Математическое моделирование систем обеспыливания промышленных объектов с учетом явлений переноса в гетерогенных средах

• Автор: Шаптала, Владимир Григорьевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Белгород
• Количество страниц: 357 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ОБЕСПЫЛИВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ, ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ И МЕТОДОЛОГИЯ РАБОТЫ.

1.1. Анализ и формализация процессов выделения газовзвесей.

1.2. Обзор существующих математических моделей систем обеспыливания промышленных объектов
1.3. Системный подход к моделированию процессов комплексного обеспыливания производственной воздушной среды.

1.4. Задачи исследования и методологические основы работы

1.5. Выводы

2. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К ФОРМИРОВАНИЮ

МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ПРОЦЕССОВ ОБЕСПЫЛИВАНИЯ

2.1. Основные положения математического и компьютерного моделирования течений малоконцентрированных газовзвесей

2.2. Исследование аэродинамики систем обеспыливающей вентиляции

2.2.1. Моделирование плоских течений газа в потенциальном приближении
2.2.2. Исследование неизотермических турбулентных потоков воздуха
2.3. Математическое моделирование свойств дисперсной фазы аэрозолей.
2.3.1. Закономерности распределения частиц промышленных аэрозолей по размерам
2.3.2. Аэродинамические свойства частиц несферической формы
2.3.3. Анализ механизмов коагуляции частиц аэрозолей.
2.4. Упорядоченное движение частиц грубодисперсных аэрозолей метод траекторий.
2.5. Имитационное моделирование движения частиц тонкодисперсной пыли в турбулентных потоках воздуха.
2.6. Исследование дисперсной фазы аэрозоля в приближении сплошной среды
2.7. Выводы
3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ
ЛОКАЛИЗАЦИИ ИСТОЧНИКОВ ПЫЛ ЕВЫ ДЕЛЕВЫ ДЕЛЕНИЯ
3.1. Моделирование систем аспирации узлов перегрузки сыпучих
материалов
3.1.1. Исследование процесса эжекции воздуха при движении гравитационных потоков сыпучих материалов.
3.1.2. Прогнозирование параметров аспирируемой пыли
3.2. Моделирование рециркуляционных систем аспирации.
3.3. Моделирование и расчет местных отсосов от диффузионных источников выделения пыли и теплоты.
3.4. Деформация плоской струи в сносящем потоке воздуха
и основы расчета воздушноструйных ограждений.
3.5. Выводы
4. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ВАКУУМНОЙ ПЫЛЕУБОРКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ.
4.1. Исследование процесса гравитационного осаждения полидисперсной пыли.
4.2. Математическое моделирование аэродинамического диспергирования осевшей пыли
4.3. Моделирование рабочего процесса пылеуборочного насадка
4.4. Численное моделирование движения запыленных потоков
в пневмотранспортных трубопроводах.
4.5. Выводы.
5. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЦЕНТРОБЕЖНОГО
УЛАВЛИВАНИЯ НАЛИПАЮЩИХ ПЫЛЕЙ
5.1. Аэродинамические свойства центробежных пылеуловителей
5.2. Прогнозирование фракционной эффективности центробежных уловителей налипающих пылей.
5.3. Моделирование процесса залипания центробежных пылеуловителей
5.4. Электрическая интенсификация процесса центробежного пылеулавливания.
5.5. Выводы.
6. МЕТОДЫ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ОБЕСПЫЛИВА
НИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ.
6.1. Исследование движения воздушных потоков, распределения концентрации пыли и температуры во внутрицеховом пространстве
6.2. Численное моделирование рассеивания аспирационных и транспортных пылевых выбросов на промышленных площадках
6.3. Выводы.
7. ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ И ПРОВЕРКА АДЕКВАТНОСТИ
МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ПО ДАННЫМ
НАТУРНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ
7.1. Особенности оценки параметров и установления адекватности моделей систем обеспыливающей вентиляции
7.2. Местная вытяжная вентиляция
7.3. Централизованная вакуумная пылеуборка поверхностей.
7.4. Центробежный уловитель налипающих пылей
7.5. Общеобмеиная вентиляция производственных помещений с пылевыделениями
7.6. Выводы
8. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ
КОМПЛЕКСНЫХ СИСТЕМ ОБЕСПЫЛИВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ.
8.1. Исходные положения и техникоэкономические предпосылки моделирования комплексных систем обеспыливания производственных помещений.
8.2. Исследование моделей комплексных систем обеспыливания производственных помещений
8.3. Метод определения оптимальных параметров комплексных систем обеспыливания производственных помещений
8.4. Структура математического обеспечения исследований обеспыливающей вентиляции
8.5. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЯ.
ВВЕДЕНИЕ
Выполненная работа посвящена разработке методологии построения и анализа математических моделей систем обеспыливания промышленных объектов, как инструмента разработки новых технических решений, направленных на повышение эффективности систем обеспыливающей вентиляции.
Актуальность


Наиболее эффективным и экономичным средством пылеуборки поверхностей является централизованные вакуумные пылеуборочиые установки ЦПУ, включающие в себя пылесосные насадки, гибкие шланги для их присоединения к стационарной системе трубопроводов, блок очистки воздуха и побудитель тяги. Большой вклад в развитие математического моделирования вакуумных пылеуборочных установок и превмотранспорта внесли Г. А. Бабуха , , И. Гастерштадт , Ю. Г. Грачев , А. М. Дзядзио , Е. В. Донат , М. П. Калинушкин , Л. С. Клячко , С. Е. Сакс , А. Е. Смолдырев , В. А. Шваб и другие. Однако, несмотря на ряд несомненных достоинств, ЦПУ не нашли еще широкого распространения в промышленности, что во многом объясняется недостаточной изученностью основных рабочих процессов вакуумной пылеуборки. Это сдерживает разработку надежных научнообоснованных расчетных методик и автоматизированных систем проектирования ЦПУ. В настоящее время расчет ЦПУ ведется в соответствии с Рекомендациями но проектированию централизованных пылесосных установок в помещениях промышленных предприятий разработанными ГПК НИИ Сантехпроект , дополненными результатами ряда новых теоретических и экспериментальных исследований 1,,. Для проектирования ЦПУ необходимо выполнить ее технологический и аэродинамический расчет. Исходными данными для технологического расчета являются распределение массы пыли и просыпи по площади помещения с указанием запыленности отдельных участков х, кгм2 и их площади м2 продолжительность уборки этих участков и ее периодичность Т , с физикомеханические свойства пыли и просыпи плотность, влажность, дисперсность и другие. Рис. Зависимость расхода воздуха через пылесоный насадок с задней стенкой от производительности пылеуборки и запыленности поверхностей. Яу Яу 7у 1. ЦПУ. Целью математического моделирования процесса транспортирования газовзвесей является определение общего падения давления в системе при заданной ее производительности, что позволит выбрать побудитель тяги, обеспечивающий надежную работу системы при минимальных энергозатратах. Для определения гидравлического сопротивления ЦПУ необходимо
выполнить трассировку по ветвям системы, а затем найти сопротивление элементов, входящих в каждую ветвь. АН2ф 1 кМЛ0АН0 к i 1. АН о падение давления для потока чистого воздуха . Метод, основанный на использовании коэффициента сопротивления трения двухфазному потоку учитывающего все формы дополнительных затрат энергии на транспортирование дисперсного материала трение частиц материала о стенки трубопровода, трение воздуха о частицы материала и т. АНнфи кцР 1. Расход воздуха, просасываемого через один насадок, составляет 0 0 м3ч. Значения коэффициентов и к для насадков различных типов определяются экспериментально 1, . Падение давления воздуха в гибких вакуумных шлангах целесообразно определять по второму методу
о. М 0. К ш
где Я средний радиус изгибов шланга, м 6 суммарный угол изгибов шланга, рад 1Ш длина шланга И. Рейнольдса
Яе
1. Таким же способом определяется гидравлическое сопротивление участков стационарных трубопроводов. Блазиуса
Ке
1. Я. 2. Яе0
Иг
0. Рм
1. АЯ0 в4Л 1. Л 2. МО6
вк . Рвп Рв о
ХАЯ,
где рв0 1. Г 0 С. Падение давления в местных сопротивлениях коленьях, отводах, тройниках, как показывают специальные исследования, не превышают 7 суммарного падения давления в гибком шланге и прямых участках ветви, поэтому ее общее гидравлическое сопротивление может быть найдено по формуле
1. Различие общих падений давления по определенным ветвям ЦПУ не должно превышать сопротивления максимально нагруженной ветви. Ввиду значительного сопротивления подводящих шлангов и стационарных трубопроводов при повышенных концентрациях дисперсного материала, разрежение, необходимое для устойчивой работы ЦПУ, может достигать кПа. При этом расход отсасываемого воздуха, как правило, не превышает м3ч. Исходя из потребного разрежения и производительности системы по воздуху подбирается побудитель тяги. В ЦПУ, как правило, применяют двухступенчатую очистку воздуха от пыли. В качестве первой ступени используются сухие циклоны типа ЦН, в качестве второй рукавные фильтры ФВС или ФРВ.