Введение к работе
Актуальность проблемы. Промышленные предприятия характеризуются, как правило, большим разнообразием используемого сырья и полупродуктов. Вещества, применяемые в большинстве производств, газообразны, взрывоопасны и представляют собой потенциальную опасность возникновения профессиональных заболеваний у работающих.
Процессы производства сопровождаются выделением вредных газов, паров и тепла, количество которых зависит от особенностей технологического процесса, степени герметизации оборудования и пр., вследствие чего воздух в помещениях претерпевает сильные изменения. Эти изменения в общем случае касаются состава и состояния воздуха и могут вредно отражаться на здоровье и самочувствии рабочих, создавать тяжелые условия для работы и неблагоприятно влиять на производительность труда.
В производственных помещениях нет необходимости поддерживать требуемые параметры воздуха по всему объему. Важно, чтобы в рабочей зоне (высота ее принимается 2 м) и в местах у технологического оборудования параметры воздуха не отклонялись от нормируемых пределов. Вентиляция в большинстве случаев может обеспечить в помещениях только допустимые санитарно-гигиенические условия.
Одним из основных помещений заводов по производству полимерных материалов являются цеха по производству готовой продукции. Вопрос улучшения состояния воздушной среды в этих цехах является актуальным, так как на ряде предприятий заводов синтетического каучука, как показали результаты обследований, концентрация вредных веществ в воздухе производственных помещений и выбросы в атмосферу превышают предельно допустимые значения. При обследовании вышеуказанных цехов также наблюдались значительные перепады температуры и влажности. Интенсификация производства, а также высокие требования к состоянию воздушной среды, обеспечивающему благоприятные условия для роста производительности труда, ставят соответствующие задачи в области вентиляции: возникает необходимость выявления рациональной схемы вентиляции, обеспечивающей нормальные метеорологические и санитарно-гигиенические условия в производственных помещениях, совершенствование работы местной вытяжной вентиляции.
Существующие принципы и методы расчета промышленной вентиляции цехов по производству полимерных материалов не учитывают в достаточной мере комплексного воздействия на параметры воздушной среды помещений следующих факторов: молекулярной массы газообразных взрывопожароопас-ных веществ; геометрических размеров и конструкций ограждений помещения; режимов работы технологического оборудования; потоков теплоты и вредных веществ, выделяющихся из оборудования; кратности воздухообмена; скорости истечения приточного воздуха из воздухораспределителей и способов организации воздухообмена.
Проблема интенсификации систем вентиляции в производственных помещениях производства полимерных материалов с учетом эффективных способов проектирования местной и общеобменной вентиляции является весьма акту-
альной, так как ее решение позволит улучшить качество внутреннего воздуха, которое обеспечит здоровье работающему персоналу, чистоту промплощадок и одновременно снизит затраты на знергоресурсы.
Цель работы - моделирование и обоснование режимов работы вентиляции помещений по производству полимерных материалов с высоким тепловлаговы-делением.
Задачи исследования:
-
Разработать математическую модель общеобменной вентиляции с различными схемами местной вытяжной вентиляции для получения математических зависимостей температурных полей, влажности и концентрации взрыво-пожароопасных веществ.
-
Разработать воздушно-тепловую модель для проведения экспериментальных исследований с целью определения критериальных уравнений процессов тепломассообмена в помещениях по производству полимерных материалов с высоким тепловлаговыделением.
-
На воздушно-тепловой модели провести моделирование работы местной и общеобменной вентиляции для построения картины циркуляции воздушных потоков.
-
Разработать методику определения расположения местных отсосов, режимов их работы и выявить влияние конструкции местных отсосов на величину воздухообмена. Разработать номограмму, связывающую между собой расход отсасываемого воздуха и конструкцию входного патрубка.
-
Разработать метод расчета параметров внутреннего воздуха и рациональных режимов работы систем местной и общеобменной вентиляции производственных помещений по производству полимерных материалов.
Объектом исследования являются производственные помещения по производству полимерных материалов с высоким тепловлаговыделением.
Предметом исследования является системы общеобменной и местной вытяжной вентиляции помещений по производству полимерных материалов с высоким тепловлаговыделением.
Методы исследования. Основные теоретические задачи решались с привлечением математического аппарата, используемого при решении дифференциальных уравнений и корреляционно-регрессионных моделей; закономерностей тепло-массообменных процессов, аэродинамики, современных методов определения параметров воздуха производственных помещений. Правильность полученных зависимостей подтверждена промышленными исследованиями теплового, воздушного и газового режимов помещений с большим тепловлаговыделением.
Научная новизна работы:
-
Разработана математическая модель общеобменной вентиляции с различными коэффициентами эффективности местной вытяжной вентиляции, представляющая собой математические описания температурных полей, влажности и концентрации взрывопожароопасных веществ.
-
На основе подобия была разработана воздушно-тепловая модель для проведения экспериментальных исследований. По результатам экспериментальных исследований определены критериальные уравнения процессов тепло-
массообмена в помещениях по производству полимерных материалов с высоким тепловлаговыделением.
-
Для построения картины циркуляции воздушных потоков выполнено моделирование работы местной и общеобменной вентиляции.
-
Разработана методика определения положения местных отсосов, режимов их работы и влияния конструкции местных отсосов на величину воздухообмена. Разработана номограмма, связывающая между собой расход отсасываемого воздуха и конструкцию входного патрубка. При построении номограммы использовались зависимости спектров скоростей и влажности отсасываемого воздуха.
-
Разработан метод расчета параметров внутреннего воздуха и рациональных режимов работы систем местной и общеобменной вентиляции производственных помещений по производству полимерных материалов, позволяющий достичь равномерности концентраций тепловлаговыделений.
На защиту выносятся:
-
Математическая модель для расчета температурных полей, влажности и концентрации взрьшопожароопасных веществ в помещениях по производству полимерных материалов.
-
Критериальные уравнения процессов тепломасообмена в помещениях производства полимерных материалов с высоким тепловлаговыделением.
-
Методика определения положения местных отсосов, номограмма для определения параметров воздуха.
-
Метод расчета параметров внутреннего воздуха и рациональных режимов работы систем местной и общеобменной вентиляции помещений с высоким тепловлаговыделением.
Практическая значимость. Аналитические и экспериментальные зависимости движения теплогазовлаговыделений, метод корреляционно-регрессионного решения общеобменной вентиляции, разработанные на основе моделирования воздухообмена, позволяют проектировать и производить регулирование систем общеобменной и местной вытяжной вентиляции в производственных помещениях по производству полимерных материалов.
Апробация работы и внедрение. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на научных конференциях, семинарах ВГАСУ (г. Воронеж, 2008-2010 гг.). Корреляционно-регрессионные модели динамики тепловлаговыделений, номограмма для определения эффективных способов организации воздухообмена, проектно-конструкторские разработки местных отсосов применяются в практике Воронежского ДОАО «Газпроектинжи-ниринг», внедрены на объектах ОАО «Воронежсинтезкаучук», ООО «Группа компаний "Инженерные системы"» (г. Воронеж).
Результаты теоретических и экспериментальных исследований диссертации систематически используются в курсовом и дипломном проектировании, научно-исследовательской работе по специальности «Теплогазоснабжение и вентиляция» в ГОУВПО ВГАСУ.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 научных статей объемом 39 с, из них лично автору принадлежит 19 с. Четыре работы опубликованы в издании, включенном в перечень ВАК, - «Научный вестник ВГАСУ. Строи-
тельство и архитектура». В статьях, опубликованных в рекомендованном ВАК издании, изложены основные результаты диссертации: в работе [1] проведено экспериментальное исследование качества воздушной среды в промышленных помещениях; в работе [2] выявлены закономерности распространения пожаров-зрывоопасных веществ в производственных помещениях по производству полимерных материалов; в работе [3] разработаны зависимости диаметра патрубка и расхода отсасываемого воздуха от конструктивных размеров технологического оборудования; в работе [4] представлен расчет параметров промышленной безопасности местной вентиляции производственных помещений.
Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения, четырёх глав, общих выводов, списка литературы из 95 наименований. Общий объем -133 с, в том числе 124 с. основного машинописного текста, 45 рисунков, 10 таблиц.
