Научная статья на тему 'ВЫЯВЛЕНИЕ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА РАВНОМЕРНОСТЬ ВСАСЫВАНИЯ АСПИРАЦИОННЫМИ ВОРОНКАМИ'

ВЫЯВЛЕНИЕ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА РАВНОМЕРНОСТЬ ВСАСЫВАНИЯ АСПИРАЦИОННЫМИ ВОРОНКАМИ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
71
11
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
АСПИРАЦИЯ / АСПИРАЦИОННЫЙ ПАТРУБОК / ПЫЛЕУДАЛЕНИЕ / ЛОКАЛИЗАЦИЯ ПЫЛЕВЫДЕЛЕНИЙ / РАВНОМЕРНЫЙ ПОТОК

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Гольцов А. Б.

Эффективная локализация источников пылевыделения возможна за счет использования комплекса обеспыливающей вентиляции, включающего в себя аспирацию, общеобменную вентиляцию и средства борьбы со вторичным пылеобразованием. Системы аспирации обеспечивают удаление запыленного воздуха с последующей его очисткой и утилизацию уловленной пыли. Создание разряжения в укрытиях технологического оборудования способствует не выбиванию пыли в воздух рабочей зоны. Системы аспирации включают в себя различные функциональные элементы: вентиляторы, пылеуловители, воздуховоды, аспирационные укрытия и воронки (патрубки). Ключевыми факторами, влияющими на энергетические затраты системами аспирации, являются объемы и характеристики обрабатываемого воздуха, аэродинамическое сопротивление и коэффициент полезного действия применяемого оборудования. Данная статья посвящена выявлению факторов, влияющих на равномерность удаления воздуха из укрытий аспирационными патрубками и путей их совершенствования с использованием методов численного CFD-моделирования. Понимание факторов, оказывающих влияние на равномерность удаления запыленного воздуха из укрытий, позволит оценить степень неравномерности всасывания, выделить критерии её оценки, предложить технические решения, способствующие выравниванию потоков применительно к аспирационным системам, показать эффективность применения методов численного CFD-моделирования путем сравнения со справочными и экспериментальными данными.

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.

IDENTIFICATION OF FACTORS AFFECTING THE UNIFORMITY OF SUCTION BY SUCTION FUNNEL

Effective localization of dust sources is possible through the use of a dust-removing ventilation complex, which includes aspiration, general ventilation and secondary dust control. Aspiration systems ensure the removal of dusty air with its subsequent purification and utilization of the trapped dust. The creation of vacuum in the shelters of technological equipment helps to prevent dust from being knocked out into the air of the working area. Aspiration systems include various functional elements: fans, dust collectors, air ducts, aspiration shelters and funnels (pipes). The key factors affecting the energy costs of aspiration systems are the volumes and characteristics of the treated air, aerodynamic drag and the efficiency of the equipment used. This article is devoted to identifying factors that affect the uniformity of air removal from shelters by aspiration nozzles and ways to improve them using numerical CFD modeling methods. Understanding the factors that affect the uniformity of the removal of dusty air from shelters will allow us to assess the degree of uneven suction, highlight the criteria for its assessment, propose technical solutions that help equalize flows in relation to aspiration systems, show the effectiveness of numerical CFD modeling methods by comparing with reference and experimental data.

Текст научной работы на тему «ВЫЯВЛЕНИЕ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА РАВНОМЕРНОСТЬ ВСАСЫВАНИЯ АСПИРАЦИОННЫМИ ВОРОНКАМИ»

DOI: 10.34031/2071-7318-2022-8-1-19-31 *Гольцов А.Б.

Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова

*Е-mail: abgolcov@gmail.com

ВЫЯВЛЕНИЕ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА РАВНОМЕРНОСТЬ ВСАСЫВАНИЯ

АСПИРАЦИОННЫМИ ВОРОНКАМИ

Аннотация. Эффективная локализация источников пылевыделения возможна за счет использования комплекса обеспыливающей вентиляции, включающего в себя аспирацию, общеобменную вентиляцию и средства борьбы со вторичным пылеобразованием. Системы аспирации обеспечивают удаление запыленного воздуха с последующей его очисткой и утилизацию уловленной пыли. Создание разряжения в укрытиях технологического оборудования способствует не выбиванию пыли в воздух рабочей зоны.

Системы аспирации включают в себя различные функциональные элементы: вентиляторы, пылеуловители, воздуховоды, аспирационные укрытия и воронки (патрубки). Ключевыми факторами, влияющими на энергетические затраты системами аспирации, являются объемы и характеристики обрабатываемого воздуха, аэродинамическое сопротивление и коэффициент полезного действия применяемого оборудования.

Данная статья посвящена выявлению факторов, влияющих на равномерность удаления воздуха из укрытий аспирационными патрубками и путей их совершенствования с использованием методов численного CFD-моделирования. Понимание факторов, оказывающих влияние на равномерность удаления запыленного воздуха из укрытий, позволит оценить степень неравномерности всасывания, выделить критерии её оценки, предложить технические решения, способствующие выравниванию потоков применительно к аспирационным системам, показать эффективность применения методов численного CFD-моделирования путем сравнения со справочными и экспериментальными данными.

Ключевые слова: аспирация, аспирационный патрубок, пылеудаление, локализация пылевыделе-ний, равномерный поток.

Введение. Рабочие элементы систем аспирации для эффективной работы должны располагаться равномерно по сечению рабочей зоны. Данные элементы систем аспирации такие как укрытия, воздуховоды, вентиляторы соединяются между собой при помощи конфузоров и диффузоров и других элементов. В большинстве случаев площади сечений на входе или выходе рабочего потока значительно отличаются, в результате чего воздушный поток не заполняет всего сечения и поступает к рабочим элементам узкой струей, соответственно скорость в одном месте значительно больше, а в другом значительно меньше расчетной или близка к нулю. Очевидно, что неравномерное распределение рабочих потоков по сечению ухудшает технологические характеристики в сравнении с равномерным движением потока или приводит к увеличению размера аппарата.

Вопросу формирования равномерного распределения потоков вытяжного и приточного воздуха посвящено множество исследований [111] данные решения широко применяются в воздуховодах равномерной подачи всасывания. Применение данных принципов в аспирацион-ных отсосах, вытяжных зонтах и укрытиях целесообразно и имеет широкое поле для исследований и внедрения. Данные решения могут мини-

мальными ресурсами обеспечить высокую эффективность и устранить недостаток неэффективных конструктивных решений. Целью работы является выявление факторов, оказывающих влияние на равномерность всасывания аспирацион-ными патрубками, подключающими воздуховоды к аспирационным укрытиям технологического оборудования с использованием методов CFD-моделирования, а также сопоставление полученных результатов со справочными данными и выработки путей совершенствования способствующих выравниванию воздушных потоков.

Аспирационные воронки в большинстве случаев представляют из себя конфузор, переход с большего сечения на меньшее в котором динамическое давление возрастает, а статическое уменьшается. Если конфузор имеет небольшой угол раскрытия, то вихреобразование обычно не происходит или оно незначительное, и потери давления в основном связаны с возрастанием скорости, при больших значениях угла раскрытия образуются застойные зоны с вихрями. А также спектр всасывающего факела охватывает не всю область всасывания и здесь формируется неравномерный поток, в этом случае отношение (Vmax/Vav) максимальной скорости к средней в плоскости всасывания возрастает.

Целью статьи является выявление факторов, влияющих на равномерность всасывания аспира-ционными воронками и разработка конструктивных предложений их совершенствования с использованием методов численного CFD-модели-рования.

Материалы и методы. Исследования проводились при помощи CFD-моделирования и в ходе лабораторных экспериментов. Использование методов CFD-моделирования позволяет повысить скорость, точность и общую эффективность разработки, и совершенствование различных устройств [12-21]. Вычислительный эксперимент осуществлялся в среде Solidworks Flow Simulation. В математической модели заложены уравнения неразрывности, движения, а также с учётом турбулентной энергии и диссипации турбулентности (k-s модель турбулентности, интенсивность 0,1 % и масштаб турбулентности 0,002

0d

а

м). Уравнения решают на неструктурированных адаптированных к телу прямоугольных сетках. Для выполнения вычислительного эксперимента в среде SolidWorks были построены пространственные твердотельные модели аспирационного отсоса (патрубка) и задана расчетная область моделирования воздушных течений. Экспериментальные исследования проводились для валида-ции результатов вычислительного исследования. При валидации проводилось сопоставление полученных значений исследуемых факторов и отклика в ходе вычислительного и лабораторного эксперимента.

В работе произведен анализ влияния различных факторов (угла раскрытия в; соотношения площадей fout/fin; высота воронки h; соотношение сторон, A/B; площади входа fin и выхода fout; скорости Vout) на отношение максимальной скорости в плоскости всасывания к средней Vmax/Vav.

0d

Рис. 1. Общий вид исследуемой аспирационной воронки. Граничные условия исследуемой модели

Факторы варьировались в следующем диапазоне: d=0,1; 0,2; 0,355м; Уо^=1; 8; 12 м/с; А=0,1; 0,5; 1 м; h=0,1; 0,2; 0,3; 0,4 м. Все остальные факторы рассчитывались исходя из расчетных соотношений.

В качестве граничных условий принята скорость всасывания Уош в плоскости вытяжного

воздуховода, давление окружающей среды при стандартных условиях в плоскости всасывания и различные конструкции вытяжного зонта.

Для подтверждения проведённых численных исследований и валидации численных моде-

лей были проведены сравнения численного расчета и эксперимента для нескольких конструкций аспирационных отсосов (патрубках).

Экспериментальное исследование проводилось на специально разработанном лабораторном стенде (рис. 2), близком по характеристикам к промышленным вытяжным устройствам систем местной вытяжной вентиляции. Лабораторная установка состоит из вентилятора 1, воздуховода 2, к которому присоединяется исследуемая аспи-рационная воронка 4, установленная на укрытии 9.

Натурный эксперимент проводился в соответствии с ГОСТ 12.3.018-79 «Системы вентиляционные. Методы аэродинамических испытаний» после наступления стационарного режима работы вентилятора, при этом измерялись следующие параметры:

1. Параметры микроклимата (барометрическое давление, температура).

2. Динамическое давление потока воздуха в четырех точках плоскости измерений.

3. Скорость воздуха в плоскости всасывания аспирационной воронки.

Барометрическое давление воздуха определялось с помощью барометра - анероида БААН, ГОСТ 6466-53, пределы измерения 0...110 кПа,

погрешность измерения ± 60 Па. Температура воздуха измерялась сухим термометром аспира-ционного психрометра типа МВ - 4М ГОСТ 6468-58, пределы измерения 0...70 °С с точностью до 0,2 °С. Скорость воздуха в воздуховоде определялась с помощью пневмометриче-ской трубки Пито-Прандтля (тарировочный коэффициент трубки k = 1) путем измерения перепада давления. Перепад давления измерялся дифференциальным микроманометром Testo 510, погрешность ±0,03 гПа (0...0,30 гПа). Скорость и температура воздуха в плоскости всасывания ас-пирационной воронкой выполнена с помощью термоанемометра Testo 425, диапазон измерения скорости 0...+20 м/с, погрешность ±(0,03 м/с + 5 % от изм. знач.) и температуры -20 ... +70 °С, погрешность ±0,5 °C (0...+60 °C).

Измерения скорости в плоскости всасывания аспирационной воронки проводились при барометрическом давлении 98 600 Па и температуре воздуха 23,5 °С. Плотность воздуха определялась из формулы р = 1.293 273/(273+t) кг/м3.

Схема и фото экспериментальной установки для валидации проведенных исследований представлены на рис. 2.

Рис. 2. Общий вид экспериментальной установки по исследованию работы вытяжного зонта равномерного

всасывания: 1 - вентилятор; 2 - воздуховод аспирационной системы; 3 - дифманометр TESTO 510; 4 - исследуемая аспирационная воронка; 5 - термоанемометр TESTO 425; 6 - барометр-анероид БАММ-1; 7 - аспирационный психрометр МВ-4М; 8 - прибор комбинированный TESTO-622 (абсолютное давление,

температура, влажность); 9 - аспирационное укрытие

Основная часть. С уменьшением площади вытяжного воздуховода (fout) по отношению к площади входа в аспирационную воронку (f„) возрастает неравномерность всасывания, но в

значительной степени величина УтахУсы возрастает в сочетании с уменьшением высоты зонта и возрастании угла раскрытия

1,2 1

0,8 0,6 0,4 0,2 0

fout/fin

wv

соо о ООО о

* <> О V Vmax/Vav -О-

0

5

10

15

20

25

Рис. 3. Результаты расчета Утса/Уау в зависимости от соотношения площади выхода к площади входа 2,5 2 1,5 1

0,5

0

h^KB о

осоо

о <»

о о

о в о о Vmax/Vav О

0 5 10 15 20 2

Рис. 4. Результаты расчета Утах/Уау в зависимости от отношения высоты аспирационной воронки к эквивалентному диаметру в плоскости всасывания

Анализ зависимости Утса/Ут относительно всасывания h/dэ показал, что при h/dэ<0,25 соотношения высоты зонта и эквивалентного Утах/Уау возрастает более 5. диаметра аспирационной воронки в плоскости

200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0

Pav

О О О

о Vmax/Vav

0

5

10

15

20

25

Рис. 5. Результаты расчета Утах/Уау в зависимости от среднего значения угла раскрытия зонта

В исследовании рассматривался квадратный (А/В=1) и прямоугольный зонт (А/В<1), был введено понятие среднего угла раскрытия по двум сторонам в^. По результатам проведенных расчетов видно, что с увеличение угла раскрытия возрастает неравномерность всасывания, то есть отношение максимальной к средней скорости в плоскости зонта возрастает до 22, при этом с углом раскрытия в^<60°, Утах/Уау<2,5. Утах/Уау

Угол раскрытия в' исследовался в диапазоне 77°-155°. В данном случае наблюдается возрастание Утак/Уак с увеличением угла раскрытия в', наблюдается логарифмическая зависимость.

Угол раскрытия в исследовался в диапазоне 15о-155о. В данном случае наблюдается возрастание УтахУак с увеличением угла раскрытия в, наблюдается логарифмическая зависимость.

резко возрастает с увеличением угла вау>100° от 4 до 23. Оснащение вытяжных зонтов выравнивающими устройствами исходя из полученных данных целесообразно при угле раскрытия более 60°, а при углах более 100° необходимое условие. В первую очередь данные устройства необходимы для снижения пылеуноса из укрытий технологического оборудования.

1,2 1

0,8 0,6 0,4 0,2 0

A/B AV%AJ4 /V Л о о

0

ООО оо о О

CB3C8DO О О Vmax/Vav

10

15

20

25

0

5

Рис. 8. Результаты расчета Утах/Уап, в зависимости от соотношения сторон вытяжного зонта А/В

Влияние соотношения А/В на величину Утах/Ут незначительно и зависит в большей степени от других факторов, в частности от угла раскрытия. Однако при использовании прямоугольного

снижение неравномерности всасывания Утах/УаV, что объясняется увеличением и снижением среднего угла раскрытия Рак.

отсоса, при снижении A/B<1 наблюдается

1,2 1

0,8 0,6 0,4 0,2 0

fin соооо О о о о

СС8В> ОО о о

О a

DCSDO О У Vmax/Vav

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

10

15

20

25

0

5

Рис. 9. Результаты расчета Утах/У^ в зависимости от площади входа в аспирационную воронку

С увеличением площади всасывающей поверхности fin вытяжного зонта происходит повышение неравномерности всасывания Vmax/Vav, по-

ток воздуха движется преимущественно в области всасывающего патрубка охватывая меньшую площадь вытяжной воронки, в следствие чего

возрастает максимальная скорость V

Рис. 10. Результаты расчета Утах/Ут в зависимости от площади выхода (вытяжного воздуховода)

Возрастание площади вытяжного воздуховода, присоединительного патрубка, приводит к снижению Vmax/Vav, воздух начинает двигаться более равномерно в плоскости всасывания. Стоит отметить, что на спектр всасывания и как следствие на неравномерность всасывания окажет значительное влияние способ подключения зонта, особенности технологического процесса, конструктивные особенности укрытия. Но в целом исследуемые конструктивно-режимные характеристики вытяжного зонта отражают влияние основных факторов на равномерность всасывания.

Возрастание высоты зонта способствует выравниванию потока воздуха в плоскости всасывания и снижению Vmax/Vav, что связано со снижением угла раскрытия вытяжного зонта. В ходе исследования изменялась скорость всасывания в вытяжном патрубке (воздуховоде) от 1 до 12 м/с, как и ожидалось скорость, а значит и расход воздуха не влияет на неравномерность всасывание в исследуемом диапазоне, для всех характерных случаев наблюдается одинаковые значения

Vmax/Vav.

0,45 -

0,4 0 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0

0 5 10 15 20 25

Vmax/Vav

Рис. 11. Результаты расчета Vmax/Vav в зависимости от высоты вытяжного зонта

Ряд результатов проведенных вычислительных экспериментов представлен на рис. 12-19.

Здесь можно увидеть картины поверхностей распределения скоростей в плоскости всасывания аспирационной воронки.

Рис. 12. Общий вид исследуемой конструкции аспирационной воронки и результаты построения профиля скоростей в плоскости всасывания при следующих факторах: d=0,1м; Vout=12м/с; A=1 м; h=0,1 м.

Отклик: Vmax/Vav=22,06; Vmax=2,45 м/с

Рис. 13. Общий вид исследуемой конструкции аспирационной воронки и результаты построения профиля скоростей в плоскости всасывания при следующих факторах: d=0,1м; Уо„г=12м/с; А=0,5м; h=0,1 м.

Отклик: Уmax/Уav=12,38; Утах=2,57 м/с

Рис. 14. Общий вид исследуемой конструкции аспирационной воронки и результаты построения профиля скоростей в плоскости всасывания при следующих факторах: d=0,2м; Уо„г=12м/с; А=1 м; h=0,3м.

Отклик: Уmax/Уav=3,93; Утах=1,5 м/с

Рис. 15. Общий вид исследуемой конструкции аспирационной воронки и результаты построения профиля скоростей в плоскости всасывания при следующих факторах: d=0,355м; Уо„г=8м/с; А=1 м; h=0,3 м.

Отклик: Утах/Уау=3,93; Утах=6,28 м/с

Рис. 16. Общий вид исследуемой конструкции аспирационной воронки и результаты построения профиля скоростей в плоскости всасывания при следующих факторах: d=0,2 м; Vout=8 м/с; A=0,5 м; h=0,4 м.

Отклик: Vmax/Vav=1,98; Vmax = 1 м/с

Рис. 17. Общий вид исследуемой конструкции аспирационной воронки и результаты построения профиля скоростей в плоскости всасывания при следующих факторах: d=0,355 м; Vout=8 м/с; A=0,5 м; h=0,4 м.

Отклик: Vmax/Vav=1,72; Vmax=2, 73 м/с

Рис. 18. Общий вид исследуемой конструкции аспирационной воронки и результаты построения профиля скоростей в плоскости всасывания при следующих факторах: d=0,355м; Vout=1 м/с; A=0,1 м; h=0,4м.

Отклик: Vmax/Vav=1,65; Vmax = 1,63 м/с

Рис. 19. Общий вид исследуемой конструкции аспирационной воронки и результаты построения профиля скоростей в плоскости всасывания при следующих факторах: d=0,355м; Уо„г=8м/с; А=1 м; h=0,4м.

Отклик: Утах/Уау=2,36; Утах = 1,87 м/с

Выводы.

1. Основными факторами, оказывающими влияние на неравномерность всасывания, являются углы раскрытия зонта фт в', в) и соотношение площадей fout/fin. Повышение угла раскрытия способствует формированию вихревых зон и неэффективному распределению потока воздуха в аспирационной воронке, что и приводит к повышению скорости в аспирационной воронке и повышенному пылеуносу.

2. При углах раскрытия более 60° целесообразно использовать выравнивающие устройства, способствующие более эффективному распределению воздушного потока в аспирационной воронке путем выравнивания скорости по всему всасывающему сечения.

3. Выравнивание потоков в аспирационной воронке можно добиться за счет изменения площади всасывающего сечения и сохранения разности статических давлений по длине.

Источник финансирования. Грант Президента для научных школ НШ-25.2022.4.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Логачев И.Н., Логачев К.И. Аэродинамические основы аспирации. Санкт-Петербург: изд-во Химиздат, 2005. 659 с.

2. Талиев В.Н. Аэродинамика вентиляции. М.: Стройиздат, 1954. 288 с.

3. Аверкова О.А., Логачев К.И., Уваров В.А. Энергосбережение в системах вытяжной вентиляции // Строительство и техногенная безопасность. 2018. №11 (63). С. 137-145

4. Идельчик И.Е., Штейнберг М.О. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1992. 672 с.

5. Идельчик И.Е. Аэродинамика технологических аппаратов. (Подвод, отвод и распределение потока по сечению аппаратов). М.: Машиностроение, 1983. 351 с.

6. Ходаков И.В. Численное и экспериментальное исследование отрыва потока на входе во всасывающие каналы с механическими экранами // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2016. № 3. С. 6-12.

7. Баландина Л.Я., Шкарпет В.Э. Пути повышения энергоэффективности способов возду-хораспределения // АВОК: Вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха, теплоснабжение и строительная теплофизика. 2012. № 5. С. 10-17.

8. Kosonen R., Мш1акаШо Р. Воздухорас-пределение в школьных классах // АВОК: Вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха, теплоснабжение и строительная теплофизика.

2016. № 1. С. 30-39.

9. Зимин А.В. Системы воздухораспреде-ления камер хранения плодоовощной продукции // Холодильная техника и технология. 2015. Т. 51. № 3. С. 10-13. DOI 10.15673/04538307.3/2015.39271.

10. Казаков Б.П., Шалимов А.В. Сравнительный анализ методов расчета воздухораспре-деления в рудничных вентиляционных сетях // Горное эхо. 2009. № 1(35). С. 17-20.

11. Королева Т.И., Ланкович С.В., Ковалевский П.Е., Яковенко С.А. Исследование способов воздухораспределения текстильными воздуховодами // Архитектурно-строительный комплекс: проблемы, перспективы, инновации: сборник статей международной научной конференции, посвященной 50-летию Полоцкого государственного университета (Новополоцк, 05-06 апреля 2018г.), Новополоцк: Учреждение образования «Полоцкий государственный университет». 2018. С. 328-332.

12. Зиганшин А.М., Бадыкова Л.Н. Численное моделирование течения в профилированном вентиляционном тройнике на слияние // Известия высших учебных заведений. Строительство.

2017. № 6(702). С. 41-48.

13. Balestrin E., Decker R.K., Noriler D., Bastos J.C.S.C., Meier H.F. An Alternative for the Collection of Small Particles in Cyclones: Experimental Analysis and CFD Modeling // Separation and Purification Technology. 2017. Vol. 184. Pp. 54-65. doi: 10.1016/j.seppur.2017.04.023

14. Wang P.F., Gao R.Z., Liu R.H., Yang F.Q. CFD-Based Optimization of the Installation Location of the Wall-Mounted Air Duct in a Fully Mechanized Excavation Face // Process Safety and Environmental Protection. 2020. Vol. 141. Pp. 234-245. doi: 10.1016/j .psep.2020.04.049

15. Ganegama Bogodage S., Leung A.Y.T. CFD simulation of cyclone separators to reduce air pollution // Powder Technology. 2015. (286). Pp. 488-506.

16. Katare P. CFD analysis of cyclone separator used for fine filtration in separation industry // Case Studies in Thermal Engineering. 2021. (28). Pp. 101384.

17. Logachev K.I., Puzanok A.I., Zorya V.U. Numerical study of aerosol dust behaviour in aspiration bunker // Proceedings European Conference on Computational Fluid Dynamics ECCOMAS CFD 2006. Egmond aan Zee. The Netherlands. 2006. 11 p.

18. Нагорная А.Н., Денисюк Е.В. CFD-мо-делирование теплового и воздушного режима кинотеатра // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Строительство и архитектура. 2013. Т. 13. № 2. С. 61-64.

19. Хохуля М.С., Фомин А.В. CFD моделирование разделения минеральных частиц в гидравлическом сепараторе с наклонными пластинами // Труды Кольского научного центра РАН. 2014. № 5(24). С. 239-245.

20. Зубанов В.М., Шаблий Л.М. CFD-моде-лирование процессов в насосе высокого давления окислителя турбонасосного агрегата жидкостного ракетного двигателя // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королёва (национального исследовательского университета). 2014. № 5-1(47). С. 148-153.

21. Арбатский А.А., Глазов В.С. Расчет систем вентиляции производственных и общественных зданий с применением средств CFD-моделирования // Современные задачи инженерных наук: сборник научных трудов VI-ого Международного научно-технического Симпозиума «Современные энерго- и ресурсосберегающие технологии СЭТТ - 2017» (Москва, 11-12 октября 2017 г.). М.: ФГБОУ ВПО МГУДиТ. 2017. С. 176-180.

Информация об авторах

Гольцов Александр Борисович, кандидат технических наук, доцент кафедры теплогазоснабжения и вентиляции. E-mail: abgolcov@gmail.com. Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова. Россия, 308012, Белгород, ул. Костюкова, д. 46.

Поступила 21.10.2022 г. © Гольцов А.Б., 2023

Goltsov A.B.

Belgorod State Technological University named after V. G. Shukhov Е-mail: abgolcov@gmail.com

IDENTIFICATION OF FACTORS AFFECTING THE UNIFORMITY OF SUCTION BY

SUCTION FUNNEL

Abstract. Effective localization of dust sources is possible through the use of a dust-removing ventilation complex, which includes aspiration, general ventilation and secondary dust control. Aspiration systems ensure the removal of dusty air with its subsequent purification and utilization of the trapped dust. The creation of vacuum in the shelters of technological equipment helps to prevent dust from being knocked out into the air of the working area.

Aspiration systems include various functional elements: fans, dust collectors, air ducts, aspiration shelters and funnels (pipes). The key factors affecting the energy costs of aspiration systems are the volumes and characteristics of the treated air, aerodynamic drag and the efficiency of the equipment used.

This article is devoted to identifying factors that affect the uniformity of air removal from shelters by aspiration nozzles and ways to improve them using numerical CFD modeling methods. Understanding the factors that affect the uniformity of the removal of dusty air from shelters will allow us to assess the degree of uneven suction, highlight the criteria for its assessment, propose technical solutions that help equalize flows in relation to aspiration systems, show the effectiveness of numerical CFD modeling methods by comparing with reference and experimental data.

Keywords: aspiration, suction pipe, dust removal, localization of dust emissions, uniform flow.

becmhuk erty um. b.r. fflyxoea

2023, №1

REFERENCES

1. Logachev I.N., Logachev K.I. Aerodynamic fundamentals of aspiration [Ae'rodinamicheskie os-novy' aspiracii]. St. Petersburg: Himizdat, 2005. 659 p. (rus)

2. Taliev V.N. Aerodynamic ventilation [Ae'rodinamika ventilyacii]. M.: Stroyizdat, 1954. 288 p. (rus)

3. Averkova O.A., Logachev K.I., Uvarov V.A. Energy saving in exhaust ventilation systems [E'nergosberezhenie v sistemax vy'tyazhnoj ventilyacii]. Construction and technogenic safety. 2018. No. 11 (63). Pp. 137-145. (rus)

4. Idelchik I.E., Steinberg Ed.M.O. Handbook of hydraulic resistance [Spravochnik po gidravlich-eskim soprotivleniyam]. 3rd ed. Revised. and additional. M.: Engineering. 1992. 672 p. (rus)

5. Idelchik I.E. Aerodynamics of technological apparatuses. (Inlet, outlet and distribution of the flow over the cross section of the devices) [Ae'ro-dinamika texnologicheskix apparatov. (Podvod, ot-vod i raspredelenie potoka po secheniyu apparatov)]. M.: Mashinostroenie. 1983. 351 p. (rus)

6. Khodakov I.V. Numerical and experimental study of flow separation at the inlet to suction channels with mechanical screens [Chislennoe i experimental' noe issledovanie otry' va potoka na vxode vo vsasy'vayushhie kanaly' s mexanicheskimi e'kran-ami]. Bulletin of BSTU named after V.G. Shukhov. 2016. No. 3. Pp. 6-12. (rus)

7. Balandina L.Ya., Shkarpet V.E. Ways to improve the energy efficiency of air distribution methods [Puti povy'sheniya e'nergoe'ffektivnosti sposobov vozduxoraspredeleniya]. ABOK: Ventilation, heating, air conditioning, heat supply and building thermal physics. 2012. No. 5. Pp. 10-17. (rus)

8. Kosonen R. Mustakallio P. Air distribution in school classrooms [Vozduxoraspredelenie v shkol'ny'x klassax]. ABOK: Ventilation, heating, air conditioning, heat supply and building thermal physics. 2016. No. 1. Pp. 30-39. (rus)

9. Zimin A.V. Air distribution systems for fruit and vegetable storage chambers [Sistemy' vozduxo-raspredeleniya kamer xraneniya plodoovoshhnoj produkcii]. Refrigeration equipment and technology. 2015. Vol. 51. No. 3. Pp. 10-13. doi: 10.15673/0453-8307.3/2015.39271. (rus)

10. Kazakov B.P., Shalimov A.V. Comparative analysis of methods for calculating air distribution in mine ventilation networks [Sravnitel'ny'j analiz metodov rascheta vozduxoraspredeleniya v rud-nichny'x ventilyacionny'x setyax]. 2009. No. 1 (35). Pp. 17-20. (rus)

11. Koroleva T.I., Lankovich S.V., Kovalevsky P.E., Yakovenko S.A. Study of air distribution methods by textile air ducts [Issledovanie sposobov vozduxoraspredeleniya tekstil'ny'mi vozduxovo-

dami]. Architectural and building complex: problems, prospects, innovations: collection of articles of the international scientific conference, dedicated to the 50th anniversary of Polotsk State University (Novopolotsk, 05-06 April 2018). Novopolotsk: Educational Establishment "Polotsk State University". 2018. Pp. 328-332. (rus)

12. Ziganshin A.M., Badykova L.N. Numerical simulation of flow in a profiled vent tee for confluence [Chislennoe modelirovanie techeniya v profili-rovannom ventilyacionnom trojnike na sliyanie]. Construction. 2017. No. 6 (702). Pp. 41-48. (rus)

13. Balestrin E., Decker R.K., Noriler D., Bastos J.C.S.C., Meier H.F. An Alternative for the Collection of Small Particles in Cyclones: Experimental Analysis and CFD Modeling. Separation and Purification Technology. 2017. Vol.184. Pp. 54-65. doi: 10.1016/j. seppur.2017.04.023

14. Wang P.F., Gao R.Z., Liu R.H., Yang F.Q. CFD-Based Optimization of the Installation Location of the Wall-Mounted Air Duct in a Fully Mechanized Excavation Face. Process Safety and Environmental Protection. 2020. Vol. 141. Pp. 234-245. doi: 10.1016/j.psep.2020.04.049

15. Ganegama Bogodage S., Leung A.Y.T. CFD simulation of cyclone separators to reduce air pollution. Powder Technology. 2015. 286. Pp. 488506.

16. Katare P. CFD analysis of cyclone separator used for fine filtration in separation industry. Case Studies in Thermal Engineering. 2021. 28. 101384.

17. Logachev K.I., Puzanok A.I., Zorya V.U. Numerical study of aerosol dust behaviour in aspiration bunker. Proceedings European Conference on Computational Fluid Dynamics ECCOMAS CFD 2006. Egmond aan Zee. The Netherlands. 2006. 11 p.

18. Nagornaya A.N., Denisyuk E.V. CFD modeling of the thermal and air regime of a cinema [CFD-modelirovanie teplovogo i vozdushnogo rezhima kinoteatra]. Bulletin of the South Ural State University. Series: Construction and architecture. 2013. Vol. 13. No. 2. Pp. 61-64. (rus)

19. Khokhulya M.S., Fomin A.V. CFD modeling of mineral particle separation in a hydraulic separator with inclined plates [CFD modelirovanie razdeleniya mineral'ny'x chasticz v gidravlich-eskom separatore s naklonny'mi plastinami]. Proceedings of the Kola Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. 2014. No. 5 (24). Pp. 239245. (rus)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

20. Zubanov V.M., Shabliy L.S. CFD-simula-tion of processes in the high-pressure pump of the oxidizer of a turbopump unit of a liquid-propellant rocket engine [CFD-modelirovanie processov v na-sose vy'sokogo davleniya okislitelya turbonasos-nogo agregata zhidkostnogo raketnogo dvigatelya]. Bulletin of the Samara State Aerospace University.

Academician S.P. Korolev (National Research University). 2014. No. 5-1 (47). Pp. 148-153. (rus)

21. Arbatsky A.A., Glazov V.S. Calculation of ventilation systems for industrial and public buildings using CFD-modeling tools [Raschet sistem ven-tilyacii proizvodstvennyx i obshhestvennyx zdanij

s primeneniem sredstv CFD-modelirovaniya]. Modern problems of engineering sciences: collection of scientific papers of the Vl-th International Scientific and Technical Symposium "Modern Energy and Resource Saving Technologies SETT - 2017" (Moscow, October 11-12, 2017). M.: FSBEI HPE MSUD&T. 2017. Pp. 176-180. (rus)

Information about the authors

Goltsov, Alexander B. PhD. E-mail: abgolcov@gmail.com. Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov. Russia, 308012, Belgorod, st. Kostyukova, 46.

Received 21.10.2022 Для цитирования:

Гольцов А.Б. Выявление факторов, влияющих на равномерность всасывания аспирационными воронками // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2023. № 1. С. 19-31. DOI: 10.34031/2071-7318-2022-8-1-19-31

For citation:

Goltsov A.B. Identification of factors affecting the uniformity of suction by suction funnel. Bulletin of BSTU named after V.G. Shukhov. 2023. No. 1. Pp. 19-31. DOI: 10.34031/2071-7318-2022-8-1-19-31

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.