Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ДОНБАСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ
БУДІВНИЦТВА І АРХІТЕКТУРИ
Гусєнцова Яна Алімівна
УДК 697.34
ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ВЕНТИЛЯЦІЇ КОЛЕКТОРІВ СИСТЕМ ВОДОВІДВЕДЕННЯ
05.23.03 - Вентиляція, освітлення та теплогазопостачання
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Макіївка - 2002
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Донбаській державній академії будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України
Науковий керівник: доктор технічних наук, професор
Губар Валентин Федорович,
Донбаська державна академія будівництва і
архітектури, завідувач кафедри
"Теплотехніка, теплогазопостачання і
вентиляція"
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор
Соколов Володимир Ілліч,
Східноукраїнський національний університет
ім. В. Даля, професор кафедри
"Гідрогазодинаміка"
кандидат технічних наук, доцент
Зінич Петро Лукінович,
Київський національний університет
будівництва і архітектури, доцент кафедри
"Теплогазопостачання і вентиляція"
Провідна установа: Харківський державний технічний університет будівництва і архітектури, кафедра "Вентиляція і використання теплових вторинних енергоресурсів"
Захист відбудеться 16 січня 2003 року об 11 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д12.085.01 Донбаської державної академії будівництва і архітектури за адресою: 86123, Донецька обл., м. Макіївка, вул. Державіна, 2, 1 навчальний корпус, зала засідань.
З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Донбаської державної академії будівництва і архітектури (86123, Донецька обл., м. Макіївка, вул. Державіна, 2).
Автореферат розісланий: 9 грудня 2002 р.
Учений секретар спеціалізованої
вченої ради, к.т.н., доцент А.М. Югов
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми
Результати аналізу експлуатації систем водовідведення показують, що процеси, які відбуваються при транспортуванні стічної рідини, сприяють газовиділенням, що викликають руйнування підсводного простору колекторів. Ступінь руйнування пов'язаний з гідродинамічними характеристиками потоку, дифузійними процесами, властивостями стічної рідини і біохімічними реакціями, що відбуваються в ній, аеродинамікою течії повітря у підсводному просторі, інтенсивністю вентиляційних процесів. Крім того, суміші водню і метану при з'єднанні з киснем повітря у певній концентрації є вибухонебезпечними.
Розробка нових систем водовідведення і реконструкція існуючих вимагають науково-обґрунтованих методик розрахунку вентиляційних процесів колекторів. Робота колекторів з використанням повітрообміну, вузлів підключення дюкеру пов'язана з видаленням забрудненого повітря, що може бути забезпечено створенням нових, оригінальних конструкцій підключення до колектора. Існуючі моделі і методики розрахунку вентиляції базуються в основному на результатах чисельних, часто не пов'язаних між собою, експериментів.
Виходячи з вищевикладеного, актуальною є задача підвищення ефективності вентиляції колекторів при спільному русі газів і рідини.
Вирішення цієї задачі можливе тільки на підставі комплексних теоретичних і експериментальних досліджень аерогідродинамічних характеристик течії рідини в колекторі і газу у підсводному просторі, розробці адекватних математичних моделей, що вірогідно відбивають фізичні процеси їхньої взаємодії.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами і темами
Дисертаційна робота виконана відповідно до пріоритетних науково-технічних напрямків науки і техніки України "Екологічно чиста енергетика та енергозберігаючі технології" і перспективної програми "Донбас – 2020", держбюджетної темою ДО3-08-01 "Розробка й удосконалення екологічних процесів утилізації теплоти і використання нетрадиційних джерел енергії" (реєс.№0102U 002850 Міністерства освіти і науки України), ДО3-06-01 "Підвищення ефективності роботи систем міського господарства на прикладі міста Макіївка" (реєс.№0102U002840 Міністерства освіти і науки України).
Метою роботи є теоретичне та експериментальне обґрунтування методів підвищення ефективності вентиляції колекторів систем водовідведення в напрямку забезпечення екологічної безпеки їхньої експлуатації, визначення шляхів антикорозійного захисту колекторів.
Задачі дослідження:
· визначити зв'язок між витратою газу і рідини у підсводному просторі колектора; установити фактори, що впливають на інтенсивність вентиляції;
· обґрунтувати використання к-e і тришарової моделей турбулентності в розрахунках вентиляції колекторів;
· розробити математичні моделі вентиляційного процесу і процесу дифузії примісного газу в колекторах водовідведення;
· провести експериментальні дослідження впливу технологічних параметрів процесу і конструктивних характеристик колекторів на витрату вентиляційного повітря;
· розробити інженерні методики розрахунку вентиляційного процесу в системах водовідведення і визначення довжини ділянки колектора, що потребує антикорозійний захист;
· розробити методи і засоби підвищення екологічної безпеки колекторів і зниження витрат на антикорозійний захист.
Об'єкт дослідження
Аерогідродинамічні характеристики потоків газу і рідини при вентиляції систем водовідведення.
Предмет дослідження
Процеси вентиляції при спільній течії газу і рідини в колекторах водовідведення.
Методи дослідження
Методологічну основу проведених автором досліджень складає системний підхід до моделювання процесу вентиляції в системах водовідведення. В основі математичних моделей лежать класичні рівняння гідроаеромеханіки (рівняння нерозривності і стану середовища, рівняння руху Рейнольдса, рівняння масопереносу в потоці). У ряді випадків використані емпіричні залежності і наближені формули, що є цілком припустимим при моделюванні таких складних процесів, якими є процеси вентиляції.
При виконанні експериментальних досліджень використані статистичні методи планування й обробки дослідних даних.
Обґрунтованість і вірогідність отриманих у дисертаційній роботі результатів підтверджується коректним використанням математичного апарату, а також експериментальними дослідженнями і досвідом експлуатації. Адекватність математичних моделей доведена експериментально, перевірка адекватності математичної моделі виконувалася за критерієм Фішера при довірчій вірогідності 0,95.
Наукова новизна отриманих результатів
1. Обґрунтовано методом розмірностей використання k-e моделі турбулентності для розрахунків течії газів і рідини у підколекторному просторі.
2. Адаптовані до умов течії газу і рідини в колекторах математичні моделі аерогідродинамічних процесів з використанням тривимірних рівнянь Рейнольдса, рівняння нерозривності, тришарової і k-e моделей турбулентності, на базі яких запропонована методика визначення витрат газу і рідини.
3. Визначено зв'язок між витратою рідини в колекторі і газу у підсводному просторі і показано вплив вільної поверхні рідини на її захопливу здатність. Запропоновано методику розрахунку витрати повітря у підсводному просторі.
4. Досліджено дифузійні процеси у підколекторному просторі систем водовідведення.
Практичне значення отриманих результатів
1. Розроблено інженерну методику розрахунку витрати газу з урахуванням захоплювальної здатності поверхні рідини, що дозволяє з довірчою вірогідністю 0,95 визначити її величину, що складає в середньому до 30% загальної витрати, яка використовується при спорудженні і реконструкції систем водовідведення.
2. Розроблено пакет прикладних програм розрахунку параметрів течій газу і рідини в колекторах “Fluid”, “Gas 1”, “Gas 2”, що використовуються при рішенні задач розрахунку та інтенсифікації вентиляції.
3. На підставі виконаних досліджень дифузійних процесів у потоці газу в підколекторному просторі запропонована методика розрахунку концентрації газу по довжині колектора і формули для розрахунку довжини ділянки колектора, на якому відбувається найбільш інтенсивне його руйнування (так після вертикального водоскиду, висотою 2dг довжина ділянки з антикорозійним захистом складає 200 dг).
4. Запропоновано конструкцію трубчастого каналізаційного перепаду (патент України №2001117730 від 20.05.2002), що дозволяє підвищити в 1,8-2 рази його ежекційну здатність.
5. Розроблені методики розглянуті і схвалені Донбаським державним науково - дослідним і проектно-технологічним інститутом будівельного виробництва Держбуду України і знайшли реалізацію в його розробках і впровадженнях. Програми й алгоритми передані в НПП „Атом ЕнергоСпецЗахист”, м. Київ, (економічний ефект склав 25000 грн). Матеріали роботи були використані при модернізації систем вентиляції колекторів водовідведення енергоблоку №6 ОП "ЗАЕС" (Запорізька атомна електростанція) з економічним ефектом більш 50000 грн.
Особистий внесок здобувача
Наведені в дисертаційній роботі результати досліджень отримані здобувачем самостійно. Автором обґрунтовано методом розмірностей використання k-? моделі турбулентності при розрахунках вентиляційних процесів у колекторах водовідведення; розроблена математична модель розрахунку гідродинамічних характеристик течії рідини в колекторі, проведено експеримент із метою визначення її адекватності; розроблена математична модель розрахунку аеродинамічних характеристик течії газу у підсводному просторі, алгоритм і програма її реалізації на ЕОМ, що дозволяють визначати, як розподіл швидкості по поперечному перерізу, так і витрати газу; досліджено зв'язок між формою поверхні потоку рідини у колекторі і її захоплювальної здатності; наведена розрахункова залежність для визначення витрати газу; запропонована формула розрахунку концентрації газу по довжині колектора, на підставі якої можна розрахувати довжину ділянки колектора зі зміцненою структурою стінок; розроблена принципова конструкція ежекційного пристрою системи водовідведення і на її основі запропонована конструкція трубчастого каналізаційного перепаду з поліпшеними газогідравлічними характеристиками, яка захищена патентом України.
Апробація результатів дисертації
Основні результати дисертаційної роботи докладені, обговорені і схвалені на Всеукраїнській конференції молодих учених "Інформаційні технології в науці та освіті" (Черкаси, ЧДУ, 2002 р.), науково-практичній конференції "Економіко-математичне моделювання та інформаційні технології в ринковій економіці" (Луганськ, ВНУ, 2001 р.), VII міжнародній науково-практичній конференції "Університет і регіон"(Луганськ, СНУ, 2002 р.), а також на науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу ДонДАБА та СНУ імені В. Даля.
Публікації
За результатами виконаних досліджень опубліковано 9 робіт, у тому числі 7 статей у наукових журналах, патент України на винахід, 1 тези доповіді на науково-технічній конференції.
Структура та обсяг дисертації
Дисертаційна робота складається з вступу, п'яти розділів, висновку, списку використаних джерел і додатків.
Загальний обсяг роботи 194 сторінки, 25 рисунків, 7 таблиць по тексту, 5 додатків на 41 сторінці, список використаних джерел з 139 найменувань на 12 сторінках.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі дана загальна характеристика, показана актуальність і новизна дисертаційної роботи, обґрунтовано вибір об'єкта і предмета дослідження, обкреслено коло розв'язуваних питань, сформульовані мета і задачі дослідження.
Перший розділ дисертації представляє розгорнутий огляд стану проблеми в емпіричному, теоретичному і практичному аспектах. Дано детальний огляд і аналіз робіт, присвячених розрахунку і проектуванню вентиляції систем водовідведення, математичному моделюванню характеристик потоків рідини в колекторах і газу у підсводному просторі, методів розрахунку захоплювальної здатності потоку рідини.
Відзначається, що великий обсяг в області досліджень і розробок методик розрахунку вентиляційних процесів виконується в Україні, різними організаціями країн СНД, організаціями країн далекого зарубіжжя.
Ця проблематика широко представлена в роботах учених як в галузі гідроаеродинаміки (М.А. Великанов, М.Г. Гайфутдінов, О.В. Голубєва, Р.В. Гольштейн, В.А. Городцов, І.Е. Ідельчик, І.І. Леви, Л.Г. Лойцянський, А.О. Коваленко, Ф.В. Недопьокін., І.Л. Повх, Рауз Х., Н.Я. Фабрикант, Л.Г. Хачатурян, А.А. Худенко, Р.Р. Чугаев, О.М. Яхно та інші), так і галузі проектування і розрахунку систем вентиляції, водопостачання і водовідведення (Ф.А. Абрамов, М.І. Олексієв, В.І. Бабушкін, В.Н. Богословський, В.М. Васильєв, О.Т. Возняк, В.Ф. Губар, Г.Я. Дрозд, П.Л. Зінич, Ф.М. Іванов, В.М. Качан, Ю.Я. Кувшинов, Б.Ф. Лямаев, Н.Н. Лапшев, В.Ф. Пашков, О.Ф. Редько, В.Б. Скрипников, І.С. Старцев, В.І. Соколов, А.Ф. Строй, В.Н. Талієв, А. Я. Ткачук, Є.П. Уваров, В.Н. Ужов та інші).
Розглянуто і проаналізовано математичні моделі розрахунку аерогідродинамічних характеристик потоків рідини в колекторах і газу у підсводному просторі, методики розрахунку захопливої здатності поверхні потоку рідини, конструкції ежекційних пристроїв систем водовідведення. Відзначається, що існуючі моделі і методики базуються в основному на результатах багатьох експериментів і являють собою емпіричні залежності. Ця обставина утрудняє узагальнення результатів, визначення способів аерогідродинамічного удосконалювання окремих елементів і процесу вентиляції в цілому, аналіз шляхів підвищення надійності та економічності окремих пристроїв.
При аналізі теоретичних досліджень вентиляційних процесів показано, що в переважній більшості робіт використовуються спрощені методики, засновані на експериментальних даних і ряді допущень, правомірність яких для складних інженерних споруджень багатоцільового призначення, що являють собою системи водовідведення, не підтверджена, тому в ряді випадків розрахункові і дослідні характеристики значно різняться. Зокрема, це відноситься до розрахунку захоплювальної здатності поверхні рідини, що базується на підставі рівнянь Навьє-Стокса, які застосовуються для ламінарної течії рідини і газу.
На підставі виконаного огляду теоретичних і експериментальних робіт, які висвітлюють питання систем водовідведення і математичного моделювання аерогідродинамічних і дифузійних процесів, що проходять у них, сформульовані мета і конкретні задачі дослідження, приведені на початку реферату.
Другий розділ присвячений розробці математичних моделей течій рідини і газу в колекторах систем водовідведення, що є підставою для розрахунку вентиляції, дифузійних процесів, алгоритмів і програм їхньої реалізації.
Базовими рівняннями, що описують стаціонарну турбулентну течію рідини вдовж осі х зі швидкістю u без урахування масових сил у колекторах водовідведення, є тривимірні рівняння Рейнольдса (1) і рівняння нерозривності. Замикається система рівняннями однієї з моделей турбулентної в'язкості (2). У роботі при рішенні рівнянь використані дві моделі - k-e і тришарова. Використання першої для рішення подібних задач обґрунтовано за допомогою методу розмірностей. Рівняння мають вигляд:
(1)
(2)
(3)
де:
k - кінетична енергія турбулентності;
e - швидкість дисипації кінетичної енергії турбулентності;
Сv=0,09; sk=1,0; se=1,3; С1=1,43; С2=1,92; С3=0,25 - емпіричні константи;
n, nв - кінематична та турбулентна (вихрова) в'язкості.
Для досягнення замкнутості і повноти системи рівнянь при течії рідини в колекторі адаптована тришарова модель турбулентної течії (4) з кусочно-лінійним розподілом вихрової в'язкості (рис. 1).
(4)
Характер руху повітря в колекторах водовідведення та ефективність вентиляційного процесу залежить від двох основних факторів: температурних характеристик повітря і захоплювальної здатності рідини. З огляду на недостатню вивченість другого фактора, нами розглянуті питання формування вільної поверхні рідини і її вплив на витрату газу у підсводному просторі колектора.
Передбачається, що стисливість і в'язкість рідини не грають істотної ролі, тому процес описується рівняннями нестаціонарної течії ідеальної нестисливої рідини:
(5)
де:
v - вектор швидкості рідини;
F - вектор зовнішніх сил.
Рівняння нерозривності за умови нестисливості рідини і потенційного руху звертається в рівняння Лапласа:
(6)
Якщо рівняння вільної поверхні:
, (7)
то
7)
(8)
Рішення знайдене у виді добутку двох функцій, кожна з яких залежить тільки від x і z відповідно:
(9)
У цьому рівнянні A1, A2, B1, B2, C1, C2 - довільні константи.
Якщо глибина потоку набагато більше амплітуди хвилі, форма вільної поверхні має вигляд:
z = (E1 sins t + E2 coss t) (B1 cosk x + B2 sink x), (10)
де:
(11)
Таким чином, при зазначених допущеннях профіль хвилі в колекторі описується сумою чотирьох гармонійних членів.
Витрата повітря у підсводному просторі, викликана нерівномірністю профілю вільної поверхні рідини:
(12)
де:
b - ширина колектора;
А - максимальна амплітуда профілю хвилі;
l - довжина хвилі.
Обстеження каналізаційних мереж і аналіз статистичних даних про руйнування підсводної частини безнапірних каналізаційних колекторів свідчить про те, що руйнування конструкцій в основному відбуваються під впливом газо-біологічної корозії. Концентрація газів у підсводному просторі залежить від таких факторів, як конструктивні особливості колекторів, хімічний склад стоків і інтенсивність процесу вентиляції.
У зв'язку з цим визначена довжина зон поширення корозійної поразки в самопливних колекторах, що вимагають обов'язкового антикорозійного захисту. Концентрація газу в загальному випадку в колекторі довільного поперечного перерізу описується рівнянням дифузії:
(13)
З урахуванням початкових і граничних умов рішення для розглянутого випадку має вигляд:
(14)
де:
u - відносна концентрація газу;
D - коефіцієнт дифузії газу, що виділився у повітря;
z - поточна довжина колектора.
Отримана залежність дозволяє розрахувати зміну концентрації різних газів по довжині колектора, довжину зон, небезпечних для перебування персоналу з урахуванням ГДК токсичних газів і визначити умови виникнення вибухонебезпечних концентрацій сумішей водню і метану з киснем повітря.
У третьому розділі виконано аналіз методів моделювання процесів вентиляції систем водовідведення, наведено характеристика об'єктів і методів дослідження аерогідродинамічних характеристик потоків газу і рідини в колекторах і методика визначення адекватності математичних моделей.
Спроектовано і виготовлено стенд (рис. 2), обрана контрольно-вимірювальна апаратура, визначені чисельні значення похибок вимірюваних величин.
Рідина (вода) з бака 1 надходить через пристрій, що підводить, у модель колектора, виконаного зі скла. Довжина прямої ділянки моделі складає більш 30 діаметрів. З моделі колектора рідина надходить у бак 3, на виході якого установлений водозлив для виміру об'ємної витрати рідини. З бака 4 відцентровим насосом 5 рідина повертається в бак 1. Конструкція стенда дозволяє змінювати кут ? нахилу моделі колектора.
Розроблено ортогональні плани проведення експериментів.
У четвертому розділі для чисельного моделювання турбулентних течій розроблений алгоритм на основі кінцево-різницевого маршового методу, при якому параметри потоку визначаються в кожному наступному перетині в напрямку від вхідної ділянки. Кожен вузол пронумерований: і=1, N, так що вузлові і= N відповідає стінка каналу. Основна ідея алгоритму розрахунку осьової швидкості в (i + 1) перетині полягає у визначенні для i-го перетину складової рівняння руху, а потім в обчисленні значень швидкості відповідно до рівняння:
.
(15)
На стінці каналу враховувалася гранична умова "прилипання" середовища.
Проведені серії експериментів з різними геометричними і аерогідродинамічними параметрами потоків газу і рідини показали, що запропоновані математичні моделі адекватно описують їхні характеристики в досліджуваному діапазоні зміни параметрів. Це дає підставу для використання моделей з метою подальшого дослідження і розробки інженерної методики розрахунку процесу вентиляції колекторів систем водовідведення.
При експериментальних дослідженнях використано розроблений план експерименту. В якості параметрів, що варіюються, обрані відносний ступінь заповнення колектора, діаметр колектора і середня швидкість рідини в колекторі. Особливістю плану є те, що в якості однієї з перемінних (діаметр колектора) обрана її абсолютна величина. Це пояснюється тим, що хвильові явища на поверхні потоку залежать від абсолютної глибини потоку. Для визначення витрати повітря у підколекторному просторі за рахунок захоплювальної здатності рідини, яка складає частину загальної витрати, що приймають участь у вентиляції, використано план другого порядку, тому що попередньо проведені експерименти показали нелінійний характер залежності витрати газу від визначальних параметрів. Експериментальні дані, поряд з даними, отриманими на моделі, дозволили знайти залежність витрати повітря від геометричних параметрів колектора і швидкості течії рідини (рис.3). Залежність представлена у виді полінома:
Qг.рас.= 0,54 - 0,36 D - 0,054 Uж - 0,58 ( )2 + 0,28D2 +
+ 0,015(Uж )2 + 0,11 D - 0,0182Uж + 0,09 D Uж, (16)
де:
`h - ступінь заповнення колектора рідиною;
D - гідравлічний діаметр колектора (м),
Uж - середня швидкість рідини в колекторі (м/с).
Перевірка значимості коефіцієнтів з урахуванням однорідності дисперсії за критерієм Кохрена показала, що всі коефіцієнти значимі.
Довірчі інтервали для кожного коефіцієнта рівняння (16) визначались за формулою:
, (17)
де:
t - табличне значення критерію Ст'юдента при рівні значимості 0,05;
s{bj}- квадратична похибка кожного коефіцієнта регресії.
Запропонована залежність (16) справедлива в діапазоні зміни діаметра колектора від 0,3 до 0,7 м, ступеня заповнення від 0,2 до 0,8 і середньої швидкості рідини від 1 до 3 м/с (розрахункове значення критерію Фішера дорівнює 1,2, табличне – 2,1, що підтверджує адекватність отриманої залежності при довірчій вірогідності 0,95). Обраний діапазон зміни параметрів є типовим для колекторів систем водовідведення комунального господарства.
Аналіз апроксимаційної моделі показує, що зі збільшенням діаметру колектора D і середньої швидкості рідини збільшується витрата газу. Усередині області зміни параметрів функція має максимум (рис. 3), положення якого мало залежить від швидкості рідини та діаметру колектора і знаходиться у діапазоні `h = 0,46-0,49.
У п'ятому розділі наведені розроблені програми розрахунку параметрів газу і рідини, на основі алгоритму кінцево-різницевого маршового методу побудована методика чисельного інтегрування рівнянь на базі k-? і тришарової моделей. Відповідно до алгоритму в середовищі пакета прикладних програм MATLAB for Windows побудоване програмне забезпечення ("Fluid", "Gas 1", "Gas 2").
На підставі ряду чисельних експериментів і дослідних даних отримана наступна апроксимаційна залежність зміни відносної середньої концентрації газу, що виділився з рідини, по довжині колектору:
(18)
де:
`l = z/dг - відносна довжина колектора;
dг - гідравлічний діаметр повітряної частини колектора;
v - швидкість газу в підколекторному просторі;
k - дослідний коефіцієнт.
Чисельне значення коефіцієнта k залежить від типу перешкоди в колекторі, що викликає інтенсифікацію виділення газу. Якщо прийняти, що найбільші руйнування підсводної частини безнапірного каналізаційного колектора відбуваються на ділянці, де відносна концентрація змінюється від 1 до 0,5 (довжина напіввиділення), то довжина ділянки, що вимагає антикорозійного захисту, визначається рівнянням:
(19)
Чисельне значення коефіцієнта k розраховано в роботі на основі дослідних даних (так для сполучення трубопроводів з формуванням помірних вихрових течій значення k складає 8,3).
У порядку практичної реалізації теоретичних і експериментальних досліджень розроблено конструкцію трубчастого каналізаційного перепаду, (патент України №2001117730 від 20.05.2002), який має хвильову поверхню внутрішньої стінки, що збільшує його ежекційну здатність на 50-80%, і, таким чином, підвищити ефективність вентиляційного процесу у підсводному просторі колекторів.
Програми розрахунку вентиляційного процесу та "Методичні вказівки до розрахунку довжини ділянки колектора з антикорозійним захистом систем водовідведення" впроваджені при проектуванні та реконструкції системи водовідведення енергоблоку №6 ОП "ЗАЕС" (Запорізька атомна електростанція) і в розробках науково-дослідних організацій (ДонДНД ПТІБВ, НПП "АтомЕнергоСпецЗахист"),.
У додатку наведені тексти програм по чисельному моделюванню характеристик турбулентних потоків рідини і газу ("Fluid", "Gas1", "Gas2"), "Методичні рекомендації до розрахунку довжини ділянки колектора з антикорозійним захистом систем водовідведення" і акти впровадження результатів дисертаційної роботи.
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ
1. Теоретично обґрунтовано та експериментально доведено вплив захоплювальної здатності поверхні рідини, який інтенсифікує процес вентиляції у підсводному просторі колекторів до 30% середньої витрати повітря, що дозволило розробити методи підвищення ефективності вентиляції.
2. При математичному моделюванні процесів вентиляції у колекторах водовідведення з використанням тришарової і k-e моделей турбулентності, обґрунтованої з використанням ПІ – теореми, встановлені аеродинамічні параметри потоків, які визначають повітрообмін у підколекторному просторі.
3. Для розрахунку концентрації примісного газу у залежності від часу і довжини колектора розроблена математична модель дифузійного процесу у підсводному просторі колектора, що враховує властивості газів і геометрію каналу, яка визначає характер зміни концентрації вибухонебезпечних газів.
4. Експериментальні дослідження виконано за допомогою методів планування експерименту, підтвердили адекватність математичних моделей реальним умовам експлуатації колекторів при довірчій вірогідності 0,95, що дало можливість використовувати їх для розрахунку характеристик вентиляційного процесу.
5. Розроблений на основі математичних моделей пакет прикладних програм ("Fluid", "Gas 1", "Gas 2") дозволило розрахувати повітрообмін у підколекторному просторі систем водовідведення.
6. Запропоновано інженерні методики розрахунку вентиляційного процесу в системах водовідведення, довжини ділянки колектора, що вимагає антикорозійний захист, і конструкція трубчастого каналізаційного перепаду з поліпшеної в 1,8-2 рази ежекційною здатністю, яка захищена патентом України (№2001117730 від 20.05.2002 г).
7. Розроблені методики розрахунку розглянуті і схвалені Донбаським державними науково-дослідним і проектно-технологічним інститутом будівельного виробництва Держбуду України і знайшли реалізацію в його проектах і впровадженнях. Програми та алгоритми передані в НПП „АтомЕнергоСпецЗахист” м. Київ, (економічний ефект склав 25000 грн). Матеріали роботи були використані при модернізації систем вентиляції колекторів водовідведення енергоблоку №6 ОП "ЗАЕС" (Запорізька атомна електростанція з економічним ефектом більш 50000 грн.).
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ АВТОРОМ РОБІТ ЗА ТЕМОЮ
ДИСЕРТАЦІЇ
1. Гусенцова Я. А. Вентиляция подсводного пространства коллекторов водоотведения. // Інженерні системи та техногенна безпека у будівництві. Вісник ДонДАБА. – 2001.- №6 (31). – С. 10-13.
2. Дрозд Г.Я., Гусенцова Я.А. К вопросу свободной поверхности потока жидкости в устройствах водоотведения // Вісн. Східноукр. держ. ун-ту. – 2002.- №2 (48). - С.194 - 198.
Здобувачеві належить розробка математичної моделі вільної поверхні рідини та аналіз результатів.
3. Дрозд Г.Я., Сытниченко Н.В., Гусенцова Я.А. необходимости совершенствования строительных норм и правил // Водоснабжение и санитарная техника. - М.: Росэкострой.- 2002.- №1. – С. 18-20.
Здобувачеві належить розробка методики розрахунку процесів вентиляції колекторів систем водовідведення.
4. Губарь В. Ф., Гусенцова Я.А. Моделирование вентиляции систем водоотведения. // Інженерні системи та техногенна безпека у будівництві. Вісник ДонДАБА. – 2002.- №4 (35). – С. 3-6.
Здобувачеві належить розробка математичних моделей окремих елементів складних систем вентиляції.
5. Гусенцова Я. А. О длине участка коллектора с антикоррозионной защитой. // Інженерні системи та техногенна безпека у будівництві. Вісник ДонДАБА. – 2001.- №6 (31). – С. 77-79.
6. Дрозд Г.Я., Гусенцова Я.А. Диффузионные процессы в коллекторах водоотведения. // Коммунальное хозяйство городов. – Київ: Техніка, 2002, Випуск 38. – С. 133 - 136.
Здобувачеві належить розробка математичної моделі процесу дифузії примісного газу в колекторах водовідведення та аналіз результатів.
7. Дрозд Г.Я., Сытниченко Н.В., Гусенцова Я.А. Биологический фактор как причина разрушения канализационных сетей // Водоснабжение и санитарная техника. – М.: Росэкострой, 2002.- №2. – С. 22-24.
Здобувачеві належать розрахунки довжин ділянок, які потребують антикорозійний захист.
8. Гусенцова Я.А., Епифанова О.В. Аэрогидродинамические основы расчета коллекторов // Тез. докл. VII Международной научно-практической конференции "Университет и регион". – Луганск, 2001 - С. 87-88.
Здобувачеві належить методика розрахунку аеродинамічних характеристик колекторів водовідведення.
9. Патент України на винахід №2001117730, Каналізаційний перепад./Дрозд Г.Я., Гусєнцова Я.А. (Україна). Заявл. 12.11.2001 р. Ріш. про вид. 20.05 2002 р.
Здобувачеві належить розробка ідеї патенту.
АНОТАЦІЯ
Гусєнцова Я.А. Підвищення ефективності вентиляції колекторів систем водовідведення. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.03 - Вентиляція, освітлення та теплогазопостачання. – Донбаська державна академія будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України, Макіївка, 2002.
Дисертаційна робота присвячена підвищенню ефективності процесу вентиляції колекторів систем водовідведення. Розроблені та апробовані адекватні математичні моделі течії газу і рідини з застосуванням різних моделей турбулентності, прикладні програми ("Fluid", "Gas 1", "Gas 2") розрахунку характеристик вентиляційного процесу підколекторного простору систем водовідведення. Установлені залежності дифузійних процесів примісного газу у підколекторнім просторі, запропоновані розрахункові залежності довжини ділянки колектора з антикорозійним захистом та умови виникнення вибухонебезпечних концентрацій газів. Основні результати знайшли застосування на промислових підприємствах України.
Ключові слова: вентиляція, системи водовідведення, колектор, гідроаеродинамічні характеристики, захоплююча здатність рідини, дифузія, математичне моделювання, моделі турбулентності.
АННОТАЦИЯ
Гусенцова Я.А. Повышение эффективности вентиляции коллекторов систем водоотведения. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.03 - Вентиляция, освещение и теплогазоснабжение – Донбасская государственная академия строительства и архитектуры Министерства образования и науки Украины, Макеевка, 2002.
Диссертационная работа посвящена совершенствованию процесса вентиляции коллекторов систем водоотведения.
Адаптированы для случая течения газа и жидкости в коллекторах водоотведения трехмерные уравнения Рейнольдса с применением различных моделей турбулентности, при этом выполнено обоснование ?-е ?одели турбулентности с помощью ПИ-теоремы. Предложены алгоритмы на основе конечно-разностного маршевого метода и программы интегрирования уравнений, реализованные в среде пакета прикладных программ MATLAB for Windows ("Fluid", "Gas 1", "Gas 2").
Показано влияние увлекающей способности поверхности жидкости в коллекторе на расход газа в подколлекторном пространстве, при этом решена задача о форме свободной поверхности жидкости и ее влиянии на увлекающую способность.
На основе анализа решения уравнения диффузии примесного газа установлены зависимости диффузионного процесса примесного газа в потоке в подколлекторном пространстве систем водоотведения. Определено также распределение его концентрации по длине и поперечному сечению канала. Эти данные позволили рассчитать изменение концентрации различных газов, протяженность зон, опасных для пребывания персонала с учетом ПДК токсичных газов и определить условия возникновения взрывоопасных концентраций смесей водорода и метана с кислородом воздуха.
Спроектирована и изготовлена экспериментальная установка, выбрана контрольно-измерительная аппаратура, разработана методика проведения эксперимента, обработки опытных данных, выполнен анализ погрешностей и определена адекватность математических моделей.
Выполнено планирование эксперимента с использованием ортогонального плана второго порядка. Методом Паде -аппроксимации получены уравнения функции отклика для расчета расхода газа в подсводном пространстве коллектора, определяющего интенсивность вентиляционного процесса. Получены также упрощенные уравнения для расчета процесса диффузии примесного газа в коллекторах системы водоотведения, учитывающие степень заполнения коллектора жидкостью, скорость ее движения и гидравлический диаметр коллектора. Предложена методика определения длины коллектора с антикоррозионной защитой.
Разработана конструкция канализационного перепада с улучшенной эжекционной характеристикой, защищенная патентом Украины, которая позволяет интенсифицировать вентиляционный процесс в системе водоотведения.
Основные результаты нашли применение на промышленных предприятиях Украины.
Ключевые слова: вентиляция, системы водоотведения, коллектор, гидроаэродинамические характеристики, увлекающая способность жидкости, диффузия, математическое моделирование, модели турбулентности.
SUMMARY
Y. A. Gusentsova. Perfecting of manifolds systems ventilation. - Manuscript.
Thesis on competition of a scientific degree of the candidate of engineering science on a specialty 05.23.03 - Ventilating, lighting and heat and gas supply. - Donbass State Academy of Civil Engineering and Architecture of Ministry of Education and Science of Ukraine, Makeevka, 2002.
Thesis is devoted to perfecting of process of manifolds ventilation. Adequate mathematical models of gas and fluid flows with application of different models of turbulence are designed and approved. The dependences of diffusion processes of admixture gas in manifolds are established, the calculated formulas are offered. The main results have found an application at the industrial plants of Ukraine.
Key words: ventilating, manifold, aerodynamic properties, carrying capacity of a fluid, diffusion, mathematical simulation, model of a turbulence.
Подписано в печать………..2002г.
Формат 60х84 1/16. Бумага офсетная. Гарнитура Times.
Печать офсетная. Усл.печ.л.1,0.
Тираж 100 экз. Издат.№….. Заказ №…..