Введение к работе
Актуальность темы. Одним из важных направлений повышения эффективности предприятия является снижение энергозатрат на выполнение операций по изготовлению малогабаритных изделий в укрытиях выделяющихся химических веществ (ВХВ). Укрытия газотепловых источников шкафного типа мобильны, технологически легко перестраиваются под выполнение других операций. Вместе с этим локализация и удаление химических выделений связаны со значительными затратами энергии.
В различных конструкциях укрытий ВХВ выполнение операций по травлению, обезжириванию, металлопокрытию деталей, их термообработке, окраске, и т.д. связано с поступлением химических веществ в помещение и в окружающую среду. Выделение ВХВ в сопряженных процессах тепло - и массопе-реноса в укрытиях шкафного типа являются малоизученными. Исследование этих процессов должно быть направлено на уменьшение выделения ВХВ, что снижает энергозатраты и улучшает качество атмосферного воздуха.
Наиболее эффективным направлением решения этих задач является разработка математических моделей тепло - и массопереноса, процессов локализации и удаления ВХВ и комплексный учет энергозатрат, начиная от укрытия и завершая выбросом очищенной газовоздушной смеси в окружающую среду.
Актуальными остаются и исследования процессов удаления образуемых углеводородных газовоздушных смесей из укрытия, поскольку их концентрация может превысить нормируемое значение по взрывобезопасности. В качестве побудителя удаления используются вентиляторы и реже эжекторы, что связано с их невысоким коэффициентом полезного действия. Вместе с этим привлекательность использования эжекторов обусловлена возможностью легкого изменения режима отсоса газовоздушных смесей и безопасностью их удаления. Энергетически приемлемый диапазон применения эжектора определен установлением рационального сочетания параметров эжектора с параметрами системы локализации и удаления ВХВ.
Диссертационная работа выполнена в рамках госбюджетных НИР ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный архитектурно-строительный университет»: грант «Эколого-экономическая оптимизация режимов работы вентиляции помещений» № Г.р. 01.9.7000.65.82 и межвузовской программы «Разработка систем удаления химических образований с экономией ТЭР» № Г.р. 01.9.3000.21.91.
Цель и задачи исследования. Цель работы - повышение энергоэффективности процессов тепло - и массопереноса в укрытии шкафного типа при изготовлении в нем промышленных изделий.
Для достижения поставленной цели определены следующие задачи;
-разработать математическую модель процессов тепло - и массопереноса, влияющих на выделение газообразных химических веществ в укрытии шкафного типа;
-определить влияние скорости движения воздушного потока в укрытии на выделение химических веществ и на их поступление в помещение;
-разработать математическую модель и траекторию движения теплогазо-вых выделений в укрытии для определения условий полноты их удаления и режима с уменьшенными энергозатратами;
-определить режим эффективной работы эжектора при удалении из укрытия теплогазовых выделений;
- разработать инженерную методику, позволяющую установить энерге
тически рациональный режим удаления ВХВ вентилятором и эжектором.
Научная новизна работы заключается в:
математической модели процессов тепло - и массопереноса газообразных химических выделений в укрытии, позволяющей установить режим с уменьшенным энергопотреблением;
уравнении, позволяющем определить необходимую скорость воздушного потока в рабочем проеме укрытия, эффективность удаления ВХВ в зависимости от размера используемого укрытия и величины ВХВ;
уравнении траектории движения газовоздушного потока и результирующей скорости взаимодействия воздушного и конвективного потоков в укрытии, по которым определяются условия полноты удаления образуемых газовоздушных смесей и снижение энергозатрат на их удаление;
уравнениях, связывающих параметры эжектора с максимальной скоростью в его смесительной камере, по которым определяется его коэффициент полезного действия, диапазон рационального режима удаления из укрытия взрывоопасной газовоздушной смеси и уменьшенные энергозатраты;
Достоверность результатов исследования обоснована применением фундаментальных законов гидрогазодинамики, тепло - и массопереноса, математического аппарата теории обыкновенных дифференциальных уравнений, методов моделирования изучаемых процессов.
Практическая значимость. Разработаны расчетные зависимости, инженерная методика, алгоритмы и программа, позволяющие определить область энергетически рациональных режимов работы укрытия шкафного типа, удаления химических газообразных веществ из укрытия, снижения поступления в помещение химических веществ до санитарных норм в воздушной среде. Полученные результаты приемлемы при проектировании укрытий шкафного типа для выполнения технологических операций в различных областях промышленности.
Реализация результатов работы. Результаты исследований использованы: в испытательном комплексе Конструкторского бюро химической автоматики (г. Воронеж) в средствах локализации и удаления вредных химических выделений при стендовых испытаниях ракетных двигателей и в средствах удаления эжектором взрывоопасных веществ; в Филиале «Спецстройпроект №1» ФГУП «ЦПО» при Спецстрое России (г. Воронеж) при выпуске проектной документации.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: VIII Международной научно-практической конференции «Высокие технологии в экологии» (Воронеж, 2005); III Международной научно-практической конференции «Проблемы экологии: наука, промышленность, образование» (Белгород, 2006); Международной научно-технической конференции «Теоретические основы вентиляции» (Москва, 2007); VI Международной научной конференции «Качество воздуха в помещении и окружающей среды» (Волгоград, 2008); XI Международной научно-практической конференции «Высокие технологии в экологии» (Воронеж, 2008); 61-64 научных конференциях и семинарах Воронежского государственного архитектурно-строительного университета (Воронеж, 2006-2009).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 11 научных работ, в том числе 4 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата лично соискателю принадлежат: [1] - разработка математической модели процессов тепло - и массопереноса в укрытии вредных химических выделений и удаления их эжектором; [5] - установление влияния эффективности средств очистки химических выбросов на энергозатраты по обеспечению нормируемых параметров микроклимата в помещении.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, приложений и списка литературы из 156 наименования. Основная часть работы изложена на 115 страницах, содержит 38 рисунков и 27 таблиц.
