Моделирование газовых потоков для оценки эффективности улавливания испарений от промышленных ванн

Цель исследования. Оценка эффективности и оптимизация работы разработанного местного вентиляционного устройства с использованием современных методов моделирования текучих сред.

Методы. В работе рассмотрены методы моделирования сложной технической системы – промышленной ванны, с отдельными функциональными узлами для улавливания вредных испаряющихся веществ и их прижатия к поверхности раствора – двухбортового отсоса и системы наддува соответственно. Для каждой подсистемы, которые не могут быть описаны единым математическим аппаратом, применялись методы комплексного потенциала потоков газа и компьютерного моделирования с последующим сравнением и поиском оптимальных результатов.

Результаты. Найдена максимальная высота улавливания вредных веществ над поверхностью раствора ванны, условие для которой учитывает отношение количества воздуха, испаряемого от раствора ванны, и общее количество воздуха, удаляемого бортовым отсосом. Для построенной модели вытяжного устройства от ванны для проведения технологических операций с металлами по разработанной полезной модели было проведено исследование движения воздушных потоков и проанализирована эффективность разработанного вытяжного бортового отсоса с помощью компьютерного моделирования.

Заключение. Исследование показало, что эффективность сложной системы местной вытяжной вентиляции с наддувом, определяемой распространением вредных веществ в рабочей зоне, возможно оценить и улучшить, используя методы моделирования, которые позволяют изменить конструкцию бортовых отсосов, рассчитать и подобрать параметры элементов, установить и проанализировать принцип работы модели устройства в целом, влияющий на эффективность удаления вредных веществ.

1. Совершенствование конструкции местного отсоса в системах вытяжной вентиляции гальванического цеха / Б. П. Новосельцев, Д. В. Лобанов, И. И. Звенигородский, С. А. Сафонов // Жилищное хозяйство и коммунальная инфраструктура. 2022. № 4(23). С. 52-60.

2. Fan J.-N., Yang Y., Wang Y. Emission and local ventilation control of droplets generated by condensation and bubble-bursting during pickling // Sustainable Cities and Society. 2022. №76. 103491. https://doi.org/10.1016/j.scs.2021.103491

3. Shaptala V. V. Modeling of convective vapor-air flows near onboard Suction from open-surface reservoirs // Refractories and Industrial Ceramics. 2020. №60. P. 636-641.

4. Зингер Е. Ю. Проблема загрязнения атмосферного воздуха в гальваническом производстве и пути ее решения // Безопасность городской среды. Омск, 2022. С. 3-8.

5. Максимкова А. А. Обзор конструкций местных отсосов открытого типа с раструбом // Безопасный и комфортный город. Орел, 2023. С. 585-593.

6. Нагорная А. Н., Сорокина Н. Г., Кузьменко А. Д. Энергосберегающие решения при реализации проектных решений по вентиляции гальванического производства // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Строительство и архитектура. 2023. №23(3). C. 57-62.

7. Разработка конструкции установки химического никелирования, функционирующей в составе гальванической линии / А. Б. Борисенко, В. В. Храмцов, В. А. Немтинов, А. В. Крылов, М. А. Матрохин // Вестник Тамбовского государственного технического университета. 2021. №27 (2). С. 275-284.

8. Zeng L., Liu G., Gao J. A circulating ventilation system to concentrate pollutants and reduce exhaust volumes: Case studies with experiments and numerical simulation for the rubber refining process // Journal of Building Engineering. 2021. №35. 101984. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2020.101984

9. Математическое моделирование течения вблизи экранированного бортового отсоса / О.А. Аверкова, Д.Н. Крутикова, И.Н. Логачев, К.И. Логачев, В.А. Уваров // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В. Г. Шухова. 2016. №9. С. 96-102.

10. Сотников А. Г., Боровицкий А. А. Систематизация и обобщение характеристик местных вытяжных устройств-основа инженерной методики проектирования эффективных систем промышленной вентиляции // Magazine of Civil Engineering. 2012. Т.32, №. 6. С. 54-59.

11. Богословский В.Н. Внутренние санитарно-технические устройства. Вентиляция и кондиционирование воздуха. М.: Стройиздат, 1992. 319 с.

12. Гремчук В. А. Обзор методик расчёта потребного воздухообмена для бортовых отсосов в гальванических цехах // Молодой ученый. 2024. № 13 (512). С. 24-26.

13. Шиляев М.И., Хромова Е.М., Дорошенко Ю.Н. Типовые примеры расчета систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Томск : Изд-во Том. гос. архит.-строит. ун-та, 2012. 288 с.

14. Сакова Н. В., Барская П. Ю. Обеспечение безопасности воздушной среды на предприятии // Моделирование и ситуационное управление качеством сложных систем. СПб., 2023. С. 209-213.

15. Чиняев И. Р. Методика расчёта характеристик запорно-регулирующих задвижек // Вестник Курганской ГСХА. 2012. №. 2. С. 71-73.

16. Conroy L. M., Trevelyan P. M. J., Ingham D. B. An analytical, numerical, and experimental comparison of the fluid velocity in the vicinity of an open tank with one and two lateral exhaust slot hoods and a uniform crossdraft // Annals of occupational hygiene. 2000. № 44. №. 6. P. 407–419.

17. Versteeg H.K., Malalasekera M. An Introduction to CFD Finite Volume Method. An Introduction to CFD Finite Volume Method. 2007. P. 267.

18. Шарифуллин В. М. Сравнительный анализ методик расчета бортовых отсосов // Научный журнал. 2018. №. 3(23). С. 11-13.