CC BY
12
Особливiстю запропоновано! схеми е використання стшово! опалюваль-но1 панелi, яка розташована в зош перебування свиноматки. У цш cxeMi пропо-нуемо використання конвективно! складово! теплово! енерги вiд шфрачервоного нагрiвача разом з витяжним повпрям, що видаляеться зонтом, i надалi може ви-користовуватися для попереднього на^ву теплоносiя. Комплексне поеднання рiзних систем опалення, дасть змогу тдтримувати необхiдний температурний режим у цеху поросят i свиноматки (рис. 5).
Висновки. Отже, внаслщок огляду та аналiзу систем опалення, якi застосо-вують у цеху поросят i свиноматки, запропоновано схему системи опалення, еле-менти яко! здшснюють локальний обiгрiв мiсць перебування поросят i свиноматки.
Лггература
1. Мурусидзе Д.Н. Установки для создания микроклимата на животноводческих фермах / Д.Н. Мурусидзе. - М. : Изд-во "Терек", 1979. - 69 с.
2. [Електронний ресурс]. - Доступний з http://www.kelz.chat.ru.
3. Макаруха О.1. Енергоощадш технологи в опалювальних системах сшьськогосподар-ських комплекав / О.1. Макаруха, Н.А. Сподинюк, В.М. Желих // Науковий вюник НЛТУ Ук-ра!ни : зб. наук.-техн. праць. - Льв1в : РВВ НЛТУ Укра!ни. - 2007. - Вип. 17.8. - С. 103-106.
Дзэрын О.1. Повышение эффективности отапливаемых систем свиноферм
Рассмотрены системы отопления, которые поддерживают необходимый тепловой режим свиноферм, а в частности в цехе поросят и свиноматки. Учтя ряд недостатков, предложено систему отопления, в которой за счет сочетания разных элементов систем отопления, которые обеспечивают локальный обогрев, повышается ее эффективность.
Ключевые слова: тепловой режим, локальный обогрев.
Dzeryn O.I. Increase of efficiency of the heating systems of pig-breeding farm
Considered systems of heating, which support the necessary thermal mode of pig-farms, and in particular in the workshop of piglings and sow. Taking into account the row of failings the system of heating, in which due to combinations of different elements of the systems of heating, which provide the local heating, is offered, its efficiency rises.
Keywords: thermal mode, local heating._
1 2
УДК 674:621.928.93 Викл. Л.М. Дорундяк ; доц. Л.О. Тисовський ,
канд. техн. наук; викл. А.В. Ляшеник1, канд. техн. наук;
ст. викл. Ю.Р. Дадак2, канд. техн. наук
ПРО ДЕЯК1 МАТЕМАТИЧН1 П1ДХОДИ ДО МОДЕЛЮВАННЯ РУХУ ПОВ1ТРЯНИХ ПОТОК1В У ЦИКЛОН1
Зроблено огляд вщомих теорш та пiдходiв до моделювання руху пов^яних по-тоюв у циклонах та проаналiзовано !х вади. Сформульовано вимоги до програмного забезпечення моделювання роботи циклона та окреслено межi його застосування.
Циклони, як пристро! для очищення запиленого потоку повпря, тради-цшно застосовували на промислових тдприемствах деревообробно! галуз^ Дос !х використовували як самостшш повпроочищувальш пристро!. З шдвищенням
1 Коломийський полтгехшчний коледж
2 НЛТУ Укра!ни, м. Льв1в
еколопчних вимог до промислових викид1в п1сля циклошв почали влаштовувати другу стутнь очищення. Останшми роками для очищення асшрацшного пов1тря значного поширення набули фшьтрувальш станци. Проте штерес до вивчення та моделювання роботи циклона не знизився з таких причин:
1. При зовтшнш простот! конструкци у циклот вщбуваються складт аеро-динам1чт процеси, змоделювати як повною м1рою дос не вдавалося.
2. Можливост використання циклотв на тдприемствах деревообробно! га-луз1 не вичерпат. Таю !х переваги, як простота обслуговування, здаттсть працювати за високих концентрацш пилу, невелик розм1ри, постшний пдравл1чний отр забезпечують постшний попит на циклони.
3. На тдприемствах металургп, енергетики, х1м1чно! та буд1вельно! промис-ловост циклони е незамшними.
Внаслщок вщсутносп чггко! математично! модел1, яка б враховувала конструктивы параметри циклона та характеристики пов1тряного потоку на вхо-д1 у апарат, виникла велика юльюсть р1зномаштних конструкцш, ефектившсть яких е сумшвною. Вщсутшсть стандартних методик випробування циклошв, особливо для умов деревообробно! галуз1, та методав розрахунку !х ефектившсть залежно вщ дисперсного складу пилу, параметр1в повггряного потоку на вход в апарат та шших техшчних { технолопчних параметр1в, сприяе поширенню та застосуванню не найкращих конструкцш апарапв. Тому створення математично! модел1 процесу очищення пов1тряного потоку у циклош залишаеться актуальною задачею, що мае як теоретичне, так { практичне значення.
У цш робот зроблено спробу проанашзувати вщом1 теори процес1в знепи-лення в циклонах та вибрати напрям розроблення власно! модель З моменту ви-найдення циклошв погляди на процес уловлення пилу постшно зазнавали змш. Базовою сепарацшною зоною циклона вважали то цишндричну, то кошчну його частини. Основними теор1ями процесу були гравггацшна, в1дцентрова, моделювання на основ! р1внянь пдрогазодинам1ки. Коротко розглянемо суть цих теорш.
Грав1тацшна теор1я циклонного процесу [1]. Припускаеться, що незалеж-но вщ ефективност сепарацшного процесу, всередиш апарату {, зокрема в його висхщному потощ, розм1р частинок, як можуть бути винесеш з циклону, визна-чаеться швидюстю газ1в, як виходять через вихлопну трубу. Границю випадання аерозольних частин з потоку за такого представлення визначають р1вшстю сили тяжшня захоплюючш сит потоку, тобто р1внютю
4
= 3ПГ ъуа^ (1)
де wz - осьова швидюсть потоку у вихлопнш трубц уа - об'емна маса частин-ки; ¡и - динам1чний коефщент в'язкостц г - рад1ус частинки.
Звщси швидюсть, за яко! частинки заданого розм1ру г залишаються нева-гомими у висх1дному осьовому потощ, дор1внюе
2 г 2
=
z п /а,
9 и
Вщповщно рад1ус цих частинок дор1внюе
У а, (2)
г = 2,12 wz Л . (3)
V У а
Тобто вважалося, що частинки пилу, радiус яких бiльший за той, що виз-начаеться спiввiдношенням (3), вловлювалися циклоном.
Насправдi гравiтацiйне осiдання частинок Í3 висхiдного потоку мае тальки другорядне значення. Це легко доводиться тим, що циклонна сепарацiя проходить не тшьки у вертикальному, а i у горизонтально розташованому апарат^ Мае розбiжнiсть з практикою висновок, який випливае з рiвняння (3), що зi зменшен-ням швидкост у вихлопнiй трубi ефективнiсть сепараци повинна зростати. У гравiтацiйнiй теори не враховуеться змiна швидкостi по перерiзу вихлопно! труби. Насправдi висхiдний потiк - це ядро вихору, в якому швидкiсть спадае в нап-рямi вiд перифери до центру; на осi вихору швидюсть дорiвнюе нулю.
Вiдцентрова теорiя [4-5]. Одне з перших експериментальних дослiджень газiв в циклонних апаратах здшснили П.М. Смухiн i П. А. Коузов. Спостережен-ня проводилися на циклонах з глибоко опущеними вихлопними трубами. На ос-новi експериментальних випробувань було запропоновано теорда циклонно! сепараци - досвiд аналгтичного опису закономiрностей шерцшно! сепараци.
Припускалося, що сила шерци частинки дорiвнюе вiдцентровiй силi, яка бере участь в обертальному русi потоку. Крiм того, вважалося, що швидкiсть частинки вiдрiзняеться вiд швидкостi газу тшьки наявшстю радiально! складово!. Тангенцiальна швидюсть руху частинки в кожний момент дорiвнюе швидкостi руху газу в данш точцi.
Оскiльки вiдцентрова сила спрямована по радiусу обертання, то iз вказа-них умов випливае рiвнiсть
wv2 ...
6n/dwc = т—, (4)
де: wc - радiальна складова швидкостi частинки, тобто швидюсть сепараци; R - радiус потоку; т - маса частинки; w4 - тангенщальна складова швидкост частинки. Швидкiсть сепараци визначають залежнiстю:
wc = — = то2 R, (5)
dt W
де o = — - кутова швидюсть обертання потоку.
R
У загальному випадку швидкiсть обертання окремих шарiв потоку е змш-ною величиною, причому величиною спадною в напрямку вiд центру до перифери. Як зазначалося вище, винятком е рух газу в циклонах з вщносно великою глибиною занурення вихлопно!' труби, в яких o = const.. Для цього випадку з рiв-няння (5) можна отримати
1 , R2
—rln—
то Ri
Якщо у виразi (6) R1 - радiус вихлопно!' труби циклона, а R2 - радiус зов-нiшнього цилiндра циклона, то t - це час, за який частинка, що потрапила в апа-рат за найбiльш несприятливих умов, пройде шлях до стшки зовшшнього цилш-дра. Час перебування частинки у висхщному потоцi можна визначити також за наближеною формулою [4]
t = -ijln^2. (6)
t = ^nRcpn = (7)
w а
де: Rcp = Rl - середнiй радiус потоку, n - кiлькiсть o6epTiB потоку в цилш-
дричн1и частин1 циклону.
Остання величина важко тддаеться визначенню. Потж газу, що потрап-ляе в циклон, розширюеться, а по м1р1 свого обертального руху розмиваеться вторинними потоками. Здебшьшого для циклошв з видовженими вихлопними трубами наявшсть вторинних потоюв не вносить ютотних змш у ф1зичну модель явища, яке приИняте в основу методу розрахунку сепараци в цилшдричнш частит циклона.
У циклонах П.М. Смухша 1 П.А. Коузова глибоко опущена вихлопна труба пом'якшуе вплив рад1ального стоку маИже на всш висот цишндрично! части-ни, створюючи сприятлив1 умови для видшення аерозольних частин до зов-тшньо! стшки циклона. Сепаращя пилу в криволшшних потоках. ЗначниИ крок до розумшня процес1в циклонування зробив О.1. Шрумов [1]. Диференщальне р1вняння руху частинки пилу в криволшшному потощ у векторнш форм1 було записано так:
Щ- Т-V) = --4, (8)
ш т т
де: Ж - середня швидюсть потоку, V - абсолютна швидюсть прямолшшного руху частинки вщносно нерухомо! системи координат, Vc - вщносна швидюсть руху частинки, т - величина, яка мае розм1ршсть часу 1 називаеться часом релаксаци частинки.
т Ш2 . (9)
т=-=-р; (9)
ЗпцШ 18 ц
де: т - маса частинки; ^ - динам1чна в'язюсть пов1тря; Ш - д1аметр частинки пилу; р - густина матер1алу частинки.
Якщо врахувати, що переносниИ рух частинки пилу е обертальним, то, в1дповщно до теореми Кореолюа про абсолютне прискорення точки при складному рус1, р1вняння (8) було представлено таким чином:
— + р х (р х Я) + (—х Я) + 2(р X Ус) = -Ъп)лШус . (10)
ш ш
Пюля проектування р1вняння (10) на ос декартово! системи координат, переходу до полярних координат та здшснення перетворень одержали р1вняння руху частинок в криволшшному канал1 на початковому етат, тобто
Ш (Я2 , 1 Я2 = к
dt
dt
+ л ="•' (ll)
т dt т
де к - деяка постшна величина, що визначаеться об'емними витратами потоку пов1тря та геометричними розм1рами поперечного перер1зу криволшшного каналу. За межами початкового етапу, тобто коли час перебування частинки у циклош е бшьшим за час релаксаци частинки, р1вняння (11) набувае вигляду
d2R 1 dR к2 л
—2 +----7 = 0.
dt2 т dt R3
(12)
Внаслiдок розв'язання цих рiвнянь можна отримати траекторп руху час-тинок пилу в циклош.
Спiльними вадами описаних вище теорш е:
1. Не враховують конструктивних особливостей циклона;
2. Дослщжують рух частинки тшьки у цил1ндричн1й частит циклона, або у вихлопнш трубц
3. Результати обчислення д1аметра найменших частинок пилу, як будуть уловлет в циклот, вщповщно до описаних теорш, е завищеними;
4. Розглядають рух виключно окремо! частинки пилу i нехтують взаемод1ею частинок мiж собою та зi стiнкою апарата.
Використання пакетов прикладних програм, що грунтуеться на загальних рiвняннях мехашки суцiльного середовища [6]. Найповнiше аеродинамiчнi про-цеси, що вiдбуваються у сепараторах, можна описати за допомогою диференць альних рiвнянь у частинних похiдних, що представляють собою ii чи iншi моделi механiки рщин i газiв. Проте варто зазначити, що розв'язок таких задач для цик-лонiв, враховуючи !х складшсть, можна отримати лише числовим шляхом (метод сюнчених елементiв, рiзницевi методи, метод граничних iнтегральних рiв-нянь i т.д.)
Останнiми роками, у зв'язку з потужним розвитком комп'ютерно! технiки та програмного забезпечення, iстотно розширилися можливостi числового аналь зу завдяки CAE (Computer Aided Engineering) технологш, тобто технологiй роз-рахункового аналiзу конструкцiй. У межах САЕ юнуе такий клас програм, як CFD (Computational Fluid Dynamics), що призначеш для комп'ютерного аналiзу потокiв. Сюди можна вiднести таю програми, як CosmosFloWorks, Fluent, Flow-vision та шшь Математичний апарат програми CosmosFloworks представлено в робот [6]. Структуру такого програмного забезпечення зображено на рис. 1.
Рис. 1. Структура CFD-пакета програм
Приклад розрахунку. За допомогою програми CosmosFloworks було змодельовано загальш особливост аеродинам^ руху повгтряних потокiв (рис. 2) у циклон ЦН-15, розподши статичних тисюв, складових швидкостi пото-
ку повггря, побудовано аеродинам1чш характеристики апарата (рис. 3). Обчис-лення виконували за таких значень параметр1в циклона { ф1зико-мехашчних властивостеИ потоку запиленого повггря. Вважали, що в початковиИ момент часу швидкост обох фаз е однаковими.
Рис. 2. Траекторируху пилоповгтряноХ сулшш
Граничш умови визначали формою та конструктивними розм1рами циклона { для ще! задач1 мали вигляд:
швидк1сть пов1тря на нерухомих твердих поверхнях циклона дор1внюе нулю; вважаемо ввдомою швидшсть набпаючого пилоповгтряного потоку на вход1 в циклон в будь-якиИ момент часу;
ввдомиИ розподш температур на поверхт циклона в початковиИ момент часу; м1ж твердими частинками та поверхнею циклона шнуе щеальниИ удар.
Було виконано числовиИ анал1з розв'язку задачу результати якого наведено на рис. 2, 3. Обчислення здшснювали за таких значень параметр1в: густина повпря р(1) = 1,3 кг/м3, густина твердо! частинки р(2) = 720 кг/м3, початкова швидюсть и0 = 20 м/с, температура Т0 = 20 °С, статичниИ тиск на виход з вих-лопно! труби циклона дор1внюе атмосферному.
Рис. 3 вказуе на добриИ збш результапв, отриманих експериментальним \ числовим шляхом, що св1дчить про правильшсть вибору математично! модел1 пилоповпряно! сумш1 (в'язкиИ газ) \ вказуе на перспектившсть виконання числового анал1зу.
Застосування СДБ-технологш та СББ-програм можуть значно скоротити час проектування та дослщження нових конструкцш апарапв, вщкинути на етат проектування заздалепдь невдал1 конструкци. Проте вадами пакет1в програмно-го забезпечення прикладно! пдрогазодинам1ки е:
1. Використання, здебшьшого, k-e моделi турбуленцii на адресу яко! остан-
нiм часом звучить безлiч критичних зауважень.
2. Утверсальтсть програмного забезпечення призводить до того, що особ-
ливостi роботи циклона розглядаються неповною мiрою.
Тому, на нашу думку, доцшьно створити власний пакет прикладних програм, який врахував би специфiку геометрй та фiзичних процесiв, що вщбувають-ся саме у циклонах та аналопчних апаратах. Теоретичнi основи для створення такого програмного забезпечення закладено в монографii [3].
Л1тература
1. Пирумов А.И. Аэродинамические основы инерционной сепарации / под ред. Н.Я. Фабриканта. - М. : Госстройиздат, 1961. - С. 13-19.
2. Тисовский Л.О. Математическое моделирование аеродинамических процессов в циклоне / Л.О. Тисовский, Л.М. Дорундяк, А.В. Ляшеник, Ю.Р. Дадак // Новейшие достижения в области импортозамещения в химической промышленности и производстве строительных материалов и перспективы их развития : матер. Междунар. научн.-техн. конф. - В 2-х ч. - Минск, 25-27 ноября 2009 г. - МН БГТУ, 2009. - Ч. 2. - С. 177-182.
3. Лютий С.М. Циклони в деревообробшй промисловосп : монограф1я / Лютий С.М., Тисовський Ю.Р., Дадак Ю.Р., Ляшеник А.В. - Льв1в : Вид-во "Украшський паачник", 2009. -148 с.
4. Алиев Г.М. Техника пылеулавливания и очистки промышленых газов / Г.М. Алиев. -М. : Изд-во "Металургия", 1986. - 63 с.
5. Степанов Г.Ю. Инерционные воздухоочистители / Г.Ю. Степанов, И.М. Зицер. - М. : Изд-во "Машиностроение", 1988. - 96 с.
6. SolidWorks. Компьютерное моделирование в современной практике / Алямов-ский А. А., Собачкин А. А., Одинцов Е.В. и др. - СПб. : БХВ-Петербург, 2005. - 800 с.
Дорундяк Л.М., Тисовский Л.О., Ляшенык А.В., Дадак Ю.Р. О некоторых математических подходах к моделированию движения воздушных потоков в циклоне
Сделан обзор известных теорий и подходов к моделированию движения воздушных потоков в циклонах и проанализированы их изъяны. Сформулированы требования к программному обеспечению моделирования работы циклона и очерчены пределы его применения.
Dorundyak L.M., Tysivskyj L.O., Lyashenyk A.V., Dadak Yu.R. Some methods of mathematical modeling air flow in cyclone
A review of known theories and approaches to modeling air flow in cyclones and analyzes their shortcomings. The requirements for the software simulation of the cyclone and outlined its scope.
УДК 674.8*674-423 Acnip. Л.1. Коваль1 - НЛТУ Украти, м. Льв^в
В1ДХОДИ В1Д РОЗКРОЮ MDF - СИРОВИНА ДЛЯ ВИГОТОВЛЕННЯ ПОГОНАЖНИХ ЕЛЕМЕНТ1В
Наведено обсяги споживання, iMnopTy та експорту MDF в Укршш та деяких кра-1нах Свропи, розроблено та подано класифшащю вiдходiв, що утворюються у процес розкрою MDF, проаналiзовано типовi карти розкрою MDF для виготовлення дверних накладок (полотен), i на пiдставi цього аналiзy визначено залежшсть використання за-лишюв розкрою вщ ширини профшю.
1 Наук. кер1вник: доц. С.В. Гайда, канд. техн. наук - НЛТУ Украши, м. Льв1в
