CC BY
13Статья поступила в редакцию 20.09.13. Ред. рег. № 1771
The article has entered in publishing office 20.09.13 . Ed. reg. No. 1771
УДК 628.511.1
О ПРИМЕНЕНИИ МЕТОДА «РАССЕЧЕНИЯ» ПРИ АНАЛИЗЕ ДИСПЕРСНОГО СОСТАВА ПЫЛИ В ВОЗДУШНОЙ СРЕДЕ
1 2 3
Н.А. Маринин , М.А. Николенко , С.В. Шульга
волгоградский государственный архитектурно-строительный университет Ул. Академическая, 1, г. Волгоград, 400074, Россия Тел.: (8442) 96-98-26, факс (8442) 97-49-33, e-mail: kaf_bgdvt@mail.ru 2Ростовский государственный строительный университет ул. Социалистическая 162, Ростов-на-Дону, 344022, Россия 3Филиал ФГАОУ ВПО "Северо-Кавказский Федеральный университет" в г. Пятигорске. Пр. 40 лет Октября, 56, г. Пятигорск, 357500, Россия Тел.: 8(8793)33-77-69, e-mail: sidyakin_74@mail.ru
Заключение совета рецензентов: 25.09.13 Заключение совета экспертов: 30.09.13 Принято к публикации: 05.10.13
Представлены результаты исследования дисперсного состава пыли как случайной функции. Обоснована применимость логарифмически нормального закона при построении интегральной кривой, а также использование метода «рассечения» для наглядного представления распределения доли мелкой фракции.
Ключевые слова: дисперсный состав пыли, система аспирации, усеченное логарифмически-нормальное распределение, вероятностно-логарифмическая сетка.
ON APPLICATION OF "SECTIONING" METHOD IN ANALYSIS OF DISPERSE STRUCTURE OF DUST IN AIR ENVIRONMENT
N.A. Marinin1, M.A. Nikolenko2, S.V. Shulga3
1Volgograd State University of Architecture and Civil Engineering 1 Academic St., Volgograd, 400074, Russia Tel.: (8442) 96-98-26, fax (8442) 97-49-33, e-mail: kaf_bgdvt@mail.ru 2Rostov State University of Civil Engineering 162 Socialisticheskaya St., Rostov-on-Don, 344022, Russia
3North-Caucasian Federal University October 40th Anniversary Ave., Pyatigorsk, 357500, Russia Tel.: +7(8793)33-77-69, e-mail: sidyakin_74@mail.ru
Referred: 25.09.13 Expertise: 30.09.13 Accepted: 05.10.13
Results of research of disperse structure of a dust as stochastic function are presented. Applicability of logarithmic normal law is proved at creation of an integrated curve, and also "sectioning" method is used for evident representation of distribution of small fraction distribution.
Keywords: disperse structure of dust, aspiration system, truncated logarithmic and normal distribution, probabilistic and logarithmic grid.
Никита Андреевич Маринин
Сведения об авторе: аспирант кафедры «Безопасность жизнедеятельности в строительстве». Область научных интересов: экологическая безопасность строительства и городского хозяйства. Публикации: более 20.
Максим Александрович Николенко
Сведения об авторе: канд. техн. наук, доцент кафедры «Автомобильные дороги».
Область научных интересов: экологическая безопасность строительства и городского хозяйства.
Публикации: более 20.
Сергей Владимирович Шульга
Сведения об авторе: аспирант, ассистент кафедры «Строительство».
Область научных интересов: охрана труда, экологичность и безопасность строительства.
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 11 (133) 2013
© Scientific Technical Centre «TATA», 2013
Н.А. Маринин, М.А. Николенко, С.В. Шульга. Метод «рассечения» при анализе дисперсного состава пыли в воздушной среде
Введение
Результаты и обсуждение
Описанием теоретических зависимостей распределения массы частиц пыли по диаметрам в различное время занимались ученые Г.И. Ромашов, П. Розин, Е. Рамблер, И. Свенсон, Н.Я. Авдеев и др. Данные исследователи предлагали свои подходы относительно построения кривой распределения. Однако в работах В.А. Минко, Е.И. Богуславского, В.Н. Азарова доказано, что для пыли, поступающей в воздух рабочей зоны и инженерно-экологической системы, характерно усечено-логарифмически нормальное распределение.
Применение логарифмически нормального закона для частиц тонкоизмельченных материалов, полученных в результате технологического процесса, было доказано Колмогоровым [1]. Еще в 1941 г., исходя из исследований мелких частиц пыли, полученных на производстве, он обнаружил, что в процессе дробления распределение частиц стремится к логарифмически нормальному, в котором нормальное распределение имеет не диаметр частиц, а логарифмы диаметров. Функция прохода Б(С) логарифмически-нормального распределения массы частиц по диаметрам дисперсной пыли представляется в виде
D(d) =
1
л/2п lg а
ig d
í exP
(g d - lg d5Q )
2lg2 а
d lg d, (1)
Результаты проведенных исследований (рис. 1) показывают, что кривые представляют собой вид усечено-логарифмического распределения. Это объясняется тем, что при рассмотрении образцов, согласно методике микроскопического анализа [6], в поле зрения попадают только мелкие частицы, а попадание крупных носит случайный характер. При исследовании дисперсного состава пыли на графике обычно откладываются несколько кривых в виде пучка (рис. 1), на котором достаточно сложно определить процентное содержание, например, частиц РМ10 или РМ25.
где С50 - медиана распределения; ^сС - стандартное отклонение логарифмов диаметров.
Применимость этого закона для многих видов пыли и порошкообразных материалов подтверждается рядом экспериментальных исследований [2, 3, 4].
Логарифмически нормальное распределение изображают графически на логарифмически вероятностной координатной сетке, т.е. в такой прямоугольной системе координат, по оси абсцисс которой откладываются логарифмы диаметров (ставятся значения диаметров С), а по оси ординат откладываются значения величины Б (проставляются значения функции Б(сС)). Значения Б, отвечающие заданным значениям функции Б(сС), находятся из приложения 1 [5]. Значениям Б(сС) < 50% отвечают отрицательные С, которые откладываются вниз от начальной точки Б(сС) = Б(0) = 50%.
В данном случае угловой коэффициент tgа наклона прямой равен 1/^С; здесь а - угол отклонения между построенной прямой и осью абсцисс. Чем больше разброс частиц по диаметрам материала, тем больше дисперсия и, соответственно, стандартное отклонение ^а ее интегральной кривой и, следовательно, меньше угол а. Если линия распределения стремится ближе к вертикали в логарифмически вероятностной координатной сетке, то распределение, соответственно, будет уже, т.е. материал будет более однороден по своим размерам. Более тонкоизмельченному материалу соответствует меньший медианный диаметр с 50 и более высокое расположение линии распределения на логарифмически вероятностной сетке [1].
Рис. 1. Интегральные функции распределения массы частиц по диаметрам для пыли, отобранной в системе аспирации,
на асфальтобетонном заводе г. Калиновск Fig. 1. Integrated functions of distribution of weight of particles on diameters for a dust of the aspiration system on the asphalt's plant by Kalinovsk
Значения доли частиц для РМю колеблется от 80 до 99%, а для РМ2,5 - от 2 до 5%.
Для решения данной задачи предлагается метод «рассечения». Главной особенностью является показ распределения именно мелких частиц в общей массе пробы, и доказательство, что дисперсный состав мелких фракций постоянен, а поведение интегральной функции распределения в большей степени зависит от доли крупных частиц. Это объясняется тем фактом, что даже одна крупная частица, единожды попавшая в пробу, способна изменить вид графика. Данный метод позволяет определить влияние на полученные результаты концентраций пыли, например, d50, d84,i и di59 и т.д. Вследствие этого, на основе рас-
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 11 (133) 2013 © Научно-технический центр «TATA», 2013
Энергетика и экология. Экология воздушной среды и космического пространства
смотрения функции прохода пыли как случайной, предлагается построение раздельно совокупности мелких и крупных фракций, что является основной задачей проведения метода «рассечения».
данном случае выбрано как общее наибольшее значение для всех кривых.
Функция прохода для совокупности мелких фракций Дм(й?ч), для 8 мкм, будет выглядеть
DM & ) =
100
D(dч), если dч < 8;
D (dр У
0, если d4 > 8,
для крупных фракций, соответственно
0, если d < 8;
(2)
Dp d ) =
100 -100
100 - D (dч) 100 - D (dр У
если d„ > 8.
(3)
Рис. 2. Интегральные функции распределения массы частиц по диаметрам после проведения рассечения по диаметру 8 мкм для пыли, отобранной в системе аспирации, на асфальтобетонном заводе г. Калиновск Fig. 2. Integrated functions of distribution of weight of particles on diameters after carrying out a section on diameter of 8 microns for a dust of the aspiration system on the asphalt plant by Kalinovsk
Для наглядного представления концентрации РМ10 и РМ2,5 по результатам наших исследований проведем рассечение по диаметру 8 мкм, которое в
Затем построим интегральные функции распределения массы частиц отдельно для пыли до 8 мкм и пыли более 8 мкм. Проведем это «рассечение» для каждой из кривых, полученных в результате отбора проб (рис. 1), и представим полученные значения интегральных функций распределения на рис. 2.
Заключение
Таким образом, при помощи метода «рассечения» предлагается рассматривать каждую пробу в отдельности. Проведенные исследования на строительных предприятиях демонстрируют, что колебания массы пыли по диаметрам в системе аспирации не стабильны на всей стадии технологического процесса, что не представляется возможности составить общую картину относительно концентрации. Из графика видно, что разброс значений мелких фракций сократился в среднем на 13% и составляет порядка 3-5%. Это говорит о том, что состав мелких фракций можно рассматривать одной детерминированной кривой.
Список литературы
1. Колмогоров А.Н. О логарифмически нормальном законе распределения частиц при дроблении // ДАН СССР. 1941. Т. 31. № 2. С. 1030-1039.
2. Азаров В.Н., Маринин Н.А., Жоголева Д.А. Об оценке концентрации мелкодисперсной пыли (РМ10 и РМ25) в атмосфере городов // Изв. Юго-Западного гос. университета. 2011. № 5(38). Ч. 2. Курск. С. 144-149.
3. Азаров В.Н., Тертишников И.В., Калюжина Е.А., Маринин Н.А. Об оценке концентрации мелкодисперсной пыли (РМ10 и РМ25) в воздушной среде // Вестник Волг-ГАСУ. Сер. Строительство и архитектура. 2011. Вып. 25 (44). С. 402-407.
4. Азаров В.Н., Тертишников И.В., Маринин Н.А. Нормирование РМ10 и РМ25 как социальных стандартов качества в районах расположения предприятий стройиндуст-рии // Жилищное строительство. Вып. 3. 2012. С. 20-24.
5. Коузов П.А. Основы анализа дисперсного состава промышленных пылей и измельченных материалов. 3-е изд. перераб. Л.: Химия, 1987.
6. Азаров В.Н., Сергина Н.М. Методика микроскопического анализа дисперсного состава пыли с применением персонального компьютера (ПК). Деп. в ВИНИТИ. №133280002. 15.07.2002.
References
1. Kolmogorov A.N. O logarifmiceski normal'nom zakone raspredeleniä castic pri droblenii // DAN SSSR. 1941. T. 31. № 2. S. 1030-1039.
2. Azarov V.N., Marinin N.A., Zogoleva D.A. Ob ocenke koncentracii melkodispersnoj pyli (RM10 i RM2,5) v atmosfere gorodov // Izv. Ugo-Zapadnogo gos. universiteta. 2011. № 5(38). C. 2. Kursk. S. 144-149.
3. Azarov V.N., Tertisnikov I.V., Kalüzina E.A., Marinin N.A. Ob ocenke koncentracii melkodispersnoj pyli (RM10 i RM2,5) v vozdusnoj srede // Vestnik VolgGASU. Ser. Stroitel'stvo i arhitektura. 2011. Vyp. 25 (44). S. 402-407.
4. Azarov V.N., Tertisnikov I.V., Marinin N.A. Normirovanie RM10 i RM2,5 kak social'nyh standartov kacestva v rajonah raspolozeniä predpriätij strojindustrii // Zilisnoe stroitel'stvo. Vyp. 3. 2012. S. 20-24.
5. Kouzov P.A. Osnovy analiza dispersnogo sostava promyslennyh pylej i izmel'cennyh materialov. 3-e izd. pererab. L.: Himiä, 1987.
6. Azarov V.N., Sergina N.M. Metodika mikroskopiceskogo analiza dispersnogo sostava pyli s primeneniem personal'nogo komp'ütera (PK). Dep. v VINITI. №1332-80002. 15.07.2002.
Транслитерация по ISO 9:1995
Г>С1 — TATA — LXJ
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 11 (133) 2013
© Scientific Technical Centre «TATA», 2013
