Обобщенная модель разрядных систем ионизатора-озонатора воздуха при провидении профилактических мероприятий в тренажерных залах Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

05.20.01 Технологии и средства механизации сельского хозяйства

УДК 502/504 : 631.3

В. Ф. СТОРЧЕВОЙ, Н. Ф. СТОРЧЕВОЙ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К. А. Тимирязева» Институт природообустройства имени А. Н. Костякова

ОБОБЩЕННАЯ МОДЕЛЬ РАЗРЯДНЫХ СИСТЕМ ИОНИЗАТОРА-ОЗОНАТОРА ВОЗДУХА ПРИ ПРОВИДЕНИИ ПРОФИЛАКТИЧЕСКИХ МЕРОПРИЯТИЙ В ТРЕНАЖЕРНЫХ ЗАЛАХ

Рассмотрены задачи построения обобщенной модели разрядных систем ионизатора-озонатора с целью проведения профилактических мероприятий в спортивных залах. Определены: режимы работы системы; процессы образования озона и ионов в разрядном промежутке; стабильная работа системы при ее эксплуатации в тренажерном зале.

Источник питания, ионизатор-озонатор, разрядные системы, микроклимат, математические модели, схемы замещения, алгебраические и дифференциальные уравнения.

Problems of building a generalized model of ionizer - ozonizer discharge systems with the purpose of conducting prophylactic measures in sports halls are considered. There are defined: operation modes of the system; the processes of ozone and ions formation in the discharge interval; a steady operation of the system in the gym.

Power source, ionizer-ozonizer, discharge systems, microclimate, mathematical models, equivalent circuit, algebraic and differential equations.

Качество проведения тренировок в тельных исследований. С использованием тренажерном зале связано не только с ма- ионизаторов воздуха, выпускаемых отече-стерством и талантом тренера, но и в зна- ственной промышленностью, проведение чительной степени с тем, где тренируется подобных исследований не представляется спортсмен. Микроклимат спортзала влия- возможным из-за отсутствия регулировки ет на интенсивность, качество тренировок концентрации ионов и озона, выбора режи-и здоровье самого спортсмена. Существу- ма работы, а также времени воздействия. ющие системы вентиляции, как правило, Разработанный авторами ионизатор-регулируют температуру и влажность воз- озонатор воздуха имеет два режима рабо-духа в спортивном зале, но слабо влияют ты (импульсный и постоянный) и возможна концентрацию кислорода и очистку га- ность регулировать концентрации ионов и зовой и микробной загрязненности [1]. озона. Регулировка концентрации осущест-Использование ионизатора-озонатора вляется за счет изменения одного из следу-воздуха позволяет воздействовать на ион- ющих параметров ионизации: напряжения, ный и химический состав воздуха, регу- длительности, периода повторения и формы лировать и создавать оптимальные условия импульсов, а также наличия регулируемой микроклимата спортзалов. Однако вопрос об разрядной системы ионизатора-озонатора. оптимальных режимах ионизации остается Электрические разряды в воздушной открытым и требует проведения дополни- газовой смеси происходят за счет электри-

5' 2014

чески заряженных частиц. Практически только эти частицы воспринимают энергию электрического поля, т. е. энергия разряда передает энергию движения электронов и ионов реагирующим молекулам.

В процессе ионизации газов, входящих в состав воздуха, в разрядной камере образуются аэроионы. Ионизация происходит в два этапа. На первом этапе ионизации при энергии 13,58 эВ (1 эВ - энергия, которую приобретает электрон, проходящий в электрическом поле с разностью потенциалов равной 1 В) происходит образование каждого отдельного атома кислорода в аэроион. Под действием ионизирующего излучения молекуле или атому газа сообщается энергия, необходимая для удаления одного из электронов из сферы действия ядра. Нейтральный атом становится положительно заряженным, а образовавшийся свободный электрон присоединяется к одному из нейтральных атомов и, передавая ему отрицательный заряд, образует отрицательный аэроион. Первично образовавшиеся аэроионы существуют малое время. На втором этапе ионизации при энергии 34,96 эВ биологически активным ионам обеспечивается необходимая устойчивость. Под действием поляризованных сил к образовавшимся (первичным) аэроионам присоединяется определенное число нейтральных молекул газов. В результате образуются комплексы молекул - легкие аэроионы, которые, сталкиваясь с присутствующими в воздухе ядрами конденсации, оседают на них и отдают им свой заряд. В результате образуются вторичные аэроионы - устойчивые и более крупных размеров. Атомы и молекулы кислорода образуют отрицательные ионы О- и О2-. В образовании озона в разрядной системе основную роль играют электронно-возбужденные молекулы, получающиеся при столкновении с электронами, и аэроионы.

Образование озона в барьерном разряде осуществляется в сильно ионизированном газе (плазме), который состоит из молекул или атомов, ионов и электронов. Разряд в озонаторе происходит между диэлектрическими электродами при давлении, близком к атмосферному. Электронно-возбужденные молекулы, получающиеся при столкновении нормальных молекул с электронами, играют основную роль при образовании озона в барьерном разряде, процесс становится интенсивным при энергиях электронов 8.. .10 эВ, меньше той, которая требуется для ионизации молекулы

5' 2014

кислорода. При энергии электронов 9 эВ наблюдается образование озона, которое усиливается при энергии электронов 21,2 эВ. Таким образом, в образовании озона активную роль могут играть и аэроионы, образующиеся в результате ионизации.

Способность озона легко распадаться с образованием кислорода делает его сильным окислителем. При действии озона на неорганические вещества происходит окисление до высших окисных соединений, при действии на органические вещества происходит присоединение озона по месту разрыва двойной связи и образование озонидов.

Протекание большого числа химических процессов в разряде и неоднородность самого разряда пока не позволили оценить доли отдельных реакций в суммарном процессе. Электрическая теория озонаторов сложна, и многие вопросы электросинтеза озона недостаточно разработаны и в настоящее время.

В процессе образования ионов и озона в воздушной среде разрядных систем, состоящей из полярных и неполярных молекул, в молекулах с постоянным электрическим моментом происходит переориентация зарядов, а неполярные молекулы приобретают индуцированный дипольный момент [2, 3].

Молекулы с постоянным и индуцированным моментом взаимодействуют с ионами, в результате чего образуются комплексные молекулы, состоящие из полярных молекул и молекул озона. Образование комплексной молекулы в воздушной смеси в первом приближении можно представить уравнением

Км т м д;

(1)

где тк - масса комплексной молекулы; т. - масса иона; тМ - масса полярной молекулы; КМ - коэффициент, зависящий от дипольного момента полярной молекулы; д. - заряд иона; ЕМ - энергия полярной молекулы.

На рисунке 1 представлены схемы движения воздушной ионно-озонной смеси в реакционной камере, поясняющие обобщенную модель разрядной системы проточного ионизатора-озонатора. Эта модель удовлетворяет следующим условиям:

движение воздушной ионно-озонной смеси в разрядной системе рассматривается на примере движения комплексной молекулы этой смеси, масса которой тк определяется уравнением (1);

за начальную скорость движения воздуха принимается скорость и0 подачи

и

05.20.01 Технологии и средства механизации сельского хозяйства

воздуха вентилятором;

начальные условия движения: t = 0; г = 0; х = 0;

граничные условия движения: г < г0 < гв; 0 < х < L.

Поток воздушной смеси

о

У ^хт

Реакционная

разрядная

камера

РС

о.

о,

ГО

Ох

X

гв

Р1 1

dt

сила тяжести -

Рт =

FE = 2пв0Г

(в - 1)

2;

(94

формуле Стокса:

Р = К1 (V - Vэ). (6)

Справедливо, когда сила инерции мала в сравнении с силой вязкости, т. е. число Рейнольдса должно быть небольшим:

КЕ = 2г • V / X, (7)

где К1 - коэффициент динамической вязкости среды; X - коэффициент кинематической вязкости среды.

Уравнение движение комплексной молекулы в модели разрядной системы составлено согласно принципу Даламбера, т. е. условие равновесия сил, приложенных к комплексной молекуле,

рк + р + р + р

Ре = 0.

(8)

Рис. 1. Схемы образования и движения воздушной ионно-озонной смеси в реакционной камере

Если предположить, что комплексные молекулы воздушной ионно-озонной смеси не искажают поток воздуха, в котором они движутся, и не взаимодействуют между собой, то тогда на молекулу с радиусом г действуют следующие основные силы:

сила Кулона, возникающая под действием электрического поля на заряженную молекулу, направленная по оси Х -

тк = Ёд; (2)

сила инерции -— mdv

Тогда векторное уравнение (8) с учетом формул (2)...(6) в проекциях на оси 0Х и 0Y будет иметь следующий вид:

Х = -Eq - КЛ; = ш - К (^ - ).

(9)

Если принять (К1 = 6лцг и ш = (4лцг3)/3) и выполнить математические преобразования, получим формулы скорости по оси ОХ и OY:

(X dt

= К2 (е-* -1);

(У

Vч = — = (1 - и0)(е-* -1).

М

(10)

(3)

(4)

обусловлен-

Если комплексная молекула воздушной ионно-озонной смеси находится в начальный момент времени в точке с координатами, то X = и0; У = 0; t = 0,

где

К = Г0

2рг3

(11)

пондеромоторная сила, ная неравномерностью распределения напряженности электрического поля, в воздушной среде действует в направлении усиления поля

(5)

(в - 2)_

(в расчетах она обычно составляет 1% Рк и ею можно пренебречь);

сила сопротивления среды возникает со стороны неподвижной среды, когда молекула движется в покоящейся среде (воздухе), ее можно рассчитать по

безразмерная радиальная координата, тогда

Сз = В0 + К2

С4 = 1 - Vo* (12)

На основании (11)...(12) получим уравнение движения комплексной молекулы в разрядной системе реакционной камеры проточного ионизатора-озонатора:

[х = -к(1 -е-1 -0+К;

= (1-^)(1-е--). (13)

Пользуясь уравнением молекулярно-кинетической теории газа, можно определить концентрацию комплексных молекул в реакционной камере:

5' 2014

p =

1 mp{v 2)>

(14)

где р - давление в реакционном камере; п - концентрация комплексных молекул в реакционной камере; <и2> - среднеквадратичная скорость молекул; т0 - масса комплексной молекулы; Ц

X

где ц - молярная масса молекулы; ЫА - число Авогадро.

Тогда концентрация комплексных молекул в реакционной камере проточного ионизатора-озонатора

3 р _ 3 рЫа

n =

ц v

лить концентрацию комплексных молекул, находящихся в реакционной камере и на выходе проточного ионизатора-озонатора, до соприкосновения с обрабатываемой средой.

(15)

Выводы

Система уравнений (13) и (10) может быть использована при разработке и изготовлении проточного ионизатора-озонатора для определения геометрических и энергетических параметров при проведении профилактических мероприятий в спортивных залах.

Уравнение (15) позволяет опреде-

1. Полиевский С. А. Стимуляция двигательной активности. М.: Физическая культура, 2006. - 256 с.

2. Сторчевой В. Ф. Ионизация и озонирование воздушной среды. - М.: МГУП, 2003. - 173 с.

3. Рогов И. А., Бабакин Б. С., Выгодин В. А. Электрофизические методы в холодильной технике и технологии. - М.: Колос, 1996. - 336 с.

Материал поступил в редакцию 10.06.13. Сторчевой Владимир Федорович, доктор технических наук, профессор, проректор по учебной работе E-mail: V_ [email protected] Сторчевой Николай Федорович, кандидат педагогических наук, доцент кафедры «Физическое воспитание и спорт» Тел. 8-915-473-05-71

УДК 502/504 : 631.171

В. П. ОЧИР-ГОРЯЕВ, М. А. САНДЖИЕВ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ухтинский государственный технический университет»

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ КАЧЕСТВА ПОСЕВА ДВУХУРОВНЕВЫМ ВЫСЕВАЮЩИМ УСТРОЙСТВОМ

На основе анализа существующих и перспективных конструкций сеялок предложено двухуровневое высевающее устройство для посева слабосыпучих и несыпучих семян кормовых культур, приведены результаты расчетов его основных параметров и испытаний в лабораторных и полевых условиях.

Двухуровневое высевающее устройство, сеялка, слабосыпучие, несыпучие семена, кормовые культуры.

On the basis of the analysis of existing and perspective constructions of sowing machines there is proposed a two-level seeding machine for sowing loose and non-loose seeds of feed crops, there are given results of calculation of its basic parameters and trial tests under laboratory and field conditions.

Two-level sowing machine, seeding machine, weakly loose, non-loose seeds, feed crops.

Качество работы высевающего аппа- кормовых культур («колосняк гигантский»,

рата определяется равномерностью дозиро- «житняк», «прутняк») степей, полупустынь

вания высеваемых культур. Оно зависит от и пустынь не обеспечивают требуемых рав-

параметров и физико-механических свойств номерности и общей устойчивости высева,

высеваемого семенного материала. В связи авторами предложено двухуровневое высе-

с тем что выпускаемые высевающие аппа- вающее устройство [1].

раты для слабосыпучих и несыпучих семян Данное высевающее устройство состоит

5' 2014

(эб)