Реферат: Компьютерное моделирование местной вентиляции
Охрана труда и экология
Постановка лабораторной работына компьютере по исследованию местной вентиляции
Цель работы
В работе исследуется зависимостьобъема удаляемого воздуха от количества тепла, выделяемого источником внутривытяжного шкафа. Разрабатывается программа, исследующую модель местнойвентиляции.
Содержание работы
Изучение методических указанийпо обеспечении оптимальных параметров воздушной среды в рабочей зоне.
Разработка программы, исследующеймодель местной вентиляции.
Построение графика зависимостиобъема удаляемого воздуха _от количества выделяющегося от нагретых поверхностейпод воздушным зонтом тепла _.
Построение графика зависимостиобъема удаляемого воздуха _от площади рабочих проемов вытяжного шкафа _.
Построение графика зависимостиобъема удаляемого воздуха _от количества тепла _, выделяемого внутри вытяжногошкафа.
Теоретическая часть
Приступая к проектированиювентиляции, необходимо прежде всего дать характеристику производственногопомещения и проводимых в нем технологических процессов. Следует указать всевиды выделений (влаги, вредных веществ, избытка тепла), характер их воздействийна человека, нормируемые предельно допустимые концентрации вредных веществ ипараметры микроклимата в помещении, где осуществляется производственныйпроцесс.
Влаговыделения
Влага выделяется в результатеиспарения со свободной поверхности воды и влажных поверхностей материалов икожи, в результате дыхания людей, а также химических реакций, работыоборудования и т.д. Количество влаги, выделяемое людьми (см. табл. 1), г/ч,определяется по формуле:
W = n / w,
где n — число людей; w — количество влаги, выделенное одним человеком, г/ч.
Таблица 1. Количество тепла ивлаги, выделяемое человеком.
Характер Выполняемой Работы _
Тепло, Вт _
Влага, г/ч _
полное _
явное _
при 10 (С _
при 35 (С _
при 10 (С _
при 35 (С _
при 10 (С _
при 35 (С _
Умственная _
160 _
93 _
140 _
16 _
30 _
115 _
Легкая _
180 _
145 _
150 _
8 _
40 _
200 _
_
Средняя _
215 _
195 _
165 _
8 _
70 _
280 _
_
Тяжелая _
290 _
290 _
195 _
16 _
135 _
415 _
_
Количество влаги, испаряющейся соткрытой поверхности не кипящей воды, кг/ч, определяется по формуле:
_
где _- коэффициент, зависящий оттемпературы поверхности испарения (табл. 2); _- скорость движения воздуха надповерхностью испарения, м/с.; _, _- давление водяного пара, соответственно, притемпературе поверхности испарения и полном насыщении и в окружающем воздухе,кПа; _- площадь поверхности испарения, _; _- барометрическое давление, кПа.
Для некипящей воды температураповерхности испарения _ находиться из таблицы 3 по средней температуре воды _
Таблица 3. Температураповерхности испарения воды
Количество влаги, испарившейсяпри кипении воды, _, кг/ч, зависит от количества подводимого к воде тепла ивида укрытия воды и может быть определено по формуле:
— опытный коэффициент,учитывающий вид укрытия:
для плотных укрытий без отсосавоздуха — _, при отсосе воздуха — _; _- мощность теплового источникаиспарения, Вт; _- скрытая теплота испарения, кДж/кг.
Ориентировочно интенсивностьиспарения может быть принята равной _ кг в 1 час с 1_ поверхности.
Количество водяных паров,образующихся при химических реакция, в том числе и при горении веществ,определяется по опытным данным. При сжигании 1 кг горючего количествообразовавшейся влаги может быть определено по таблице 4.
Таблица 4. Количество влаги _,образующейся при сгорании 1 кг топлива
Горючей вещество _
Водный генераторный газ _
Ацетилен _
0,7 _
Бензин _
1,4 _
Количество испаряющейся влаги_(кг/ч) при применении охлаждающих эмульсий при охлаждении металлорежущихстанков определяется по формуле _, где _- мощность станков, кВт.
Влаговыделения оттехнологического оборудования обычно принимаются по справочным данным.
Газо- и пылевыделения
В помещении могут находитсяразличные источники выделений газов и пыли. Необходимо учитывать газовыделениясо свободной поверхности жидкостей, при сгорании топлива, через неплотностиаппаратуры и трубопроводов, при различных технологических операциях (окраске,сварке, гальванизации, пайке, травлении, нанесении фоторезисторов и т.д.).Пылевыделения имеют место при механической обработке материалов, их очистке,полировке, дроблении, транспортировке, сварочных работах и других операциях.Места пылеобразования, как правило, оборудуются местной вентиляцией.
Количество двуокиси углерода,содержащийся в выдыхаемом человеком воздухе, определяется по таблице 5.
При наличии в помещенииисточников других вредных выделений количество этих выделений в воздухе (газы,пары, пыль и др.) подсчитываются исходя из особенностей технологическогопроцесса и оборудования.
Таблица 5. Количество двуокисиуглерода, выделяемого человеком.
Расчеты выделений тепла
Тепловыделения от людей.
Тепловыделения человека зависятот тяжести работы, температуры и скорости движения окружающего воздуха.Количество тепла, выделяемого одним человеком, приведено в таблице 1.Считается, что женщина выделяет 85%, а ребенок 75% тепловыделения взрослогомужчины.
В расчетах используется явноетепло, т.е. тепло, воздействующее на изменение температуры в помещении.
Тепловыделения от солнечнойрадиации
Расчет тепла, поступающего впомещение от солнечной радиации _и _, производиться по следующим формулам:
для остекленных поверхностей
_;
для покрытий
_;
где _, _- площади поверхностиостекления и покрытия, _; _, _ — тепловыделения от солнечной радиации, _, через_поверхности остекления (с учетом ориентации по сторонам света) и через_покрытия (таблицы 6 и 7); _- коэффициент учета характера остекления (таблица8).
Таблица 6. Тепловыделения отсолнечной радиации через остекление _, _
Характер остекления _
При ориентации остекления погеографической широте _
Окна с двойным остеклением спереплетами: _
деревянными _
металлическими _
Фонари с двойным вертикальнымостеклением с переплетами: _
деревянными _
Для остекленных поверхностей,ориентированных на север, _= 0
Таблица 7. Тепловыделения отсолнечной радиации через покрытие _, _
Характер покрытия _
При географической широте _
Солнечную радиацию следуетучитывать при наружной температуре от 10 (С и выше.
Таблица 8. Значение коэффициента_
Характер остекления, егосостояние _
Двойное остекление в одной раме_
Одинарное остекление _
Обычное загрязнение _
За величину остекленияпринимается большая величина, полученная при расчете двух вариантов:
тепловыделение через остеклениев одной стене в сумме с тепловыделением через покрытие и фонари;
тепловыделение через остеклениев двух взаимно перпендикулярных стенах с коэффициентом 0,7 в сумме степловыделением через покрытие и фонари.
Тепловыделение отэлектродвигателей
Расчет тепловыделения отэлектродвигателей _, Вт, производиться по формуле:
суммарная номинальная мощностьэлектродвигателей, кВт; _- коэффициент, учитывающий использование установочноймощности двигателей, их загрузку по мощности, одновременность их работы, долюперехода механической энергии в тепловою.
Приближенно дляэлектродвигателей, работающих с устройствами без принудительного жидкостногоохлаждения _; для приводов станков с использованием эмульсии _; для двигателей,приводящих устройства с местными отсосами, _.
Тепловыделение от печей
Расчет тепловыделения от печей_, Вт, производиться по следующим формулам:
для печей, работающих натопливе:
для электрических печей
где _- расход топлива, кг/ч;_,_- коэффициенты, учитывающие долю тепла, поступающую в помещение (см. таблицу9); _- теплотворная способность топлива, кДж/кг (таблица 10); _- коэффициентнеполноты сгорания топлива, принимаемый равным _; _- суммарная мощностьэлектропечей, кВт.
Таблица 9. Значениекоэффициентов _и _
Вид оборудования,технологических процессов _
Доля тепла, поступающего впомещение _
где _- суммарная мощностьисточников освещения, кВт; _- коэффициент тепловых потерь (_для лампнакаливания, _для люминесцентных ламп).
Для расчета тепловыделений отрадиотехнических установок и устройств вычислительной техники используетсяаналогичная формула, в которой _для радиотехнических устройств и _для устройстввычислительной техники.
Определение потребноговоздухообмена
Необходимый расход воздухаопределяется вредными факторами, вызывающими отклонения параметров воздушнойсреды в рабочей зоне от нормируемых (поступление вредных веществ, влаги,избытков тепла).
Потребный воздухообмен припоступлении вредных веществ в воздух рабочей зоны
помещения, загрязненных вреднымипарами, газами или пылью, количество воздуха _, _/ч, необходимого дляразбавления концентрации вредных веществ до допустимых, рассчитывают поформуле:
где _- количество вредныхвеществ, выделяющихся в помещении за 1 час, мг/ч; _, _- концентрация вредныхвеществ в приточном и удаляемом воздухе, _.
Концентрация _ принимаетсяравной предельно допустимой для рассматриваемого вредного вещества.
При одновременном выделении в воздухрабочей зоны нескольких вредных веществ, не обладающих однонаправленнымдействием, потребный воздухообмен следует принимать по тому вредному веществу,для которого требуется подача чистого воздуха в наибольшем количестве.
В тех случаях, когда происходитодновременное выделение нескольких вредных веществ однонаправленного действия,расчет общеобменной вентиляции выполняется путем суммирования количестввоздуха, необходимого для разбавления каждого вещества до его предельнодопустимой концентрации _.
Воздухообмен, обеспечивающийудаление избытков тепла
В помещения со значительнымитепловыделениями объем приточного воздуха, необходимого для поглощения избытковтепла, _, _ч, рассчитывают по формуле:
где _- теплоизбытки, Вт; _-массовая удельная теплоемкость воздуха (_); _- плотность приточного воздуха(_); _, _- температура удаляемого и приточного воздуха (С.
Температуры приточного воздухапринимаются по СНиП-П-33-75 для холодного и теплого времени года. Температураудаляемого воздуха определяется по формуле:
где _- температура в рабочейзоне по ГОСТ 12.1.005-76; _- нарастание температуры на каждый 1 м высоты, (С /м; _- высота помещения, м.
Величина _в зависимости оттепловыделения _(С/м.
Определение потребноговоздухообмена при наличие избытков влаги
Расчет расхода воздуха _, _/ч,ведется по формуле:
где _- количество водного пара,выделяющегося в помещении, г/ч; _, _- влагосодержание вытяжного (принимаетсяравным предельно допустимому) и приточного воздуха, г/кг, определяется потемпературе и относительной влажности воздуха из _диаграммы; _- плотностьприточного воздуха, _.
При одновременном выделениивредных веществ, тепла и влаги сравниваются соответствующий воздухообмены,потребные для их удаления, и выбирается из них наибольший.
Расчет устройств местнойвентиляции, устанавливаемых на рабочих местах
Воздушное душирование
Воздушное душирование следуетприменять, когда на работающего воздействует лучистая теплота с интенсивностью350 Вт/_ и более.
Нормы температуры _(С, искоростей _, м/с, воздушного душирования для работ средней тяжести приведены втабл.12, полученные данные для всех категорий работ даны в Санитарных нормахпроектирования промышленных предприятий СН 245-71 и ГОСТ 121.005-76 «Воздухрабочей зоны».
Таблица 12 Нормы температуры искоростей движения воздуха при воздушной душировании для категории работсредней тяжести
Тепловое _
Период года _
Душирующий воздух подается нарабочее место приточными патрубками. Патрубки необходимо устанавливать на такойвысоте, чтобы они создавали хорошее обдувание приточным воздухом верхней чаституловища человека и не затрудняли нормальную эксплуатацию оборудования.
На рабочее место воздух можетподаваться или горизонтально, или сверху по углом 45(. Расстояние от выходногопатрубка до рабочего, обслуживающего установку, должно быть не менее 1 метра.Расчет душирующего патрубка ведется но следующей схеме:
Первоначально определяетсяотношение разности температур _:
где _,_ и _ — температура врабочей зоне, нормируемая температура воздуха на рабочем месте и температуравоздуха на выходе из душирующего патрубка.
При _ для достижения _достаточноадиабатного охлаждения воздуха, при _ требуется искусственное охлаждение.
В задачу расчета воздушного душавходит определение необходимой скорости воздуха _ на выходе из патрубка иплощади выходного сечения патрубка _.
При _ значение _определяется поформуле:
где _- расстояние от душирующегопатрубка до рабочего места, м; _- опытный коэффициент, характеризирующийизменение температуры по осу струн (для патрубков типа ППД _)
При _в пределах от _до _расчет_ведет по формуле:
Скорость воздуха на выходе изпатрубка _ (м/с), определяется как:
где _- скорость ветра на рабочемместе (нормируемая) м/с. По значениям _и _определяется расход воздуха черезпатрубок:
Воздушный зонт
Воздушный зонт представляетсобой металлический колпак, расположенный над источником вредных выделений.Сечение всасывающего отверстия колпака должно иметь форму, геометрическиподобную горизонтальной проекции зеркала вредных выделений.
Размер _ каждой из сторонвсасывающего сечения колпака определяется по формуле:
де _- размер стороны (илидиаметра) зеркала выделений вредностей, м; _- расстояние от поверхностиисточника выделения до приемного отверстия колпака, м. Минимальное значение _определяетсяудобством работы при конкретном технологическом процессе.
Для равномерности всасыванияугол раскрытия колпака следует принимать не менее 60(.
Объем удаляемого воздуха _, _ч,определяется по формуле:
где _- площадь приемногоотверстия колпака;
_- средняя скорость ветра вприемном отверстии зонта, м/с (данные о значениях _приведены в таблице 13).
Таблица 13. Рекомендуемыезначения средних скоростей воздуха в приемных отверстиях вытяжных зонтов.
Число открытых сторон зонта _
Часто зонты устанавливают узагрузочных отверстий печей. В этом случае размер зонта у загрузочногоотверстия печи должен соответствовать размерам вырывающейся свободной струи сучетом ее искривления под действием гравитационных сил.
Вылет зонта _ рассчитывают поформуле:
где _- высота загрузочногоотверстия печи м.
Ширину зонта необходимопринимать на _м больше ширины загрузочного отверстия. Зонт необходимоустанавливать на уровне верхней кромки окна. Для зонтов, расположенных наднагретыми поверхностями, объем воздуха в теплой струе, поднимающейся надисточником, равен:
где _- количество тепла,удаляющегося за счет конвекции, Вт; _-горизонтальная проекция источникатепловыделения, _; _- расстояние от плоскости тепловыделения до приемногоотверстия зонта, м.
Вытяжные шкафы
Вытяжные шкафы создают укрытияисточника вредных выделений со всех сторон. Для наблюдения за работой в шкафуимеется рабочие проемы, закрываемые подвижными шторками. Вытяжные шкафы смеханической тягой устраивают с верхним отсосом, с нижним отсосом и комбинированные.
Объем отсасываемого из шкафавоздуха рассчитывается по формуле:
где _- площадь рабочих проемовшкафа _; _- средняя скорость воздуха в рабочих проемах шкафа, м/с.
Рекомендуемые значения _взависимости от характера работ приведены в таблице 14
Таблица 14. Рекомендуемыезначения
Характер технологическогопроцесса _
Средняя скорость движениявоздуха в рабочем проеме вытяжного шкафа, м/с _
Отсасывающие панели
Отсасывающие панели применяютсядля удаления вредных выделений, увлекаемых конвективными потоками, в том числе,когда зона вредных выделений относительно велика и более полное укрытиеорганизовать трудно. Отсасывающие панели следует применять при сварке, пайке,выдувке стекла, при удалении нагретых газов и пыли.
Расход воздуха через панель, _,_ч, вычисляется по формуле:
где _- коэффициент, зависящий отконструкции панели и ее расположения относительно источников тепла; _ — конвективная составляющая источника тепла, Вт.; _- расстояние от верхаплоскости до центра всасывающих отверстий панели, м.; _- ширина источникатепла, м.
Коэффициент _принимается равнымдля панелей:
тип 1 (односторонняя панель) _
тип 2 (панель с экраном) _
Бортовые отсосы
Бортовой отсос является основнымместным отсосом от ванн в гальванических и травильных цехах и участках. Внастоящее время распространение получили бортовые отсосы обычные и опрокинутые,каждый из которых может быть активирован поддувом воздуха (отсос с передувкой).Бортовые отсосы располагают с одной стороны ванны (однобортные отсосы) или с двухее сторон (двубортные отсосы).
Описание программ
Разработанная программапредназначена для моделирования местной вентиляции. Программа имеет простой иинтуитивно понятный интерфейс и предназначена для выполнения в среде Windows 9x.
Для проведения расчетов выбратьодин из пяти типов расчета и нажать кнопку «Дальше». Затем необходимо ввестиначальное значение изучаемого диапазона, количество вычислений и шаг вычисленийи также нажать кнопку «Дальше».
После проведения расчетовпоявиться простейший график и, нажав на кнопку «Готово», можно сохранитьполученные результаты расчета.
Кнопка «Назад» служит длявозврата в предыдущее состояние программы и задания новых начальных величин иливыбора нового типа расчета.
По результатам исследованияработы программы с моделью воздушного зонта (горизонтальная проекция источникатепловыделений 0,75 кв.м., расстояние до плоскости тепловыделения 1 м.) надиапазоне входных значений _ (количества тепла, выделяемого под воздушнымзонтом, Вт) от 10 до 100 Вт с шагом в 10 Вт, построен график зависимости _(График 1)
График 1
Зависимость объема удаляемоговоздушным зонтом воздуха от количества тепла, выделяемого нагретымиповерхностями под зонтом _
По результатам исследованияработы программы с моделью вытяжного шкафа (внутри шкафа выполняютсялабораторные работы, скорость воздуха 0,4 м/с) на диапазоне входных значений_(площадь рабочих проемов шкафа _) от 0,1 до 1 _ с шагом 0,1 _, построен графикзависимости _ (График 2)
График 2
Зависимость объема удаляемоговоздуха _ от площади рабочих проемов вытяжного шкафа _
По результатам исследованияработы программы с моделью вытяжного шкафа (высота рабочих проемов шкафа 1м.;площадь рабочих проемов шкафа __) на диапазоне входных значений_ (количестватепла, выделяющегося внутри шкафа) от 10 до 100 Вт с шагом 10 Вт, построенграфик зависимости _ (График 3)
График 3.
График зависимости объемаудаляемого воздуха _ от объема выделяющегося внутри шкафа тепла _