Рибачов С. Г. Енергоефективне повітряно-струминне екранування крупногабаритних промислових ванн

Актуальність теми. Використання систем місцевої витяжної вентиляції продовжує залишатися найбільш надійним способом уловлювання забруднюючих речовин в технологічних процесах різних галузей промисловості України. Головною метою застосування систем місцевої витяжної вентиляції є ефективне уловлювання забруднюючих речовин в місцях їх утворення. Ефективність роботи місцевих відсмоктувачів та зменшення навантаження загальнообмінної вентиляції можна досягти за рахунок використання повітряних екранів. Найчастіше застосовують активовані бортові відсмоктувачі які працюють по схемі «струмина-відсмоктувач», що конструктивно розташовані на одній осі припливного насадку і щілинного стоку. За таким принципом роботи різноманітні активовані відсмоктувачі потребують повітрообмін у великих об’ємах із значними витратами енергоресурсів і при цьому з недостатньо високими санітарно-гігієнічними показниками. З метою збільшення ефективності роботи системи місцевої вентиляції, особливо для ємностей зі значними відкритими поверхнями, потрібні принципово нові аеродинамічні схеми, особливість яких полягає у формуванні динамічних екранів з припливно-обертовими потоками. Течії, які формуються поблизу всмоктуючих щілинних отворів відносяться до типу потенційних течій ідеальної рідини. Ідеальність порушується поблизу твердих поверхонь, де формується пограничний шар, в якому з’являються сили густини. В місцях з кривизною ліній стоку утворюються вихрові циркуляційні зони, ліквідація яких допомагає позбутися виносу забруднюючих речовин в середовище приміщення. Найбільш розповсюдженими конструкціями малогабаритних ванн для вловлювання газових і теплових потоків є місцеві відсмоктувачі відкритого типу, переважно у вигляді панелей бортових, кільцевих та однобортовими повітряно-струминними огородженнями. Серед варіантів активованих відсмоктувачів найчастіше зустрічаються схеми з розташуванням на одній осі припливного насадка і щілинного стоку над дзеркалом рідини. Промислові ванни, що використовуються для обробки великогабаритних виробів з розмірами більше 3 м, традиційні способи і конструктивні рішення для видалення шкідливостей є недостатньо ефективними. Мета дослідження полягає в науковому обґрунтуванні удосконалення і розвитку теорії взаємодії плоского припливно-струминних та обертових повітряних потоків з метою підвищення ефективності локалізації шкідливих виділень від промислових ванн із застосуванням нових рішень динамічних повітряно-струминних огороджень. Завдання дослідження: – проаналізувати існуючі системи повітряно-струминних течій бортових відсмоктувачів, їх конструктивні рішення та методи досліджень турбулентного переносу імпульсу, енергії і речовин активованих відсмоктувачів; – розробити напрямок збільшення ефективності роботи системи місцевої вентиляції для промислових ємностей зі значними поверхнями випаровування; – узагальнити і поглибити теорію аеродинамічних і теплообмінних процесів на фізико-математичній моделі з дворівневим повітряно-струминним екрануванням; – виконати експериментальні дослідження на моделі промислової ванни з повітряно-струминним екрануванням для визначення закономірностей найбільш ефективного вловлювання шкідливостей дворівневою припливно-витяжною системою; – розробити нову енергоефективну конструкцію для локалізації шкідливих речовин від промислових ванн різного призначення; – розробити інженерну методику розрахунку дворівневої повітряно-струминної течії для відкритої поверхні промислових ємностей. Об’єкт дослідження – місцева система вентиляції з дворівневим повітряно-струменевим екраном промислової ванни. Предмет дослідження – процеси руху повітряно-струминних потоків для локалізації шкідливих речовин від відкритих поверхонь промислових ванн. Методи дослідження. У роботі використано фізико-математичні методи досліджень; методи математичної статистики та обчислювальної математики; методи математичного моделювання та комп’ютерного дослідження; експериментальні дослідження в лабораторних умовах локалізації шкідливих парів від промислових ванн. Наукова новизна одержаних результатів: Вперше: – обґрунтовано ефективність динамічного взаємозв’язку припливно-струминної течії з обертовим потоком, фізичні особливості якого визначають розвиток теоретичних і експериментальних досліджень в напрямку, що забезпечать максимально-можливе вловлювання шкідливих речовин при мінімальній витраті енергоємності; – отримано характеристики дворівневого повітряно-струминного екрану, що підтверджують адекватність розробленої фізико-математичної моделі; – уточнено математичні та геометричні характеристики дворівневої моделі повітряно-струминного екранування зі співвідношеннями припливного повітря та обертового потоку, що відсмоктується, для найбільш ефективного вловлювання шкідливостей. Набуло подальшого розвитку: наукове обґрунтування та поглиблення методики фізико-математичного моделювання повітряного екрану, в якій розглядаються співвісні зустрічні струмини з ежекційним підживленням у сполученні з обертовими потоками.