Научная статья на тему 'Исследование влияния вентиляции на формирование температурных и скоростных полей в электросталеплавильном цехе'

Исследование влияния вентиляции на формирование температурных и скоростных полей в электросталеплавильном цехе Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
149
24
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
MICROCLIMATE / ALL-EXCHANGE VENTILATION / AIR DISTRIBUTOR / CONVECTIVE STREAMS / STITCHED STREAMS / ELECTROSTEEL-SMELTING FURNACES / SPEED / TEMPERATURE / МИКРОКЛИМАТ / ОБЩЕОБМЕННАЯ ВЕНТИЛЯЦИЯ / ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ / КОНВЕКТИВНЫЕ ПОТОКИ / ПРИТОЧНЫЕ СТРУИ / ЭЛЕКТРОСТАЛЕПЛАВИЛЬНЫЕ ПЕЧИ / СКОРОСТЬ / ТЕМПЕРАТУРА

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Гвоздков И. А.

Для исследования особенностей формирования температурных и скоростных полей в объеме электросталеплавильного цеха при различных способах раздачи приточного воздуха использована трехмерная нестационарная модель. По результатам проведенного численного эксперимента для описания пространственного распределения воздушных и тепловых потоков в цехе установлено, что наиболее рациональным способом подачи приточного воздуха в рассматриваемых цехах является способ «затопления рабочей зоны».

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Research of influence of ventilation on formation of temperature and high-speed fields in the electrosteel-smelting shop

For a research of features of formation of temperature and high-speed fields in volume of the electrosteel-smelting shop at various ways of distribution of stitched air the three-dimensional non-stationary model is used. By results of the made numerical experiment for the description of spatial distribution of air and thermal streams in the shop it is established that the most rational way of supply of stitched air in the considered shops is the way of "flooding of a working zone".

Текст научной работы на тему «Исследование влияния вентиляции на формирование температурных и скоростных полей в электросталеплавильном цехе»

Исследование влияния вентиляции на формирование температурных и скоростных полей в электросталеплавильном цехе

И.А. Гвоздков Волгоградский государственный технический университет

Аннотация: Для исследования особенностей формирования температурных и скоростных полей в объеме электросталеплавильного цеха при различных способах раздачи приточного воздуха использована трехмерная нестационарная модель. По результатам проведенного численного эксперимента для описания пространственного распределения воздушных и тепловых потоков в цехе установлено, что наиболее рациональным способом подачи приточного воздуха в рассматриваемых цехах является способ «затопления рабочей зоны».

Ключевые слова: микроклимат, общеобменная вентиляция, воздухораспределитель, конвективные потоки, приточные струи, электросталеплавильные печи, скорость, температура.

По качеству воздушной среды электросталеплавильные цеха относятся к числу наиболее неблагоприятных, что связано не только с применением устаревшего технологического оборудования, но и с неэффективной работой вентиляционных систем. Сложные планировочные решения производственных помещений, нестационарность технологических процессов, наличие открытых проемов в наружных ограждениях и аэрационного фонаря, образование мощных конвективных потоков, значительные выделения в рабочую зону тепла, пыли и газов - всё это факторы, влияние которых обусловливает особенности формирования микроклимата в цехах с электросталеплавильными печами.

Для создания нормируемых параметров микроклимата на рабочих местах [1] в рассматриваемых цехах предусматривается устройство общеобменной вентиляции по схеме "снизу-вверх" в совокупности с воздушным душированием и системами местных отсосов [2-4]. При этом, в холодный и переходный периоды воздух подается либо непосредственно в рабочую зону с помощью воздухораспределителей панельного или полочного типа, либо горизонтальными и наклонными струями с отметки не

более 4 м от уровня пола, либо вертикальными струями через воздухораспределители, размещаемые не выше 6 м от пола [3]. Для притока воздуха в теплый период используются аэрационные проемы, размещенные в на уровне 0,3-1,8 м от пола [4]. Удаление воздуха из рассматриваемых цехов осуществляется системами местных отсосов в сочетании с общеобменной вытяжкой из верхней зоны через аэрационный фонарь и шахты с дефлекторами [4]. Однако в связи с необходимостью экономии теплоэнергоресурсов, удаление воздуха из верхней зоны помещения следует осуществлять системами общеобменной вентиляции с механическим побуждением и с использованием теплоутилизаторов [5].

Вопросами организации вентиляции в производственных помещениях с пыле- и газовыделениями занимались многие известные исследователи, такие, как Баркалов Б. В., Батурин В. В., Гримитлин М.И., Молчанов Б.С., Позин Г.М., Посохин В.Н., Титов В.П. и другие. Однако при недостаточной изученности особенностей пространственного распределения температуры и воздушных потоков в электросталеплавильных цехах решения по организации воздухообмена не только не обеспечивают требуемого качества внутреннего воздуха, но и приводят к снижению эффективности вентиляционных устройств, локализующих вредные выделения, из-за сложности характера взаимодействия конвективных потоков и приточных струй [3].

Изучение режимов вентилирования в электросталеплавильных цехах в условиях действующего производства чрезвычайно затруднено из-за множества и разнообразия перечисленных выше факторов, определяющих особенности формирования микроклиматических условий. В связи с развитием вычислительной техники и более современными методами исследований микроструктуры турбулентных течений в 70-80-х г.г. ХХ в. создалось новое научное направление - определение закономерностей

формирования скоростных и температурных полей в вентилируемых помещениях на основе решения численными методами на ЭВМ системы уравнений. Эта система включает в себя уравнение движения Навье-Стокса, уравнение энергии, а также уравнение переноса и диссипации турбулентной кинетической энергии [6-9].

Для исследования закономерностей распределения полей скорости и температуры воздуха в объеме цеха предложена трехмерная нестационарная модель [10] и проведен численный эксперимент для изучения распределения воздушных и тепловых потоков в электросталеплавильном цехе. Некоторые из полученных результатов представлены на рис. 1, 2.

Рис.1 - Модуль скорости воздуха в различных сечениях, демонстрирующий слоисто-клочковатый характер распределения скорости

воздуха

Распределение модуля полной скорости характеризуется рис. 1, который демонстрирует формирование характерных слоев в движении воздуха, обусловленное особенностями работы вентиляционных устройств и сложной геометрией производственного помещения.

Рассмотрим три способа подачи приточного воздуха в: 1 - подача по способу «затопление рабочей зоны»; 2 - воздухораздающие устройства размещены на высоте 2 м и создают горизонтальный поток; 3 - подача воздуха наклонными струями с высоты 3 м. Распределение модуля скорости воздуха в рабочей зоне при первом (вверху) и третьем (внизу) способах воздухораспределения характеризуется рис. 2.

Рис.2 - Распределение модуля скорости в рабочей зоне при разных способах подачи воздуха

Результаты численного эксперимента показали, что при подаче воздуха по методу "затопления" понижается температура и увеличивается подвижность воздуха. При раздаче воздуха наклонными струями с высоты 3 м в рабочей зоне уменьшается скорость воздуха и увеличивается температура.

В целом полученные результаты свидетельствуют о том, что особенностью формирования полей скорости и температуры в объеме рассматриваемого цеха является наличие нестационарной составляющей с

характерными промежутками времени порядка 10-100 с даже при стационарных климатических условиях и стационарных режимах работы технологических и вентиляционных устройств.

Литература

1. Финиченко В.А., Кирищнева В.И. Социально-экономическая эффективность приведения рабочих мест к требованиям норм охраны труда // Инженерный вестник Дона, 2013, №1. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n1y2013/1326/.

2. Гримитлин М.И., Позин Г.М., Тимофеева О.Н. [и др.]. Вентиляция и отопление машиностроительных предприятий. М.: Машиностроение, 1998. 288 с.

3. Гримитлин М.И. Распределение воздуха в помещениях. СПб, 1994. 316

с.

4. Халецкий И.М. Вентиляция и отопление заводов черной металлургии. М.: Металлургия, 1981. 240 с.

5. Страхова Н.А., Горлова Н.О. Концепция энергоресурсосберегающей деятельности в промышленности // Инженерный вестник Дона, 2011, №1. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n1y2011/287/.

6. Бакланов А.А. Определение распределения примесей в атмосфере карьера на основе математического моделирования // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. Новосибирск: Сиб. отдел. АН СССР, 1984. С. 13-19.

7. Поз М.Я., Кац Р.Д., Кудрявцев А.И. Расчет параметров воздушных потоков в вентилируемом помещении на основе "склейки" течений // Воздухораспределение в вентилируемых помещениях зданий. М., 1984. С. 26-51.

8. Raji, A., Hasnaoui, M., Bahlaoui, A. Numerical study of natural convection dominated heat transfer in a ventilated cavity: Case of forced flow playing

simultaneous assisting and opposing roles // International Journal of Heat and Fluid Flow. 2008. V.29. рр. 1174-1181.

9. Zhao, F.-Y., Liu, D., Tang, G.-F. Multiple steady fluid flows in a slot-ventilated enclosure // International Journal of Heat and Fluid Flow. 2008. V.29. рр.1295-1308.

10. Сергина Н.М., Гвоздков И.А., Сидякин П.А., Янукян Э.Г. О моделировании процессов распространения пыли в объеме электросталеплавильного цеха перед выбросом в атмосферу города через неплотности в ограждающих конструкциях // Современные фундаментальные и прикладные исследования. 2015. №4(19). С. 49-54.

References

1. Finichenko V.A., Kirishhneva V.I. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2013, №1. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n1y2013/1326/.

2. Grimitlin M.I., Pozin G.M., Timofeeva O.N. [i dr.]. Ventiljacija i otoplenie mashinostroitel'nyh predprijatij [Ventilation and heating of machine-building enterprises]. M.: Mashinostroenie, 1998. 288 р.

3. Grimitlin M.I. Raspredelenie vozduha v pomeshhenijah [Distribution of air in rooms]. SPb, 1994. 316 р.

4. Haleckij I.M. Ventiljacija i otoplenie zavodov chernoj metallurgii [Ventilation and heating of the plants of ferrous metallurgy]. M.: Metallurgija, 1981. 240 р.

5. Strahova N.A., Gorlova N.O. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2011, №1. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n1y2011/287/.

6. Baklanov A.A. Opredelenie raspredelenija primesej v atmosfere kar'era na osnove matematicheskogo modelirovanija [Determination of distribution of impurity in the atmosphere of a pit on the basis of mathematical modeling]. Fiziko-tehnicheskie problemy razrabotki poleznyh iskopaemyh. Novosibirsk: Sib. otdel. AN SSSR, 1984. рр. 13-19.

7. Poz M.Ja., Kac R.D., Kudrjavcev A.I. Raschet parametrov vozdushnyh potokov v ventiliruemom pomeshhenii na osnove "cklejki" techenij [Calculation of parameters of air streams in the ventilated room on the basis of "gluing together" of currents]. Vozduhoraspredelenie v ventiliruemyh pomeshhenijah zdanij. M., 1984. pp. 26-51.

8. Raji, A., Hasnaoui, M., Bahlaoui, A. International Journal of Heat and Fluid Flow. 2008. V.29. pp. 1174-1181.

9. Zhao, F.-Y., Liu, D., Tang, G.-F. International Journal of Heat and Fluid Flow. 2008. V.29. pp.1295-1308.

10. Sergina N.M., Gvozdkov I.A., Sidjakin P.A., Janukjan Je.G. Sovremennye fundamental'nye i prikladnye issledovanija. 2015. №4 (19). pp. 49-54.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.