CC BY
19К ВОПРОСУ РАСШИРЕНИЯ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ I-d-ДИАГРАММЫ ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА ПРИ СОЗДАНИИ МИКРОКЛИМАТА ПОМЕЩЕНИЙ
Аверкин А.Г.
Еремкин А.И.
Аверкин Ю.А.
Пензенский государственный университет архитектуры и строительства
Россия
TO THE QUESTION OF EXPANSION OF THE FIELD OF APPLICATION I-d-WET AIR DIAGRAMS WHEN CREATING THE
MICROCLIMATE OF PREMISES
Averkin A. G.
Yeremkin A.I.
Averkin Yu.A.
State University of Architecture and Construction
Russia
АННОТАЦИЯ
Приведены сведения о модифицированной /-d-диаграмме влажного воздуха, на рабочую область которой нанесены изолинии равновесных влагосодержаний чужеродного вещества (силикагеля). На ее основе разработана инженерная методика расчета осушителей воздуха (адсорберов) с применением твердого сорбента - силикагеля типа КСМ. Расчет базируется на определении числа единиц переноса способом графического интегрирования.
ABSTRACT
The information on the modified I-d diagram of moist air is given, on the working area of which the isolines of the equilibrium moisture content of the foreign substance (silica gel) are plotted. On its basis, an engineering technique for calculating air dryers (adsorbers) using a solid sorbent-silica gel of the KSM type was developed. The calculation is based on determining the number of units of transfer by means of graphical integration
Ключевые слова: Осушение воздуха, твердый сорбент, силикагель, методика расчета, модифицированная /-d-диаграмме влажного воздуха, изолинии равновесных влагосодержаний, число единиц переноса
Keywords: Drying of air, solid sorbent, silica gel, calculation procedure, modified I-d diagram of moist air, isolines of equilibrium moisture content, number of transfer units
Создание и поддержание требуемого микроклимата помещений осуществляется при помощи инженерных систем вентиляции и кондиционирования воздуха. Данные системы характеризуются большим разнообразием схем и оборудования. Бурное развитие конструктивных решений по совершенствованию климатехники осуществляется по настоящее время. С учетом повышения требований по энерго- и ресурсосбережению разрабатываются новые процессы и оборудование для тепловлаж-ностной обработки воздуха.
Цель работы - показать востребовательность и развитие /-^-диаграммы влажного воздуха при создании требуемого микроклимата помещений. В настоящее время /-^-диаграмма влажного воздуха широко применяется на стадии проектирования, реконструкции систем вентиляции и кондиционирования воздуха, воздушных конвективных сушилок, т.е. технических устройств, где в качестве рабочей
среды является воздушный поток. Ее использование при графоаналитическом методе расчета типовых систем позволяет осуществить выбор оптимальных проектных решений, уменьшить их трудоемкость, обеспечить достаточную точность в соответствии с инженерными требованиями.
Основные принципы построения /-ё-диаграмма влажного воздуха были предложены в 1918 году русским профессором Л.К.Рамзиным, т.е. 100 лет назад.
Функции /-ё-диаграммы влажного воздуха постоянно расширяются: от построения и анализа схем тепловлажностной обработки воздуха для выбора марки и компоновки центрального кондиционера, до поверочного и конструктивного расчета устройств, работа которых базируется на сложных процессах тепломассопереноса рабочих сред [1].
Общий вид /-ё-диаграммы влажного воздуха приведен на рис. 1.
Рис.1.1-ё-диаграмма влажного воздуха
Предложены оригинальные методики расчета утилизаторов теплоты удаляемого воздуха в СВ и СКВ, контактных аппаратов, основанных на дополнительных графических построениях в рабочей области 1-й-диаграммы влажного воздуха.
Новатором данного направления следует назвать профессора Кокорина О.Я., который разработал методологию по замене реального режима охлаждения и осушения воздушного потока, изображенного на 1-й-диаграмме влажного воздуха, на условно «сухой» режим охлаждения, который эквивалентен по расходу холода [2].
Нанесение дополнительных изолиний концентраций водных растворов хлористого лития на поле 1-^-диаграммы влажного воздуха Павловым Н.Н., позволило ее эффективное применение для проектирования систем осушения воздуха на основе жидких сорбентов [2].
Материалы и методы. В Пензенском ГУАС разработан методика расчета осушителя воздуха на основе твердого сорбента путем нанесения изолиний равновесных влагосодержаний чужеродного вещества (силикагеля) на рабочую область 1-ё-диаграммы влажного воздуха (рис. 2) [1].
Рис. 2. Модифицированная /-ё-диаграмма влажного воздуха с изолиниями равновесных влагосодержаний
силикагеля - Б*, г/кг
Построение процесса (рабочей линии) теп-ловлажностной обработки воздуха на данной диаграмме позволяет определить разность рабочих концентраций приходящихся на единицу движущей силы процесса, т.е. рассчитать число единиц переноса в различных режимах осушения воздуха
(адиабатическом, изотермическом) твердым сорбентом, например, методом графического интегрирования.
Результаты исследования и их обсуждение.
В качестве примера рассмотрим осушение воздушного потока в адсорбере с применением - силикагеля КСМ (рис.3).[3].
2 4 6 8 10 с/, г/кг сух. возд.
Рис. 3. Схема обработки воздушного потока в слое силикагеля КСМ: на фрагменте модифицированной 1-й-диаграммы влажного воздуха (1 - 2) - процесс адиабатического осушения воздуха;
На основе проведенных теоретических исследований, разработана инженерная методика расчета осушителей воздуха на основе твердых сорбентов [2].
Методика включает следующую последовательность операций.
1. Задаются исходные данные (адсорбер работает без отвода теплоты): расход воздуха для осушения О, кг/с; начальные параметры воздуха - температура Ь, оС, и относительная влажность ф1; %; или температура и, оС, и влагосодержание й1, г/кг сух. возд.; или температура оС, и энтальпия 11, кДж/кг, и т.д.; конечный параметр воздуха после осушения - температура 12, оС, или влагосодержание й2, г/кг сух. возд.).
2. Строится процесс осушения воздуха на модифицированной 1-й-диаграмме влажного воздуха, например, отрезок прямой 1-2 (рис. 3).
3. Определяется диаметр адсорбера
где р - плотность воздуха, кг/м3, V - скорость воздуха в сечении адсорбера, м/с (V = 0,25...0,50 м/с) [2].
4. Определяется высота слоя сорбента (силикагеля):
Н = пН, (2)
где п - число единиц переноса, Н - высота единицы переноса, м.
Число единиц переноса определяется методом графического интегрирования [2]. Расчет производится по формуле
П =
■ д(ё) а - а *
(3)
А =
О
ь
0,785 • р • V V 0785 • V
(1)
где й, й* - текущее (рабочее) и равновесное влагосодержание осушаемого воздуха, г/кг сух. возд.
В соответствии с рекомендациями [2] на основе рис. 3 осуществляют построение равновесной линии (в данных условиях - изоэнтальпы адсорбции) и рабочей линии процесса (рис. 4.).
а
а
Рис. 4. Изоэнтальпа адсорбции (ОА) и рабочая линия процесса (1 - 2): й,, й* - соответственно, рабочие и равновесные влагосодержания воздуха, г/кг; Б,, Б* - соответственно, рабочие и равновесные влагосодержания силикагеля, г/кг;
На рис. 4 показано в виде стрелок нахождение равновесных влагосодержаний воздуха для соответствующих рабочих влагосодержаний.
Для численного определения числа единиц пе-
реноса по формуле (3), строят графическую зависимость: -1-= ((а). (4)
а - а * )
Ее общий вид приведен на рис. 5.
Рис. 5. Зависимость
1
а - а *
=/ (а)
Число единиц переноса численно равно:
п = / • М • М2 , (5)
где/- площадь криволинейной трапеции, М1, М2 - масштабы величин по оси абсцисс и ординат, соответственно.
Высота единицы переноса определяется по формуле
о
И =- , (6)
я • в
С г у
где & - площадь сечения слоя адсорбента, м2; Ру - объемный коэффициент массоотдачи водяных паров в воздухе, с-1 [2].
= 0,785 • Оа2; или & = — ; (7)
ру
О
в у =
Ш'- в
а
(8)
где Б - коэффициент диффузии водяных паров в воздухе, м2/с [1];
йэ - эквивалентный диаметр зерна силикагеля,
м;
- диффузионный критерий Нуссельта, определяется в зависимости от численного значения критерия Рейнольдса - Яе:
V • аэ • р
Яе =-—, (9)
^ • е н
где д - динамический коэффициент вязкости воздуха, Пас, ен - порозность неподвижного слоя адсорбента (ен = 0,3 [2]).
При Яе < 2 Ш' = 0,51 • Яе0,85 • (Рг')0,33; (10)
При Яе = 2-30 №' = 0,725- Яе0,47 • (Рг)0,33 ;(11) При Яе > 30 Ш' = 0,395 • Яе0,64 • (Рг')0,33. (12)
Диффузионный критерий Прандтля - Рг' рассчитывают по формуле:
Рг'^-^т. (13)
р • и
Таким образом, определены основные конструктивные размеры адсорбера для осушения воздуха (диаметр аппарата, высота слоя сорбента).
Вывод.
Проведенные научно-теоретические и экспериментальные исследования показали, что применение модифицированной /-ё-диаграммы влажного воздуха, на рабочую область которой нанесено семейство изолиний равновесных влагосодержаний чужеродного вещества (силикагеля) позволяет
научно обосновать методологию проектирования контактных аппаратов для осушения воздуха на основе твердых сорбентов, и расширить область применения /-ё-диаграммы влажного воздуха.
Литература
1. Аверкин А.Г. /-ё- диаграмма влажного воздуха и ее применение при проектировании технических устройств / А.Г.Аверкин - С-Петербург: Лань, 2016. - 192 с.
2. Аверкин, А.Г. Совершенствование устройств тепловлажностной обработки воздуха и методов расчета климатехники [Текст]: монография / А.Г.Аверкин, А.И.Еремкин. - Пенза: ПГУАС, 2015. - 204 с.
3. Касаткин, А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии [Текст]:/ А.Г.Касаткин. - М.: «Химия», 1971. - 784 с.
УСОВЕРШЕНСТВОВАННАЯ РАСЧЕТНАЯ СХЕМА ПОДВЕСНОГО ЗДАНИЯ
Азизов Т.Н.
доктор технических наук, профессор, Уманский государственный педагогический университет
IMPROVED DESIGN SCHEME OF A SUSPENDED BUILDING
Azizov T.N.
Doctor of Engineering, Professor, Uman State Pedagogical University
АННОТАЦИЯ
Приведены усовершенствованные динамические расчетные схемы подвесных зданий. Показано, что разработанные ранее схемы пригодны для расчета одноэтажных зданий. Усовершенствованные схемы позволяют рассчитывать многоэтажные здания большой высоты. Расчетная схема содержит жесткий стержень, подвешенный на несущей раме. Задача решается с помощью уравнений Лагранжа второго рода. Для уменьшения амплитуды колебаний в нижней части здания предусмотрены ограничители. Предложена методика расчета с учетом работы этих ограничителей. Показано, что изменением горизонтальной жесткости несущей рамы и жесткости ограничителей можно регулировать амплитуду колебаний здания и усилия, возникающие в его несущих конструкциях.
ABSTRACT
The article gives new dynamic design schemes of suspended buildings. It is shown that the existing schemes are used to calculate single-storey buildings. New schemes allow calculating multi-storey buildings of great height. The design scheme contains a rigid rod suspended from the support frame. The problem is solved using Lagrange equations of the second kind. To reduce the amplitude of the oscillations, in the lower part of the building there are restraints. A calculation technique is proposed taking into account the work of these limiters. It is shown that by changing the horizontal stiffness of the support frame and the stiffness of the stops, it is possible to control the amplitude of the oscillations of the building and the forces arising in its supporting structures.
Ключевые слова: землетрясение, уравнение, амплитуда, усилие, колебание, динамика, расчетная схема.
Keywords: earthquake, equation, amplitude, force, oscillation, dynamics, calculation scheme.
Анализ исследований и постановка задачи.
В опубликованных работах автора [1-3] расчетным путем было показано, что эффективным способом защиты зданий и сооружений является устройство подвесных зданий. В этих работах показано, что в динамической расчетной схеме подвесного здания усилия в несущих конструкциях оказываются значительно меньшими усилий в зданиях, работающих по традиционной консольной
схеме. Показано, что традиционные способы защиты зданий от землетрясений с помощью демпферов и других приспособлений [4-7] являются весьма эффективными, но при этом усилия в несущих конструкциях при землетрясении остаются достаточно большими. Кроме того, многие конструктивные системы демпфирования требуют полной или частичной замены их составляющих после землетрясения.
