Текст.; Волгоград. инж строит, ин - т. Волгоград. 1985, 4с. Рус. (Рукопись деп. в ВИНИТИ 19.12.85. №8721 - В)

164. Kito Osami. Theoretical study on eccentricity of swirling flow in a pipe Текст. / Теоретическое исследование эксцентричности закрученного течения в трубе// "Bull. JSME", 1985. 28, № 243, 1918 1924 (англ).

165. Fellous J. R. Аналитическое исследование закрученного течения в цилиндрических каналах круглого сечения. Approximations: simplification du systeme d'equations et integration. //"Entropie", 1986, 22, № 132, 84 86 (фр.; рез. англ., нем., исп., порт.)

166. Модифицированная (к-s) модель закрученного турбулентного течения в прямой трубе. Modified к-s model for turbulent swirling flow in a straight pipe/ Kobayashi Toshio, Yoda Mono.// "JSME int. J.", 1987, 30 , № 259, 66 71 (англ)

167. Циклоны НИИОГаз. Руководящие указания по проектированию, изготовлению, монтажу и эксплуатации Текст. Изд. Ярославль, 1971.

168. Кобякова Ю.Н. Разработка универсального метода расчёта и энергетического принципа сравнения инерционных пылеуловителей Текст. : автореф. . канд. техн. наук: Томский гос. архит-строит. универ.,2004.

169. Шевченко А. В. Результаты расчёта эффективности и энергоёмкостного показателя аэродинамического метода вихревого способа очистки воздуха от пыли Текст. // Изд. Ростов-н/Д: Известия РГСУ № 8 2004.

170. Распечетка программы «VORTEX2»

171. Program vortex2; USES CRT;1.bel m 1 ,m2,m3,m4,m5,m6,m7,m8,m9,ml0,ml 1;

172. BEGIN {начало программы} ClrScr;

173. Writeln ('Введите исходные данные для расчета скорости Vgr'); Writeln;

174. Writeln ('Введите плотность частиц Pol, кг/мЗ:'); Readln (Pol);

175. Writeln ('Введите диаметр частиц d50, м:'); Readln (d50);

176. Writeln ('Введите плотность газа Pog, кг/мЗ:');1. Readln (Pog);1. Writeln;

177. Writeln ('Введите исходные данные для расчета центробежной скорости Vfi2'); Writeln;

178. Writeln ('Введите ширину тангенциального патрубка Ь, м:'); Readln (b);

179. Writeln ('Введите диаметр вихря d, м:'); Readln (d);

180. Writeln ('Введите площадь входного патрубка Spat, мЗ:');1. Readln (Spat);1. Writeln;

181. Writeln ('Введите исходные данные для расчета аксиальной скорости V12'); Writeln;

182. Writeln ('Введите число Рейнольдса в трубе Re:'); Readln (Re);

183. Writeln ('Введите расход воздуха Q,m/c:'); Readln (Q);

184. Writeln ('Введите температуру воздуха Т,К:'); Readln (Т);

185. Writeln ('Введите количество тангенциальных патрубков п:');1. Readln (пЗ);102:=0.3; n:=0; а:=0; F-0.01; а4:=60; lras:=0.46; nl:=0; al:=0; Ср:=1005; R:=287.3; о:=3; Psi:=0.44;1. Pog:=353/T;miu:=exp((3/2)*ln(T/273)+ln((273+122)/(T+122))+ln(1.72E-5));

186. Vgr:=(Sqr(d50)*Pol*9.81)/(18*miu);

187. Str:=Pi*sqr(d)/4; {Определяется площадь трубы}

188. Sv:=Spat/Str; {относительная площадь сечения вихря Sv, мЗ}

189. W:=Pi*d50*d50*d50/6; {Определение объема частицы}

190. Vfi 1 :=((Q/Str)*Str/Spat)/( 1 +(Str/Spat));1. VI1 :=(Q/Str)-Vfi 1;

191. Vlob 1 :=sqrt(sqr(Vl 1 )+sqr(Vfi 1)); 'rpat:=sqrt(Spat/pi);

192. Re:=((Q/Str)*d)/(miu/Pog);

193. Psitr:=0.0032+0.221/(exp(0.237*ln(Re)));

194. Writeln ('Re-,Re); Writeln ('Vgr=',Vgr); Writeln ('Psitr=',Psitr); Writeln ('Площадь трубы-,Str); Writeln ('Объем частицы-,W);

195. Writeln ('Относительная площадь сечения вихря- ,Sv); Writeln ('Vfi 1=',Vfi 1); Writeln ('V11-,V11); Writeln ('miu-,miu); Readln; Goto m2; ml:102.102+0.001;1. lras<=102 then goto mlO;m2:

196. Vlob2:=Vlobl*exp(-0.28*((sqr(d)/4/(n3*sqr(rpat)))*(102/(d/2))*(l/100)));

197. Vfi2 :=sqrt(sqr(Vlob2)/((1 /(2.9 * exp(-0.1 * (102/(d/2)))))+1));

198. V12:=sqrt(sqr(Vlob2)-sqr(Vfi2));n:=n+l;a:=a+Vfi2;masiv 1 . :=Vfi2-V12;1. a4<0 then goto m3;goto m4;m3: If masivl.<0 then goto ml;m4:1. а4>0 then goto m9; goto mlO;m9: If masivl.>0 then goto ml; mlO:a4:=masivl.;

199. Vfi2sred:=a/n; {Вычисление средней тангенциальной скорости} 11:=102;

200. Writeln ('Протяженность центробежной зоны 11-,11);

201. Writeln ('Средняя тангенциальная скорость Vfi2sred-,Vfi2sred);1. Writeln ('Vfi2-,Vfi2);1. Readln;102:—11; n2:=0; a2:=0; Goto m6; m5:102:=102+0.001;1. lras<=102 then goto ml 1;m6:bbb:=V12-Vgr; If bbb>0.0001 Then Begin

202. Writeln ('Протяженность инерционной зоны 12=',12); Writeln ('Средняя аксиальная скорость V12sred-,V12sred); Readln;end;goto m8; rn7:

203. Writeln ('инерционная зона отсутствует'); readln; V12sred:=0; 12:=0;m8:---------------------------------------,------------------}

204. Расчет эффективности и энергоемкостного показателя процесса очистки} Ск:=1;dstk:=sqrt((9*d*miu* Spat)/(Po 1 * Q* Ск)); dgr:=exp((2/3) * ln((( 14.0 8 *mi u)/(sqrt(Psi) * sqrt(Po 1 )* Ck))));

205. Writeln ('Введите значение функции Dstk, соотв. значению dstk-,dstk); Readln (Dstk);

206. Writeln ('Введите значение функции Dgr, соотв. значению dgr=',dgr); Readln (Dgr);

207. El:=l-((0.01*Dstk)*(0.01*Dgr));

208. Writeln ('Эффективность процесса Еэф=',Е1); Readln;

209. Writeln ('Введите давление газа на входе в зону очистки РО:1); Readln (РО); }

210. Writeln ('Введите начальную концентрацию частиц дисп фазы'); Writeln ('при входе в зону очистки сО:'); Readln (сО);

211. E2:=0.01*c0*Q*((100-Dstk)*(sqr(Vfi2sred)+sqr(V12sred))+0.334*Ро 1*9.81 *d50/(Pog*Psi)));

212. Е2 1 :=0.01 * сО * ((10 0-Dstk) * sqr( Vfi2sred)) * Q;

213. E22 :=0.01 * cO * ((10 0-Dstk) * sqr(V 12sred)) * Q;

214. E23 :=(0.334*Po 1 *9.81 *d50*Q*c0)/(Pog*Psi);

215. Распечетка программы «VORTEX3»

216. Program vortex3; USES CRT;1.bel ml,m2,m3,m4,m5;

217. Var Pol, W, Wl, W2, W3, d50, Pog, Psi, Vfil, b, d, Sv, Re, VllotnK, Vllotn, miu, Psitr, T, a, n3,102, nl, n2, n, al, a2, a3,V12otn, V12, Q, k3, k4, R, ol,0, Vfi2sred, Vfi22sred, 11, Vfi2, VI1, V12jsred, Vgr, 12, F, Spat,

218. Str, a4, lras, V121, V122, Vfi22, sh, Dstkl,Dstk2, Dgr, PO, cO, Ck, El, E2, aaa, bbb, rpat, Vlobl, Vlob2, d2,Vfi2,E2l, E22, E23, E3l: Real; Cp:Word;1, il, k, kl : Byte; Masiv.array 1.2. of real;

219. BEGIN {начало программы} ClrScr;

220. Writeln ('Введите исходные данные для расчета скорости Vgr'); Writeln;

221. Writeln ('Введите плотность частиц Pol, кг/мЗ:'); Readln (Pol);

222. Writeln ('Введите диаметр частиц d50, м:');1. Readln (d50);1. Writeln;

223. Writeln ('Введите исходные данные для расчета центробежной скорости Vfi2'); Writeln;

224. Writeln ('Введите ширину тангенциального патрубка Ь, м:'); Readln (b);

225. Writeln ('Введите диаметр внешнего вихря d, м:'); Readln (d);

226. Writeln ('Введите диаметр внутреннего вихря d2, м:1); Readln (d2);

227. Writeln ('Введите площадь входного патрубка Spat, мЗ:');1. Readln (Spat);1. Writeln;

228. Writeln ('Введите исходные данные для расчета аксиальной скорости V12'); Writeln;

229. Writeln ('Введите расход воздуха Q,m/c:'); Readln (Q);

230. Writeln ('Введите температуру воздуха Т,С:'); Readln (Т);

231. Writeln ('Введите количество тангенциальных патрубков п:'); Readln (пЗ);

232. Writeln ('Введите максимальную центробежную скорость внутреннего');

233. Writeln ('вихря Vfi2, где Vfi2(npn 5.6 м/с)=0.37 м/с;');

234. Writeln ('Vfi2(npn 9.8 м/с)=1.16 м/с; Vfi2(npn 16.6 м/с)=0.37 м/с;');

235. Writeln ('Уй2(при 19.3 м/с)=1.43 м/с; '); Readln (Vfi2);102:^0.002; n:=0; a:=0; F:=0.01; a4:=60;nl:=0; a2:=0; a3:=0; Cp:=1005; R:=287.3; o:=3; Psi:=0.44;1. T:=t+273; Pog:=353/T;miu:=exp((3/2)*ln(T/273)+ln((273+122)/(T+122))+ln(1.72E-5));

236. Vgr:=(Sqr(d50)*Pol*9.81)/(18*miu);

237. Str:=Pi*sqr(d)/4; {Определяется площадь трубы}

238. Sv:=Spat/Str; {относительная площадь сечения вихря Sv, мЗ}

239. W:=Pi*d50*d50*d50/6; {Определение объема частицы}

240. Vfll:=((Q/Str)*Str/Spat)/(l+(Str/Spat));1. VI1 :=(Q/Str)-VfI 1;

241. Vlob 1 :=sqrt(sqr(Vl 1 )+sqr(Vfi 1));rpat :=sqrt(Spat/pi);

242. Re :=((Q/Str) * d)/(miu/Pog);

243. Psitr:=0.0032+0.221/(exp(0.237*ln(Re)));

244. Writeln ('Re-,Re); Writeln ('Vgr=',Vgr); Writeln ('Psitr=',Psitr); Writeln ('Площадь трубы-,Str); Writeln ('Объем 4acxHUbi=',W);

245. Уй225гес1:=а2/п; У12яес1:=аЗ/п;

246. Wгiteln ('Средняя тангенциальная скорость Vfl2sred=l,Vfi2sred); Wгiteln ('Уй2—,УА2);

247. Уп1е1п ('Средняя тангенциальная скорость Vfi22sred-,Vfi22sred);1. Vriteln ('Уй22-,УГ122);

248. Writeln ('Средняя аксиальная скорость У12згеё=',У128^);1. WriteIn ('У12-,У12);1. Readln;-----------------------------------------------------------}

249. Расчет эффективности и энергоемкостного показателя процесса очистки} Ск:=1;dstkl :=sqrt((9 * d* miu* Spat)/(Po 1 * Q * Ck)); dstk2 :=sqrt((9 * d2 * miu)/(Po 1 * Vfi2 * Ck)); dgr:=exp((2/3)*ln(((14.08*miu)/(sqrt(Psi)*sqrt(Pol)*Ck))));

250. Writeln ('Введите значение функции Dstk, соотв. значению dstkl=',dstkl); Readln (Dstkl);

251. Writeln ('Введите значение функции Dstk, соотв. значению dstk2-,dstk2); Readln (Dstk2);

252. Writeln ('Введите значение функции Dgr, соотв. значению dgr=',dgr); Readln (Dgr);

253. El:=l-((0.01*Dstkl)*(0.01*Dgr)*(0.01*Dstk2));

254. Writeln ('Эффективность процесса Еэф-,E1); Readln;

255. Writeln ('Введите начальную концентрацию частиц дисп фазы'); Writeln ('при входе в зону очистки сО:'); Readln (сО);

256. Writeln ('Введите давление развиваемое побудителем тяги'); Writeln ('при входе в зону очистки РО (по модулю):1); Readln (РО);

257. АЛГОРИТМ ПРОГРАММЫ «СУСЬ(ЖЕ2» ДЛЯ РАСЧЁТА ЦИКЛОННОГО АППАРАТА НА ОСНОВЕ ПРЕДЛОЖЕННОЙ МЕТОДИКИ

258. Ввод исходных данных для частиц дисперсной фазы: Рч. Со, Ск, 650

259. Расчёт энергоёмкостного показателяочистки, Е '

260. Вывод результатов расчёта Еэф и Еэ1

261. Расчёт центробежной зоны вихря, /ц1

262. Расчёт инерционной зоны вихря, /ии1 г

263. Расчёт гравитационной зоны вихря, /грг

264. Расчёт эффективности очистки, Еэф

265. Выбор нового типоразмера циклонного аппарата--- Г~~ ( I- I I--Г Г { I—• Г Г Г Г I г~ г123