Розробка методики статичної і динамічної об"єктної декомпозиції вентиляційних систем, яка включає виділення типових розрахункових елементів. Дослідження погрішностей у визначенні характеристик газоповітряних потоків при контролі промислових викидів.
При низкой оригинальности работы "Підвищення достовірності прогнозування та контролю характеристик газоповітряних викидів промислових вентиляційних систем", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
Доля витрат на розробку систем вентиляції і контролю викидів залишається великою і у середньому складає 10-15 % від вартості споруджень, а експлуатаційні витрати на їхнє функціонування в ряді випадків досягають 50-60 % від загальних. Метою роботи є розробка і підвищення точності методів прогнозування та контролю характеристик викидів промислових вентиляційних систем на основі математичного моделювання газоповітряних потоків, що дозволяють удосконалювати системи вентиляції і забезпечують достовірну оцінку параметрів викидів в експлуатаційних та проектних режимах роботи. Запропоновані методи розрахунку характеристик газоповітряних потоків промислових вентиляційних систем, які включають обєктну декомпозицію на типові розрахункові елементи, структури і звязки, що дозволяють удосконалювати системи вентиляції, а також прогнозувати їх викиди на основі математичного моделювання. · розроблені методики, алгоритми і програми розрахунку характеристик промислових вентиляційних систем, що дозволяють удосконалювати системи вентиляції та прогнозувати їх викиди на основі чисельного моделювання. Звязок повних тисків між двома сусідніми вузлами при наявності між ними, в загальному випадку, джерел напору (рис.2) представляється на основі рівняння Бернуллі: , де - повні тиски у вузлах; - сума характеристик джерел напору, встановлених між вузлами; - статичний перепад тисків між вузлами, враховуючий різницю температур; - сума перепадів тисків на запірно-регулюючих пристроях; - сума втрат тиску на ділянках повітроводів; SV - число джерел напору між вузлами; SP - число запірно-регулюючих пристроїв; SK - число ділянок повітроводів.Рішення даної проблеми спрямовано на удосконалювання систем вентиляції і дозволяє досягти ефекту в технічному, економічному, соціальному та екологічному відношенні. Це дозволило запропонувати методи розрахунку характеристик газоповітряних потоків вентиляційних систем, що дозволяють удосконалювати промислові системи вентиляції та прогнозувати їх викиди на основі математичного моделювання. Для кільцевого каналу запропонована тришарова модель турбулентного потоку з кусочно-лінійним розподілом вихрової вязкості, що дозволило використовувати результати, апробовані для круглих каналів, в дослідженні течій на вхідних ділянках. Виконана оцінка впливу коефіцієнта молекулярної дифузії на загальний процес при турбулентної течії основного потоку, що показало можливість зневаги його величиною при числах Рейнольдса Re > 104, діапазон яких є робочим для промислових вентиляційних систем. Отримані аналітичні рішення процесів дифузії крапкового та кругового джерел домішки в круглому циліндричному каналі при допущенні рівномірного профілю швидкості, що дозволило встановити закономірності розподілу концентрації домішки по перетину каналу на різних відстанях від джерела.
Вывод
У дисертаційній роботі вирішена важлива науково-технічна проблема підвищення достовірності прогнозування та контролю характеристик газоповітряних викидів промислових вентиляційних систем. Рішення даної проблеми спрямовано на удосконалювання систем вентиляції і дозволяє досягти ефекту в технічному, економічному, соціальному та екологічному відношенні. По результатам досліджень зроблені наступні висновки: На основі аналізу типових схем, конструктивних та технологічних особливостей промислових вентиляційних систем побудована методика декомпозиції систем вентиляції на типові розрахункові елементи, структури і звязки. Це дозволило запропонувати методи розрахунку характеристик газоповітряних потоків вентиляційних систем, що дозволяють удосконалювати промислові системи вентиляції та прогнозувати їх викиди на основі математичного моделювання.
Для багатолінійних вентиляційних систем з єдиним вихідним каналом побудована типова розрахункова схема та деталізована узагальнена математична модель, на основі чого запропонований метод розрахунку параметрів подібних систем і розроблений алгоритм чисельної процедури.
Адаптовані математичні моделі турбулентних газових потоків для каналів вентиляційних систем, побудовані на основі k-e моделі турбулентності. Для круглих та кільцевих циліндричних каналів обґрунтовано застосування моделей із заданим законом розподілу вихрової вязкості. Для кільцевого каналу запропонована тришарова модель турбулентного потоку з кусочно-лінійним розподілом вихрової вязкості, що дозволило використовувати результати, апробовані для круглих каналів, в дослідженні течій на вхідних ділянках.
Для чисельного моделювання турбулентних течій на вхідних ділянках каналів з довільним профілем швидкості на вході розроблений алгоритм, що базується на кінцево-різницевому маршовому методі. Результати чисельних експериментів, які підтверджені дослідними даними, показують, що довжина початкової ділянки при наближенні поточного профілю швидкості до профілю сформованого потоку з точністю до 3 % у діапазоні чисел Рейнольдса Re=104...106 складає не більш 20 гідравлічних діаметрів.
Для аналізу дифузійних процесів у каналах вентиляційних систем запропонована узагальнена математична модель масопереносу в турбулентному потоці, побудована на базі моделі турбулентної течії при використанні k-e гіпотези турбулентності та рівняння дифузії, перетвореного відповідно гіпотезі Фіка-Бусінеска. Виконана оцінка впливу коефіцієнта молекулярної дифузії на загальний процес при турбулентної течії основного потоку, що показало можливість зневаги його величиною при числах Рейнольдса Re > 104, діапазон яких є робочим для промислових вентиляційних систем.
Встановлена наявність автомодельної зони, коли довжина шляху вирівнювання концентрації не залежить від параметрів газового потоку Так, зміна дифузійного числа Пекле Ред для чисел Рейнольдса Re>1,3.105 складає не більш 5% при значеннях відносної шорсткості >0,001.
Отримані аналітичні рішення процесів дифузії крапкового та кругового джерел домішки в круглому циліндричному каналі при допущенні рівномірного профілю швидкості, що дозволило встановити закономірності розподілу концентрації домішки по перетину каналу на різних відстанях від джерела. Довжина шляху вирівнювання концентрації практично не залежить від числа Рейнольдса, а ступінь її рівномірності перевищує 0,9 на довжині 27,5 діаметрів. На відстані 0,62 радіуса труби від осі величина концентрації рівна середньому значенню, тобто відповідає концентрації однорідного потоку.
Встановлені закономірності початкових етапів дифузії аерозолів в турбулентному потоці. Час індукційного періоду залежить від густини аерозольних часток, динамічної вязкості основного потоку та діаметра часток. Час перехідного періоду однозначно не визначається властивостями аерозолів та основного потоку, а в ряді випадків може встановлюватися виходячи зі ступеня турбулентності потоку і величини дифузійного числа Пекле. Апроксимація коефіцієнта Лагранжевої кореляції основного потоку експонентною залежністю дозволила отримати вираз для коефіцієнта дифузії аерозолів, який є перемінним під час перехідного періоду.
Розроблені рекомендації по розміщенню засобів контролю у каналах вентиляційних систем. Витрату викидів рекомендовано вимірювати з урахуванням довжини початкової аеродинамічної ділянки і розподілу швидкості по перетину каналу. Показано, що для профілів швидкості, характерних для потоків після входу в вентиляційний канал через колектор, на відстані 6 діаметрів від входу радіус середньої швидкості відрізняється не більш, ніж на 5 % від відповідного значення для сформованого потоку. Встановлені залежності для визначення радіуса середньої швидкості в круглому та кільцевому циліндричному каналах. Обґрунтована можливість використання пристроїв забору викидів для виміру концентрації домішки в якості приймачів повного тиску в потоці при визначенні витрати. Рекомендації застосовані для удосконалювання систем контролю викидів через вентиляційні труби енергоблоків типу ВВЕР-1000.
Розроблені технічні засоби, що підвищують точність виміру характеристик викидів і розширюють функціональні можливості систем контролю. Технічні рішення впроваджені на промислових підприємствах України.
Виконані розрахунки параметрів вентиляційних систем промислових підприємств і енергоблоку атомної станції. Результати моделювання стаціонарних режимів роботи виявляють наявність взаємного впливу характеристик окремих ділянок систем, що приводить до перерозподілу витрат. Прогнозування характеристик систем вентиляції енергоблоку ВВЕР-1000 при зміні аеродинамічного опору йодних та аерозольних фільтрів показує, що падіння витрати на ділянках системи може складати до 20 % від номінального значення. По результатам моделювання дані рекомендації по удосконалюванню систем вентиляції.
Розроблена методика визначення часу проходження дискретних часток по тракту вентиляційних систем, що враховує тривалість індукційного періоду в русі часток. Використання методики для енергоблоків атомних станцій дозволяє уточнювати фактичну радіаційну обстановку в реакторному відділенні по контролю радіоактивних викидів у вихідній вентиляційній трубі.
Виконаний прогноз нестаціонарних газодинамічних процесів у максимальній проектній аварії на енергоблоці ВП “ЗАЕС”, звязаною з утратою теплоносія 1-го контуру. По результатам розрахунку дані рекомендації по удосконалюванню системи придушення аварії.
Наукові і практичні результати впроваджені на промислових підприємствах, обєктах комунального господарства, у науково-дослідних організаціях, що дозволило одержати значний економічний ефект і економію валютних коштів за рахунок скорочення строків і витрат на виконання проектно-конструкторських робіт та проведення реконструкції систем вентиляції, оптимізації вкладення коштів у підвищення рівня технічної оснащеності систем контролю викидів, відмовлення від використання імпортного обладнання та ін. вентиляційний газоповітряний промисловий
Список литературы
Соколов В.И. Прогнозирование и контроль промышленных выбросов: Монография. - Луганск: ВУГУ, 2000. - 100с.
Соколов В.И. и др. Инженерные задачи диффузии примеси в потоке: Монография / Соколов В.И., Коваленко А.А., Калюжный Г.С., Минин С.А., Корченели И.А., Кондауров Е.Н. - Луганск, 2000.- 168с.
Соколов В.И. Аэродинамика газовых потоков в каналах сложных вентиляционных систем: Монография. - Луганск: ВУГУ, 1999. - 200с.
