CC BY
84
Ветеринария. Животноводство
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРОАЭРОЗОЛЕЙ
В.Е. ЛИТВИНОВ
доктор технических наук, профессор (фото),
Л.М. МАКАЛЬСКИЙ,
кандидат технических наук, доцент, Московская сельскохозяйственная академия им. Тимирязева И.Л. БУХАРИН,
аспирант, Московский государственный агроинже-нерный университет
Электрозаряженные аэрозоли находят все новые и новые применения в животноводстве. Заряженные аэрозоли эффективнее осаждаются на тело животного, двигаясь не только под действием сил тяжести, но и в результате движения в электрическом поле.
Новым использованием заряженных аэрозолей становится применение ароматических веществ и препаратов для лечения и профилактики заболеваний животных. Важный момент здесь -распространение газовых компонентов в закрытых помещениях. Экспериментальные исследования в этом случае достаточно сложные, требуют дорогостоящей аппаратуры и анализа воздействия на животных, поэтому весьма эффективными становятся модельные расчетные методики определения распространения препаратов в животноводческом комплексе.
Цель и методика исследований
Поведение реального аэрозольного облака достаточно сложно, особенно с заряженными частицами и в закрытых объемах. Физико-математическое моделирование процессов и расчеты результатов обработки распространения заряженных аэровзвесей может служить основой для прогнозирования распространения аэрозольных и ароматических составляющих в помещениях. В моделях, на первом этапе исследований, можно применить упрощенные приемы оценок распространения компонентов в воздухе, но отвечающие необходимым условиям технологической обработки в помещениях сельскохозяйственного назначения.
В настоящее время предложено несколько моделей распространения аэродисперсных взвесей. Н.А.Фукс [6] и В.А. Савуш-кин [7] моделируют электроаэрозольную обработку помещений с этапа образования и расширения сферы радиусом R, когда уже существует некоторая концентрация заряженных частиц аэрозоля, компания «Нетрамм» [8] разработала алгоритм расчета движения частиц «Полет распыленных капель», который используется для вычисления оптимального размера и формы камер распыления в производстве металлических порошков, дроби и гранул. Исследования по электростатическому распространению униполярно заряженного аэрозоля (Г.З.Мирзабекян [1], А.В.Мкртумян [5], В.А.Савушкин [7], П.Л.Лекомцев [4]) показывают увеличение рассеивания аэрозоля, при его зарядке, во все стороны от заряженного потока.
Зооинженерия. Животноводство. Южный Урал
При этом надежные результаты расчетов получены только для изолированного облака - не во всех случаях обработки объема и поверхностей помещения модели приемлемы и отражают процесс распространения заряженного аэрозольного облака, не учитывается динамика процесса. Расчеты транспорта заряженного аэрозоля на боль-тттие расстояния оказываются неэффективными. В выполненных работах не в полной мере моделируются процессы формирования, распространения и рассеивания аэрозольного облака, в них также не предусматриваются переходы расчета от заряженного к не заряженному аэрозолю и непрерывного прохождения всех стадий «жизни» аэродис-персной системы с учетом испарения и осаждения на стенках помещения. Поэтому такие модели не могут быть использованы для расчета распространения малообъемных аэрозольных систем, которые характерны для вакцинации и ароматизации животноводческих комплексов.
Наша задача - разработать модель, которая учитывала бы стадии формирования, распространения и рассеивания аэродисперсной системы; предусматривала переход расчета от заряженных к незаряженным аэрозольным частицам; позволяла рассчитывать разные аэродисперсные системы; могла быть применима к различным типам рас-пыливающих аппаратов при различных режимах их работы. Она должна удовлетворять условиям ароматизации, когда требуются очень малые концентрации распыляемого вещества и при этом используются только продукты испарения капель в виде газообразной фазы - запаха.
Нами использована модель с генератором аэрозоля в виде наиболее часто встречающегося цилиндрического сопла [2], которое формирует свободную (неограниченную твердыми стенками) затопленную, турбулентную, осесимметричную струю. Математическая модель предусматривает допущения, что скорость потока аэрозоля по
сечению сопла одинакова и частицы распределены равномерно. В пределах основного участка струи средняя скорость на любом расстоянии от сопла определяется выражением [1] :
УУ ср 2 = 0,226 • У0 / (а • х/ ^ + 0,145) (7)
где у0 - начальная скорость потока в сопле, а - коэффициент, d - диаметр сопла, х - расстояние от сопла.
На некотором расстоянии скорость потока уменьшается до скорости конвективных потоков внутри помещения. Длина струи рассчитывается по условиям равенства Vср 2 скорости конвекционных или иных потоков внутри помещения, а при их отсутствии скорости витания частиц:
У§2 = ^ Гк2 ^ ск ^ § / (9 ^ зв) (8)
где гк - радиус аэрозольной капли, м; ск - плотность вещества капли, кг/м3; § - ускорение свободного падения, м/с2; зв - вязкость окружающей воздушной среды, Па • с.
Учитывается, что при выходе из сопла струя аэрозоля имеет угол 2б = 28°. Таким образом, для нас важны три крайних направления движения: под углом +14°(верхние капли), горизонтальное под углом 0о (капли, находящиеся в центре потока при выходе из сопла) и под углом -14°(капли расположенные внизу потока).
Выводы. Рекомендации
В работе определены начальные условия для моделирования формирования и распространения аэрозольных частиц газодинамическим потоком.
Учитывалось, что концентрация паров в потоке близка насыщению и на начальном участке можно не учитывать испарение капель.
На границе струи идет интенсивное испарение капель.
Модель позволяет проводить пошаговый расчет движения частиц, учитывать влияющие факторы, связанные с распространением заряженной струи, и процессы испарения капель.
Литература
1. Верещагин И.П., Мирзабекян Г.З., Макальский Л.М., Орлов А.В., Стырикович И.М. Электрические методы регулирования характеристик облаков и туманов/; Под ред. И.П. Верещагина. - М.: Изд-во МЭИ, 1996 -92 с.
2. Дунский В.Ф., Никитин Н.В., Соколов М.С. Пестицидные аэрозоли. - М.: Наука, 1982 - 288 с.
3. Киселёв П.Г. Справочник по гидравлическим расчётам. - М.:Государственное энергетическое издательство, 1957 - 352 с.
4. Лекомцев П.Л Диссертация на соискание кандидата технических наук. - М.:МИИСП им. В.П. Горячкина, 1991 - с.
5. Мкртумян А.В. Электроаэрозольная обработка животноводческих помещений. Диссертация на соискание кандидата технических наук. - М.: МИИСП им. В.П. Горячкина, 1987 - 200 с.
6. Пажи Д.Г., Галустов В.С. Распылители жидкостей. - М.: Химия, 1979. - 216 с.
7. Савушкин В.А. Получение и использование электроаэрозолей в животноводстве. Диссертация на соискание доктора технических наук. - М.:МИИСП им. В.П. Горячкина, 1992 - 457 с.
8. Урал НЕТРАММ Ltd. www.netramm.com , 21.11.2003.
9. Фукс Н.А.. Механика аэрозолей./Под редакцией Дерягина Б.В. - М.: АН СССР, 1955 - 351 с.
