CC BY
59УДК 662.612
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В СИСТЕМАХ ВЫТЯЖНОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ Аверкова О.А., Логачев К.И., Уваров В.А.
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Белгородский государственный технологический университет им. В.Г.Шухова», 308012, г.Белгород, ул.Костюкова, 46, [email protected]
Аннотация. Целью работы является разработка технических предложений по повышению эффективности систем местной вытяжной вентиляции и энергосбережению при их эксплуатации. Излагаются способы снижения энергоёмкости систем местной вытяжной вентиляции, основанные на применении свойств вихревых, рециркулируемых и закрученных воздушных потоков. Для обоснования предложенных способов применялись методы компьютерного моделирования и натурного эксперимента. Рассмотрены способы снижения аэродинамического сопротивления входных проёмов местных вытяжных устройств, снижения вредных прососов воздуха через неплотности, увеличения эффективности захвата загрязняющих веществ за счет воздушно-струйного экранирования, уменьшения расхода эжектируемого воздуха в узлах аспирации при перегрузках сыпучих материалов за счет применения рециркуляции воздушных течений. Даны практические рекомендации, которые могут быть полезны при проектировании систем местной вытяжной вентиляции сниженной энергоёмкости.
Ключевые слова: системы местной вытяжной вентиляции, энергосбережение, профилирование, воздушно-струйное экранирование, рециркуляция.
ВВЕДЕНИЕ
Применение местной вытяжной вентиляции является наиболее надёжным способом улавливания загрязняющих веществ в различных отраслях промышленности, жизни и деятельности человека: в горнорудной промышленности, металлургии, химической промышленности, для улавливания тепловых потоков сварочных дымов, пыли, паров, газов, аэрозолей, выбросов от трансурановых отходов и на кухне, для улавливания потенциально опасных
загрязняющих веществ, таких как сибирская язва, на почтовых службах, и во многих других случаях. Правильный расчёт и проектирование местной вытяжной вентиляции имеет большое значение при проектировании систем вентиляции общественных и промышленных зданий в целом, а также существенно влияет на качество внутреннего воздуха и тепловой комфорт, что непосредственно влияет на здоровье находящихся там людей. Главным элементом системы местной вытяжной вентиляции является местный отсос. Расход воздуха, удаляемый местным отсосом, должен создавать в области образования загрязняющих веществ скорость, необходимую для их улавливания. Превышение величины этой
скорости приводит к перерасходу электроэнергии, необходимой для обслуживания местной вытяжной вентиляции. Поэтому необходимы, с одной стороны, наиболее точные сведения о поле скоростей воздушного потока в области действия местного отсоса, а с другой стороны, способы повышения величины скорости в области образования загрязняющих веществ без дополнительных затрат электроэнергии.
Целью настоящей работы разработка технических предложений по повышению эффективности систем местной вытяжной вентиляции и энергосбережению при их эксплуатации.
АНАЛИЗ ПУБЛИКАЦИЙ
Для повышения эффективности улавливания загрязняющих веществ местными отсосами применяют различные способы.
В работе [1] предлагается использовать звуковые волны, генерируемые
аэродинамическим звуковым генератором, для повышения скорости агрегации аэрозолей и эффективности их локализации.
Воздушно-струйное экранирование либо активирование, является одним из активно развиваемых способов повышения
эффективности местных отсосов. В статье [2] исследуется активирование бортового отсоса от резервуара с открытой поверхностью приточной воздушной струёй, организованной на противоположной стороне резервуара, определялась рациональная высота вытяжного отверстия. Воздушное экранирование
использовалось для повышения эффектности местного отсоса полузакрытого типа [3]. С помощью организованного струйного горизонтального течения активировался местный отсос от мощных тепловых источников, наблюдаемых в литейных цехах, эффективность местного отсоса повышается с 40% до 60% [4]. Подобного повышения эффективности отсоса для сварочных работ удалось добиться в работе [5]. Исследование щелевого отсоса, экранированного воздушной струёй из козырька (раструба) отсоса, осуществлено в статье [6], определено влияние угла наклона раструба на дальность захвата отсоса. Подобное экранирование круглых отсосов-раструбов над непроницаемой плоскостью рассмотрено в работе [7]. Ряд работ посвящены воздушно-струйному экранированию отсоса с фланцем, из которого подаётся приточная струя. Экранирование такого щелевидного отсоса позволяет повысить диапазон действия отсоса в 23 раза [8]. Применение экранирования круглого отсоса - раструба с фланцем (угол раскрытия раструба 180 градусов) турбулентной радиальной струёй, истекающей из торца раструба, также повышает эффективность вытяжки [9]. Экранирование закрученной воздушной струёй и использование искусственно созданного торнадо ещё более повышает диапазон захвата местного отсоса, что показано, как в трудах зарубежных [10], так и отечественных учёных [11]. В работе [12] торнадо создаётся четырьмя компактными струями. При всей эффективности воздушно -струйного экранирования или активирования, данный способ требует затраты энергии на создание струй, а также конструктивно усложняет систему вытяжной вентиляции.
Оптимизация геометрической формы [13] и механическое экранирование [14] не требует дополнительных энергозатрат. В работе [7] показано, что наибольшая осевая скорость воздуха наблюдается вблизи круглых всасывающих отверстий при равной скорости и
площади всасывания. В статье [15] делается вывод, что добавление фланцев (механических экранов) повышает эффективность захвата загрязняющих веществ на 88%. Скорость воздуха, захватывающего загрязняющие вещества при использовании фланца выше, чем без него [16]. В работе [17] для увеличения скорости местного отсоса-раструба предлагается газовый направляющий прибор. Часто механическое и воздушно-струйное экранирование применяется в совокупности [18].
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Для расчёта течений в диапазоне действия местных отсосов применяют методы расчёта потенциальных течений [19], в том числе теории струй идеальной жидкости [20], а также вязких сред с использованием уравнений Навье-Стокса и современных программных комплексов численной аэродинамики (CFD) [21].
Из методов расчётов потенциальных течений наиболее продуктивным является метод конформных отображений и метод Н.Е.Жуковского [20], позволяющих определять очертания отрывных областей, но не в многосвязных областях и только в плоском приближении. В работе [19] отмечено, что в ряде случаев метод конформных отображений имеет возможность получить более точное решение, относительно CFD. Метод граничных интегральных уравнений [7] позволяет определить поле скоростей при любых сложных границах области в двух и трёхмерном пространстве, но не было возможности учесть отрыв потока. Метод дискретных вихрей, применяемый для расчета обтекания самолётов, вертолётов, гребных винтов, зданий и сооружений [22] вихревых следов от самолётов с успехом был адаптирован к задачам аэродинамики вентиляции [7], где был, например, произведён расчёт отрыва потока на входе в отсосы-раструбы при использовании нестационарных дискретных вихрей. В стационарной постановке этот метод был применён в работе [23] для расчета отрыва потока на входе в круглый вытяжной зонт. Для получения изложенных далее результатов применялись методы дискретных вихрей в стационарной постановке [25], CFD [30], методы решения дифференциальных уравнений [7].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ АНАЛИЗ
Основными потребителями
электроэнергии в системах аспирации являются тягодутьевые средства (вентиляторы, дымососы). Требуемая мощность, потребляемая
электродвигателями этих тягодутьевых средств, определяется по формуле
N = ■
1000пв Пп
кВт,
где 2а - общий расход воздуха, удаляемого вентилятором (объёмы аспирации), м3/с; АРс -сопротивление аспирационной сети главной магистрали (воздуховодов, пылеуловителей, выбросной трубы), Па; - к.п.д. вентилятора
и передачи.
Формула демонстрирует направления энергосбережения при эксплуатации систем местной вытяжной вентиляции: а) минимизация объёмов отсасываемого воздуха при сохранении
эффективности улавливания загрязняющих веществ; б) минимизация потерь давления в элементах аспирационной сети; в) повышение к.п.д. вентилятора.
Снижение расхода воздуха поступающего через неплотности
Эффект отрыва струи с тонких козырьков (рис. 1) можно использовать для снижения расхода воздуха, поступающего через неплотности местных отсосов закрытого типа, а значит и для минимизации объёмов отсасываемого воздуха.
При фиксированном значении длины вертикального экрана и изменении расстояния г до горизонтального экрана наблюдается минимум величины толщины всасывающей струи 5„. В частности, величина 5„ для плоской задачи при разных значениях имеет минимум в диапазоне 0.55 < г < 0.75, а для осесимметричной -0.3 < г < 0.35 .
Рис.1. Использование механических экранов для снижения подсосов воздуха через неплотности Fig.1. Use of mechanical shields to reduce air leakage through leaks
Влияние величины на коэффициент сопротивления входа среды £ в отсасывающее отверстие определяется с помощью формулы Идельчика И.Е.:
£ = (1/(¿„г -!)2,
где т = 1 для щелевидного всасывающего канала и т = 2 для круглой трубы.
Экспериментально подтверждена
эффективность такого подхода в работе [24]. Исследовалось влияние горизонтальных, вертикальных, наклонных и двухгранных непроницаемых пластин (козырьков) на к.м.с.
входа в неплотность. Показано, что оборудование щелевой неплотности горизонтальным козырьком длиной 0,5-0,7 калибра (калибр - высота неплотности) и уголком высотой в 1 калибр и шириной 0,5 калибра на расстоянии до козырька в диапазоне 0,5-1 калибра позволяет снизить расход воздуха более 17%.
Профилирование по найденным границам отрывных зон
Для определения границ вихревых областей при входе во всасывающие каналы использовались методы дискретных вихрей [7], вихревых колец [25] и вихревых многоугольников [26]. Определив границы вихревой зоны (рис.2) и спрофилировав вытяжное устройство по ним можно снизить коэффициент местного сопротивления, а значит и потери давления в системе вытяжной вентиляции.
Рис.2. Линии тока при входе в щелевидный всасывающий зонт Fig.2. Current lines at the entrance to the slit-shaped suction umbrella
Профилировать для снижения потерь давления необходимо и другие фасонные элементы систем вытяжной вентиляции. В работе [27] исследовались отрывные течения в остром отводе с нишей в двумерной постановке. Рассматривались различные глубины ниши, определялись границы вихревых зон, и осуществлялось профилирование по этим найденным границам. Сопротивление
спрофилированного отвода оказалось на 30-50% ниже, чем острого. В работе [28] произведено численное моделирование течения в вентиляционном тройнике на слияние. По найденным очертаниям вихревых зон, образующихся при срыве потока с внутренней
кромки тройника на слияние, произведено профилирование. Показано, что сопротивление профилированного тройника в три раза меньше, чем стандартного.
Воздушно-струйное экранирование
Снижение расхода отсасываемого воздуха не должно привести к уменьшению скорости воздуха вблизи вытяжного отверстия. Иначе понизится эффективность улавливания загрязняющих веществ. Поэтому энергосбережение
основывается на поддержании необходимой скорости воздуха вблизи вытяжного отверстия при минимальном расходе отсасываемого воздуха. Для этого можно использовать
аэродинамическое или механическое
экранирование, совершенствование
геометрической формы вытяжных устройств. Аэродинамическое экранирование или активирование - это использование воздушно-струйных течений. Воздушная струя,
направленная к местному отсосу, существенно повышает его эффективность. Использование приточной воздушной струи, истекающей из торцов раструбов также существенно повышает скорость подтекающего воздуха (рис.3).
Рис.3. Вытяжной зонт, экранированный прямоточной воздушной струёй Fig.3. Exhaust umbrella shielded by direct-flow air jet
Рис.4. Вытяжное отверстие, экранированное закрученной кольцевой струёй Fig.4. Exhaust hole, shielded by swirling ring jet
Снижение расхода эжектируемого воздуха
Закрученные воздушные струи ещё более повышают эффективность захвата местных отсосов (рис.4) за счет интенсификации из закрутки потока циркуляции потока при входе во всасывающий канал.
Расход воздуха, увлекаемого сыпучим материалом, вносит основной вклад в производительность систем местной вытяжной вентиляции от мест перегрузок сыпучих материалов. Одним из перспективных направлений снижения расхода эжектируемого воздуха является использование свойств рециркуляционных течений.
Для обеспечения рециркуляции воздуха используется байпасная камера [7], соединённая аэродинамически с полостью загрузочного желоба (рис.5). Вокруг пористой круглой трубы, предусмотрена цилиндрическая байпасная камера с транзитным обменом воздуха между укрытиями перегрузочного узла при аспирации нижнего укрытия.
При помощи решения полученных дифференциальных уравнений динамики эжектируемого воздуха и динамики рециркулируемого воздуха доказано
существенное снижение расхода эжектируемого воздуха. Экспериментальные исследования подтвердили данные теоретических
исследований. Снизить расход воздуха,
увлекаемого сыпучим материалом, можно на величину до 80%.
Рис.5. Схема эжектируемого и рециркулируемого воздуха в желобе с комбинированной байпасной камерой: 1 -байпасная камера с транзитным проходом рециркулируемого воздуха; 2 - верхнее укрытие; 3 - жёлоб с перфорированными стенками; 4 - нижнее укрытие с внутренней камерой 5 для приёма перегружаемого материала; 6 - аспирационный патрубок; 7 и 8 - верхний и нижний конвейера; 9 - уплотнительные фартуки
Fig.5. Scheme of ejected and recirculated air in the chute with a combined bypass chamber: 1 - bypass chamber with a transit passage of recirculated air; 2 - upper shelter; 3 - groove with perforated walls; 4 - lower cover with an inner chamber 5 for receiving overloaded material; 6 - suction nozzle; 7 and 8 - upper and lower conveyor; 9 - sealing aprons
Рис.6. Принципиальная схема аспирационной системы с принудительной рециркуляцией; Q , g^,, Q и Q - объёмы аспирируемого, эжектируемого, рециркуляционного и просасываемого воздуха
Fig.6. Schematic diagram of the aspiration system with forced recirculation; ,, and - volumes of aspirated, ejected,
recirculated and drawn air
Возможно применение и принудительной рециркуляции [29] (рис.6). При помощи компьютерного моделирования показано, что подачу рециркуляционной струи в загрузочный жёлоб следует осуществлять под углом к потоку сыпучего материала, не превышающим 60о. В этом случае расход эжектируемого воздуха снижается более чем на 70% при отношении расходов рециркулируемого и эжектируемого воздуха более 0,8.
ВЫВОДЫ.
Полученные результаты могут быть полезны для проектирования эффективных систем местной обеспыливающей вентиляции сниженной энергоёмкости.
Дальнейшим направлением исследования является:
- исследование отрывных течений при входе в щелевидные и прямоугольные отсосы-раструбы, определение влияния набегающего и сносящего потока воздуха, наличия в воздушном потоке пылевых частиц, а также влияние технологического оборудования в диапазоне действия местного отсоса;
- определение эффективности захвата пылевых частиц вытяжными зонтами разных форм, в том числе спрофилированных по найденным границам отрывных зон;
- создание многопараметрической модели экранированного местного вытяжного устройства и определение его оптимальных режимно-технических характеристик;
- опытно-промышленная апробация загрузочных устройств и аспирационных укрытий с рециркуляцией воздушных потоков.
Результаты, изложенных исследований, получены при финансовой поддержке гранта Президента Российской Федерации (проект МД-95.2017.8) и РФФИ (проект № 16-08-00074а).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Vekteris V., Tetsman I., Mokshin V. Investigation of the efficiency of the lateral exhaust hood enhanced by aeroacoustic air flow. Process Saf. Environ. Prot. 2017. Vol. 109, pp. 224-232. DOI: 10.1016/j.psep.2017.04.004
2. Gonzalez E., Marzal F., Minana A., Doval M. Influence of exhaust hood geometry on the capture efficiency of lateral exhaust and push-pull ventilation systems in surface treatment tanks. Environ. Prog.
2008.Vol.27, No. 3, pp. 405-411. DOI: 10.1002/ep.10287
3. Chern M.J., Cheng W.Y. Numerical investigation push-pull and exhaust of turbulent diffusion in fume cupboards. Ann. Occup. Hyg. 2007. Vol. 51, No. 6, pp. 517-531. DOI: 10.1093/annhyg/mem031
4. Kulmala I., Hynynen P., Welling I. at al. Local ventilation solution for large, warm emission sources. Ann. Occup. Hyg. 2007. Vol.51, No.1, pp. 35-43. DOI: 10.1093/annhyg/mel049
5. Iwasaki T., Fujishiro Y., Kubota Y. at al. Some Engineering Countermeasures to Reduce Exposure to Welding Fumes and Gases Avoiding Occurrence of Blow Holes in Welded Material. Industrial Health. 2005. Vol. 43, pp. 351-357. DOI: 10.2486/indhealth.43.351
6. Wen X., Ingham D.B., Fletcher B. The numerical modelling of a two-dimensional local exhaust system associated with an inclined jet flow. J. Eng. Math. 2002. Vol. 43, pp. 367-384. DOI: 10.1023/A:1020328305459
7. Logachev I.N., Logachev K.I., Averkova O.A. Local Exhaust Ventilation: Aerodynamic Processes and Calculations of Dust Emissions. Boca Raton: CRC Press. 2015. 564 p.
8. Kulmala I. Experimental validation of potential and turbulent flow models for a two-dimensional jet enhanced exhaust hood. AIHAJ. 2000. Vol. 61, pp. 183-191. DOI: 10.1080/15298660008984527
9. Hunt G. R., Inghamt D. B. Long range exhaustion - A mathematical model for the axisymmetric air flow of a local exhaust ventilation hood assisted by a turbulent radial jet. Ann. occq. Hyg. 1996. Vol. 40. No. 2, pp. 171-196. DOI: 10.1016/0003-4878(95)00065
10. Penot F., Pavlovic M. D. Experimental Study of Non-Isothermal Diverging Swirling and Non-Swirling Annular Jets with Central Aspiration. International Journal of Ventilation. 2010. Vol. 8. No.4, pp.347-357. DOI: 10.1080/14733315.2010.11683858
11. Зайцев О. Н. Аэродинамика закрученных газовых потоков с прецессирующим вихревым ядром в теплоэнергетике. Симферополь: СОНАТ.
2009. 204 с.
12. Cao Z., Wang Y., Zhu H., Duan M. Study of the vortex principle for improving the efficiency of an exhaust ventilation system. Energy and Buildings. 2017. Vol. 142, pp. 39-48. DOI: 10.1016/j.enbuild.2017.03.007
13. Cascetta F., Bellia L. Velocity fields in proximity of local exhaust hood openings: an intercomparison between current recommended formulas and experimental studies. Building and Environment. 1996. Vol. 31, No.5, pp. 451-459. DOI: 10.1016/0360-1323(96)00010-8
14. Cascetta F., Rosano F.M. Assessment of velocity fields in the vicinity of rectangular exhaust hood openings. Building and Environment. 2001.
Vol. 36, pp. 1137—1141. DOI: 10.1016/S0360-1323(00)00087-1
15. Reif R.H., Houck R.S. Poor design of local exhaust hood leads to radioactive release in the work area. Health Phys. 200. Vol. 78, No.2, pp. 222-225. DOI: 10.1097/00004032-200002000-00011
16. Huang R.F., Liu G.S., Chen Y.K. at al., Effects of Flange Size on Dividing Streamlines of Exterior Hoods in Cross Drafts. Journal of Occupational and Environmental Hygiene. 2004. Vol. 1, pp. 283-288. DOI: 10.1080/15459620490439045
17. Oh Y. K., Kim Y. S., Yoon H. S. A study on improvement capture velocity for increasing inhalation efficiency of hood in local ventilation system. Advanced Materials Research. 2008. Vol. 4750, pp. 1039-1042. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.47-50.1039
18. Wang Y., Yang Y., Wei Y. at al. Experimental Investigation on the Flow Characteristics of an Exhaust Hood Assisted by a Jet. International Journal of Ventilation. 2014. Vol.13, No.1, pp. 89-100. DOI: 10.1080/14733315.2014.11684039
19. 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. Ann. occup. Hyg. 2000. Vol.44, No.6, pp. 407-419. DOI: 10.1016/S0003-4878(99)00111-8
20. Посохин В. Н. Аэродинамика вентиляции. М.: АВОК-ПРЕСС, 2008. 209 с.
21. Посохин В.Н., Зиганшин А.М., Варсегова
E.В. К расчёту потерь давления в местных сопротивлениях. Сообщение 1// Известия высших учебных заведений. Строительство. 2016. № 4. С. 66-73.
22. Лифанов И. К. Метод сингулярных интегральных уравнений и численный эксперимент. Москва: Янус. 1995. 520 с.
23. Логачев А. К. Моделирование пылевоздушного течения в зоне действия местного отсоса - раструба// Строительство и техногенная безопасность. 2017. №7. С.129-134.
24. Ходаков И.В. Численное и экспериментальное исследование отрыва потока на входе во всасывающие каналы с механическими экранами // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2016. №3. С. 6-12.
25. Logachev K.I., Ziganshin A.M., Averkova O.A., Logachev A.K. A Survey of Separated Airflow Patterns at Inlet of Circular Exhaust Hoods. Energ. and Buildings. 2018. Vol.173, pp. 58-70. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2018.05.036.
26. Ходаков И.В. Моделирование отрывного течения на входе в многоугольное всасывающее отверстие / И.В. Ходаков // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2016. №2. С. 11-15.
27. Зиганшин А.М., Беляева Е.Э., Соколов В.А. Снижение потерь давления при профилировании острого отвода и отвода с нишей
// Известия высших учебных заведений. Строительство. 2017. №1. С. 108-116.
28. Зиганшин А.М., Бадыкова Л.Н. Численное моделирование течения в профилированном вентиляционном тройнике на слияние // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2017. №6. С. 41-48.
29. Ovsyannikov Yu. G., Gol'tsov A. B., Seminenko A. S. at al. Reducing the Power Consumption of Ventilation Systems Through Forced Recirculation/ Yu. G. Ovsyanniko ,A. B. Gol'tsov, A. S. Seminenko, K. I. Logachev, V. A. Uvarov. Refractories and Industrial Ceramics. 2017. Vol. 57, No. 5, pp 557-561. DOI: https://doi.org/10.1007/s11148-017-0022-2
30. Menter F.R., Kuntz M., Langtry R. Ten years of experience with the SST turbulence model. Proceedings of 4th International Symposium on Turbulence, Heat and Mass Transfer. 2003. P. 625632.
REFERENCES
1. Vekteris V., Tetsman I., Mokshin V. Investigation of the efficiency of the lateral exhaust hood enhanced by aeroacoustic air flow. Process Saf. Environ. Prot. 2017. Vol. 109, pp. 224-232. DOI: 10.1016/j.psep.2017.04.004
2. Gonzalez E., Marzal F., Minana A., Doval M. Influence of exhaust hood geometry on the capture efficiency of lateral exhaust and push-pull ventilation systems in surface treatment tanks. Environ. Prog. 2008.Vol.27, No. 3, pp. 405-411. DOI: 10.1002/ep.10287
3. Chern M.J., Cheng W.Y. Numerical investigation push-pull and exhaust of turbulent diffusion in fume cupboards. Ann. Occup. Hyg. 2007. Vol. 51, No. 6, pp. 517-531. DOI: 10.1093/annhyg/mem031
4. Kulmala I., Hynynen P., Welling I. at al. Local ventilation solution for large, warm emission sources. Ann. Occup. Hyg. 2007. Vol.51, No.1, pp. 35-43. DOI: 10.1093/annhyg/mel049
5. Iwasaki T., Fujishiro Y., Kubota Y. at al. Some Engineering Countermeasures to Reduce Exposure to Welding Fumes and Gases Avoiding Occurrence of Blow Holes in Welded Material. Industrial Health. 2005. Vol. 43, pp. 351-357. DOI: 10.2486/indhealth.43.351
6. Wen X., Ingham D.B., Fletcher B. The numerical modelling of a two-dimensional local exhaust system associated with an inclined jet flow. J. Eng. Math. 2002. Vol. 43, pp. 367-384. DOI: 10.1023/A:1020328305459
7. Logachev I.N., Logachev K.I., Averkova O.A. Local Exhaust Ventilation: Aerodynamic Processes and Calculations of Dust Emissions. Boca Raton: CRC Press. 2015. 564 p.
8. Kulmala I. Experimental validation of potential and turbulent flow models for a two-dimensional jet enhanced exhaust hood. AIHAJ.
2000. Vol. 61, pp. 183-191. DOI: 10.1080/15298660008984527
9. Hunt G. R., Inghamt D. B. Long range exhaustion - A mathematical model for the axisymmetric air flow of a local exhaust ventilation hood assisted by a turbulent radial jet. Ann. occq. Hyg. 1996. Vol. 40. No. 2, pp. 171-196. DOI: 10.1016/0003-4878(95)00065
10. Penot F., Pavlovic M. D. Experimental Study of Non-Isothermal Diverging Swirling and Non-Swirling Annular Jets with Central Aspiration. International Journal of Ventilation. 2010. Vol. 8. No.4, pp.347-357. DOI: 10.1080/14733315.2010.11683858
11. Zaitsev O.N. Aerodynamics of swirling gas flows with a precessing vortex core in heat power engineering. Simferopol: SONAT. 2009. 204 p.
12. Cao Z., Wang Y., Zhu H., Duan M. Study of the vortex principle for improving the efficiency of an exhaust ventilation system. Energy and Buildings. 2017. Vol. 142, pp. 39-48. DOI: 10.1016/j.enbuild.2017.03.007
13. Cascetta F., Bellia L. Velocity fields in proximity of local exhaust hood openings: an intercomparison between current recommended formulas and experimental studies. Building and Environment. 1996. Vol. 31, No.5, pp. 451-459. DOI: 10.1016/0360-1323(96)00010-8
14. Cascetta F., Rosano F.M. Assessment of velocity fields in the vicinity of rectangular exhaust hood openings. Building and Environment. 2001. Vol. 36, pp. 1137-1141. DOI: 10.1016/S0360-1323(00)00087-1
15. Reif R.H., Houck R.S. Poor design of local exhaust hood leads to radioactive release in the work area. Health Phys. 200. Vol. 78, No.2, pp. 222-225. DOI: 10.1097/00004032-200002000-00011
16. Huang R.F., Liu G.S., Chen Y.K. at al., Effects of Flange Size on Dividing Streamlines of Exterior Hoods in Cross Drafts. Journal of Occupational and Environmental Hygiene. 2004. Vol. 1, pp. 283-288. DOI: 10.1080/15459620490439045
17. Oh Y. K., Kim Y. S., Yoon H. S. A study on improvement capture velocity for increasing inhalation efficiency of hood in local ventilation system. Advanced Materials Research. 2008. Vol. 4750, pp. 1039-1042. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.47-50.1039
18. Wang Y., Yang Y., Wei Y. at al. Experimental Investigation on the Flow Characteristics of an Exhaust Hood Assisted by a Jet. International Journal of Ventilation. 2014. Vol.13, No.1, pp. 89-100. DOI: 10.1080/14733315.2014.11684039
19. 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. Ann. occup. Hyg. 2000. Vol.44, No.6, pp. 407-419. DOI: 10.1016/S0003-4878(99)00111-8
20. Posohin V.N. Aerodynamics of ventilation. Moscow: ABOK-PRESS. 2008. 209 p.
21. Posohin V.N., Ziganshin A.M., Varsegova
E.V. Calculation of minor losses. Report 1. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniiy. Stroitel'stvo. 2016. No 4. pp. 66-73.
22. Lifanov I.K. Singular Integral Equations and Discrete Vortices. De Gruyter. 1996. 475 p.
23. Logachev A.K. Simulation of dust-air current in the zone of local pump activity - poster. Construction and industrial safety. 2017. No.7. pp.129-134.
24. Khodakov I.V. Numerical and experimental research of detached flow at the inlet in the suction duct with the mechanical screens. Bulletin of BSTU named after V.G. Shukhov. 2016. No.3. pp. 6-12.
25. Logachev K.I., Ziganshin A.M., Averkova O.A., Logachev A.K. A Survey of Separated Airflow Patterns at Inlet of Circular Exhaust Hoods. Energ. and Buildings. 2018. Vol.173, pp. 58-70. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2018.05.036.
26. Khodakov I.V. Modeling of detached flow at the entry polygonal suction hole. Bulletin of BSTU named after V.G. Shukhov. 2016. No.2. pp. 11-15.
27. Ziganshin A.M., Belyaeva E.E., Sokolov V.A. Pressure losses reduction with profiling of sharp elbow with dead-end. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniiy. Stroitel'stvo2017. No.1. pp. 108-116.
28. Ziganshin A.M., Badykova L.N. Numerical investigation of flow in profiled ventilation tee at junction. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniiy. Stroitel'stvo. 2017. No.6. pp. 41-48.
29. Ovsyannikov Yu. G., Gol'tsov A. B., Seminenko A. S. at al. Reducing the Power Consumption of Ventilation Systems Through Forced Recirculation/ Yu. G. Ovsyanniko ,A. B. Gol'tsov, A. S. Seminenko, K. I. Logachev, V. A. Uvarov. Refractories and Industrial Ceramics. 2017. Vol. 57, No. 5, pp 557-561. DOI: https://doi.org/10.1007/s11148-017-0022-2
30. Menter F.R., Kuntz M., Langtry R. Ten years of experience with the SST turbulence model. Proceedings of 4th International Symposium on Turbulence, Heat and Mass Transfer. 2003. P. 625632.
ENERGY-SAVING IN EXHAUST VENTILATION SYSTEMS
Averkova O.A., Logachev K.I., Uvarov V.A.
Summary The subject of the study is local exhaust ventilation systems. The purpose of the research is development of technical proposals for increasing the efficiency of local exhaust ventilation systems and energy saving during their maintenance. Methods for reducing the energy intensity of local exhaust ventilation systems based on the application of the properties of vortex, recirculated and swirling air flows are described. Computer modeling and full-scale experiment were applied to prove the proposed methods. The ways of reducing the aerodynamic resistance of the entrance openings of local exhaust devices, the reduction of harmful air licks through looseness, the increase in the efficiency of the capture of pollutants through air-jet screening, the reduction of the consumption of ejected air in the aspiration units during the overloads with bulk materials due to recirculation of air flows are considered. Practical recommendations that can be useful for designing local exhaust ventilation systems with reduced energy intensity are given.
Keywords: systems of local exhaust ventilation, energy saving, profiling, air-jet screening, recirculation.
