Реферат: Компьютерное моделирование местной вентиляции

Охрана труда и экология

Постановка лабораторной работы на компьютере поисследованию местной вентиляции

 

Цельработы

В работе исследуетсязависимость объема удаляемого воздуха от количества тепла, выделяемогоисточником внутри вытяжного шкафа.  Разрабатывается программа, исследующуюмодель местной вентиляции.

Содержаниеработы

1) Изучение методических указаний пообеспечении оптимальных параметров воздушной среды в рабочей зоне.

2) Разработка программы, исследующеймодель местной вентиляции.

3) Построение графика зависимости объемаудаляемого воздуха />от количествавыделяющегося от нагретых поверхностей под воздушным зонтом тепла />.

4) Построение графика зависимости объемаудаляемого воздуха />от площади рабочихпроемов вытяжного шкафа />.

5) Построение графика зависимости объемаудаляемого воздуха />от количестватепла />, выделяемого внутривытяжного шкафа.

Теоретическаячасть

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.

1.  Влаговыделения

Влага выделяется врезультате испарения со свободной поверхности воды и влажных поверхностейматериалов и кожи, в результате дыхания людей, а также химических реакций,работы оборудования 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 и влаги, 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 Физическая Легкая 180 145 150 8 40 200 Средняя 215 195 165 8 70 280 Тяжелая 290 290 195 16 135 415

Количествовлаги, испаряющейся с открытой поверхности не кипящей воды, кг/ч, определяетсяпо формуле:

/>

где /> — коэффициент, зависящий оттемпературы поверхности испарения (табл. 2); /> — скорость движения воздуха надповерхностью испарения, м/с.;/>, />-давление водяного пара,соответственно, при температуре поверхности испарения и полном насыщении и вокружающем воздухе, кПа; /> — площадь поверхности испарения,/>; /> — барометрическое давление, кПа.

Таблица 2. Значение коэффициента />

/> , °С

/>30

40 50 60 70 80 90

/>

0,02 0,028 0,033 0,037 0,041 0,046 0,051

Длянекипящей воды температура поверхности испарения /> находиться из таблицы 3 по среднейтемпературе воды />

Таблица 3. Температура поверхности испарения воды

/>, °С

20 30 40 50 60 70 80 90

/>, °С

18 28 37 45 51 58 69 82

Количествовлаги, испарившейся при кипении воды, />, кг/ч, зависит от количестваподводимого к воде тепла и вида укрытия воды и может быть определено по формуле:

/> ,

где /> — опытный коэффициент,учитывающий вид укрытия:

для плотных укрытий безотсоса воздуха — /> , при отсосевоздуха — />;/> — мощность теплового источникаиспарения, Вт; />-скрытая теплотаиспарения, кДж/кг.

Ориентировочноинтенсивность испарения может быть принята равной /> кгв 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 количество образовавшейсявлаги может быть определено по таблице 4.

Таблица 4. Количество влаги />,образующейся при сгорании 1 кг топлива

Горючей вещество

/>, кг/кг

Водный генераторный газ 0,61 Ацетилен 0,7 Бензин 1,4

Количествоиспаряющейся влаги />(кг/ч) приприменении охлаждающих эмульсий при охлаждении металлорежущих станковопределяется по формуле />, где /> — мощность станков, кВт.

Влаговыделения от технологическогооборудования обычно принимаются по справочным данным.

Газо-и пылевыделения

В помещении могутнаходится различные источники выделений газов и пыли. Необходимо учитыватьгазовыделения со свободной поверхности жидкостей, при сгорании топлива, черезнеплотности аппаратуры и трубопроводов, при различных технологических операциях(окраске, сварке, гальванизации, пайке, травлении, нанесении фоторезисторов ит.д.). Пылевыделения имеют место при механической обработке материалов, ихочистке, полировке, дроблении, транспортировке, сварочных работах и другихоперациях. Места пылеобразования, как правило, оборудуются местной вентиляцией.

Количество двуокисиуглерода, содержащийся в выдыхаемом человеком воздухе, определяется по таблице5.

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 двуокиси углерода, выделяемого человеком.

Характер выполняемой работы

Расход />

объемный, л/ч массовый, г/ч Умственная 23 45 Физическая легкая 25 50 средняя 35 70 тяжелая 45 90

Расчетывыделений тепла

Тепловыделения от людей.

Тепловыделения человеказависят от 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 используетсяявное тепло, т.е. тепло, воздействующее на изменение температуры в помещении.

Тепловыделенияот солнечной радиации

Расчет тепла,поступающего в помещение от солнечной радиации />и/>, производиться по следующимформулам:

·   для остекленныхповерхностей

                          />;

·   для покрытий

                          />;

где />, /> — площади поверхностиостекления и покрытия, />; />, /> - тепловыделенияот солнечной радиации, />, через />поверхности остекления (сучетом ориентации по сторонам света) и через />покрытия(таблицы 6 и 7); /> — коэффициент учета характера остекления (таблица 8).

Таблица 6. Тепловыделения от солнечной радиации через остекление />, />

Характер остекления При ориентации остекления по географической широте Ю ЮВ и ЮЗ В и З СВ и СЗ 35 45 55 65 35 45 55 65 35 45 55 65 35 45 55 65 Окна с двойным остеклением с переплетами: деревянными 128 145 145 170 100 128 145 170 145 145 170 170 75 75 75 75 металлическими 165 185 185 120 128 165 185 210 185 185 200 210 95 95 95 95 Фонари с двойным вертикальным остеклением с переплетами: деревянными 140 170 170 175 115 145 175 175 170 170 185 185 87 87 87 80 металлическими 150 185 185 200 128 165 200 200 185 185 210 210 100 100 100 95 /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

Для остекленныхповерхностей, ориентированных на север, />=0

Таблица 7. Тепловыделенияот солнечной радиации через покрытие />, />

Характер покрытия При географической широте 35 45 55 65 Плоское безчердачное 24 21 17 14 с чердаком 6 6 6 6

Солнечнуюрадиацию следует учитывать при наружной температуре от 10 °С и выше.

Таблица 8. Значение коэффициента />

Характер остекления, его состояние

/>

Двойное остекление в одной раме 1,15 Одинарное остекление 1,45 Обычное загрязнение 0,8 Сильное загрязнение 0,7 Забелка окон 0,6 Остекление с матовыми стеклами 0,7 Внешнее зашторивание окон 0,25

Завеличину остекления принимается большая величина, полученная при расчете двухвариантов:

·   тепловыделениечерез остекление в одной стене в сумме с тепловыделением через покрытие ифонари;

·   тепловыделениечерез остекление в двух взаимно перпендикулярных стенах с коэффициентом 0,7 всумме с тепловыделением через покрытие и фонари.

Тепловыделениеот электродвигателей

Расчет тепловыделения отэлектродвигателей />, Вт,производиться по формуле:

/>,

где /> — суммарная номинальнаямощность электродвигателей, кВт;  />-коэффициент, учитывающий использование установочной мощности двигателей, ихзагрузку по мощности, одновременность их работы, долю перехода механическойэнергии в тепловою.

Приближенно дляэлектродвигателей, работающих с устройствами без принудительного жидкостногоохлаждения />; для приводов станков сиспользованием эмульсии />; для двигателей, приводящихустройства с местными отсосами, />.

Тепловыделение от печей

Расчет тепловыделения отпечей />, Вт, производиться последующим формулам:

·   для печей,работающих на топливе:

                            /> ;

·    для электрических печей

                            />,

где  /> — расход топлива, кг/ч;/>, />-коэффициенты, учитывающие долю тепла, поступающую в помещение (см. таблицу 9);/>-теплотворная способностьтоплива, кДж/кг (таблица 10); /> — коэффициент неполноты сгораниятоплива, принимаемый равным />; /> — суммарная мощность электропечей,кВт.

Таблица 9. Значениекоэффициентов />и/>

Вид оборудования, технологических процессов Доля тепла, поступающего в помещение

при обогреве оборудования топливом, />

при обогреве оборудования электричеством, />

Индукционные печи плавки емкостью /> кг

-

/>

Электродуговые печи плавки емкостью />кг

-

/>

Тигельные газовые печи

/>

-

Таблица10. Теплотворнаяспособность, />

Топливо

/>

/>

/>

Бутан 12250 Пропан 91340 Ацетилен 47770 Природный газ 35620 Мазут 38970 Условное твердое топливо 29330 Каменный уголь 29330 Кокс 21780

Тепловыделения от источниковискусственного освещения

Расчет тепловыделения отисточников искусственного освещения />, Вт, производитьсяпо формуле:

/>,

где /> — суммарная мощностьисточников освещения, кВт; /> — коэффициент тепловых потерь (/>для ламп накаливания, />длялюминесцентных ламп).

Для расчетатепловыделений от радиотехнических установок и устройств вычислительной техникииспользуется аналогичная формула, в которой />для радиотехнических устройств и />для устройств вычислительной техники.

Определениепотребного воздухообмена

Необходимый расходвоздуха определяется вредными факторами, вызывающими отклонения параметроввоздушной среды в рабочей зоне от нормируемых (поступление вредных веществ,влаги, избытков тепла).

Потребный воздухообмен припоступлении вредных веществ в воздух рабочей зоны

В помещения, загрязненныхвредными парами, газами или пылью, количество воздуха />, />/ч, необходимого дляразбавления концентрации вредных веществ до допустимых, рассчитывают по формуле:

/> ,

где /> — количество вредныхвеществ, выделяющихся в помещении за 1 час, мг/ч; />, />-концентрация вредных веществ в приточном и удаляемом воздухе, />.

Концентрация /> принимается равнойпредельно допустимой для рассматриваемого вредного вещества.

При одновременномвыделении в воздух рабочей 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, когдапроисходит одновременное выделение нескольких вредных веществ однонаправленногодействия, расчет общеобменной вентиляции выполняется путем суммированияколичеств воздуха, необходимого для разбавления каждого вещества до егопредельно допустимой концентрации />.

Воздухообмен, обеспечивающий удалениеизбытков тепла

В помещения созначительными тепловыделениями объем приточного воздуха, необходимого дляпоглощения избытков тепла, />, />ч, рассчитывают поформуле:

/>  ,

где /> — теплоизбытки, Вт; /> — массовая удельная теплоемкостьвоздуха (/>); /> — плотность приточного воздуха (/>); />, />-температура удаляемого и приточного воздуха °С.

Температуры приточноговоздуха принимаются по СНиП-П-33-75 для холодного и теплого времени года.Температура удаляемого воздуха определяется по формуле:

/>,

где /> — температура в рабочей зонепо ГОСТ 12.1.005-76; /> — нарастание температуры на каждый 1 м высоты, °С / м; /> — высота помещения, м.

Величина />в зависимости оттепловыделения />°С/м.

Определение потребного воздухообменапри наличие избытков влаги

Расчет расхода воздуха />, />/ч, ведется поформуле:

/>,

где /> — количество водного пара,выделяющегося в помещении, г/ч; />, />-влагосодержание вытяжного (принимается равным предельно допустимому) иприточного воздуха, г/кг, определяется по температуре и относительной влажностивоздуха из />диаграммы; /> — плотность приточного воздуха, />.

При одновременномвыделении вредных веществ, тепла и влаги сравниваются соответствующийвоздухообмены, потребные для их удаления, и выбирается из них наибольший.

Расчетустройств местной вентиляции, устанавливаемых на рабочих местах

Воздушное душирование

Воздушное душированиеследует применять, когда на работающего воздействует лучистая теплота синтенсивностью 350 Вт//> иболее.

Нормы температуры />°С, и скоростей />, м/с, воздушногодуширования для работ средней тяжести приведены в табл.12, полученные данныедля всех категорий работ даны в Санитарных нормах проектирования промышленныхпредприятий СН 245-71 и ГОСТ 121.005-76 «Воздух рабочей зоны».

Таблица 12 Нормы температуры и скоростейдвижения воздуха при воздушной душировании для категории работ средней тяжести

Тепловое Период года облучение Теплый (температура наружного воздуха +10°С и выше) Холодный и переходный (температура наружного воздуха ниже +10°С)

/>, °С

/>, м/с

/>, °С

/>, м/с

350...700 21...23 0,7...1,5 21...22 0,7...1,0 700...1400 20...23 1,5...2,0 20...21 1,0...1,5 1400...2100 19...21 1,5...2,5 19...20 1,5...2,0 2100...2800 18...21 2,0...3,5 19...21 2,0...2,5 более 28000 18...190 3,0...3,5 19...21 2,0...25 /> /> /> /> /> />

Душирующийвоздух подается на рабочее место приточными патрубками. Патрубкинеобходимо устанавливать на такой высоте, чтобы они создавали хорошее обдуваниеприточным воздухом верхней части туловища человека и не затрудняли нормальнуюэксплуатацию оборудования.

На рабочее место воздухможет подаваться или горизонтально, или сверху по углом 45°. Расстояние от выходного патрубка дорабочего, обслуживающего установку, должно быть не менее 1 метра. Расчетдуширующего патрубка ведется но следующей схеме:

Первоначальноопределяется отношение разности температур />:

/>,

где />,/> и/> - температура в рабочейзоне, нормируемая температура воздуха на рабочем месте и температура воздуха навыходе из душирующего патрубка.

При /> для достижения />достаточно адиабатногоохлаждения воздуха, при /> требуетсяискусственное охлаждение.

В задачу расчетавоздушного душа входит определение необходимой скорости воздуха /> на выходе из патрубка иплощади выходного сечения патрубка />.

При /> значение />определяется по формуле:

/>,

где /> — расстояние от душирующегопатрубка до рабочего места, м; /> — опытный коэффициент,характеризирующий изменение температуры по осу струн (для патрубков типа ППД />)

При />в пределах от />до />расчет />ведет по формуле:

/>.

Скорость воздуха навыходе из патрубка /> (м/с),определяется как:

/>,

где /> — скорость ветра на рабочемместе (нормируемая) м/с. По значениям />и/>определяется расход воздухачерез патрубок:

/>.

Воздушный зонт

Воздушный зонтпредставляет собой металлический колпак, расположенный над источником вредныхвыделений. Сечение всасывающего отверстия колпака должно иметь форму,геометрически подобную горизонтальной проекции зеркала вредных выделений.

Размер /> каждой из сторонвсасывающего сечения колпака определяется по формуле:

/>,

где /> — размер стороны (илидиаметра) зеркала выделений вредностей, м; /> — расстояние от поверхности источникавыделения до приемного отверстия колпака, м. Минимальное значение />определяется удобствомработы при конкретном технологическом процессе.

Для равномерностивсасывания угол раскрытия колпака следует принимать не менее 60°.

Объем удаляемого воздуха />, />ч, определяется поформуле:

/>,

где />-площадь приемногоотверстия колпака;

/> — средняя скорость ветра в приемномотверстии зонта, м/с (данные о значениях />приведеныв таблице 13).

Таблица 13. Рекомендуемыезначения средних скоростей воздуха в приемных отверстиях вытяжных зонтов.

Число открытых сторон зонта 4 3 2 1

Скорость воздуха />, м/с

/>

/>

/>

/>

Часто зонтыустанавливают у загрузочных отверстий печей. В этом случае размер зонта узагрузочного отверстия печи должен соответствовать размерам вырывающейсясвободной струи с учетом ее искривления под действием гравитационных сил.

Вылет зонта /> рассчитывают по формуле:

/>,

где /> — высота загрузочногоотверстия печи м.

Ширину зонта необходимопринимать на />м больше ширины загрузочногоотверстия. Зонт необходимо устанавливать на уровне верхней кромки окна. Длязонтов, расположенных над нагретыми поверхностями, объем воздуха в теплойструе, поднимающейся над источником, равен:

/>,

где /> — количество тепла,удаляющегося за счет конвекции, Вт; />-горизонтальная проекция источникатепловыделения, />;/> — расстояние от плоскоститепловыделения до приемного отверстия зонта, м.

Вытяжные шкафы

Вытяжные шкафы создаютукрытия источника вредных выделений со всех сторон. Для наблюдения за работой вшкафу имеется рабочие проемы, закрываемые подвижными шторками. Вытяжные шкафы смеханической тягой устраивают с верхним отсосом, с нижним отсосом икомбинированные.

Объем отсасываемого изшкафа воздуха рассчитывается по формуле:

/>,

где /> — площадь рабочих проемовшкафа />; /> — средняя скорость воздуха в рабочихпроемах шкафа, м/с.

Рекомендуемые значения />в зависимости от характераработ приведены в таблице 14

Таблица 14.Рекомендуемые значения

Характер технологического процесса Средняя скорость движения воздуха в рабочем проеме вытяжного шкафа, м/с Обезжиривание мелких деталей

/>

Лужение

/>

Растворение кислот, щелочей, солей:

холодные растворы />

/>

нагретые растворы

/>

Кадмирование цианистое или серебрение

/>

Свинцование

/>

Травление азотной кислотой

/>

соляной кислотой

/>

Хромирование

/>

Цинкование цианистое

/>

Пайка свинцом или третником

/>

Лабораторные работы

/>

При наличие вшкафу теплового источника (печи, горелки), объем удаляемого воздуха, />ч, определяется поформуле:

/>,

где /> — высота рабочих проемовшкафа, />ч;/> — количество тепла, выделяемое внутришкафа, Вт.

Отсасывающие панели

Отсасывающие панелиприменяются для удаления вредных выделений, увлекаемых конвективными потоками,в том числе, когда зона вредных выделений относительно велика и более полноеукрытие организовать трудно. Отсасывающие панели следует применять при сварке,пайке, выдувке стекла, при удалении нагретых газов и пыли.

Расход воздуха черезпанель, />, />ч, вычисляется поформуле:

/>,

где /> — коэффициент, зависящий отконструкции панели и ее расположения относительно источников тепла; /> - конвективная составляющаяисточника тепла, Вт.; /> — расстояние от верха плоскости до центра всасывающихотверстий панели, м.; /> — ширина источника тепла, м.

Коэффициент />принимается равным дляпанелей:

·   тип 1(односторонняя панель) /> 

·   тип 2 (панель сэкраном) />

Бортовые отсосы

Бортовой отсос являетсяосновным местным отсосом от ванн в гальванических и травильных цехах иучастках. В настоящее время распространение получили бортовые отсосы обычные иопрокинутые, каждый из которых может быть активирован поддувом воздуха (отсос спередувкой). Бортовые отсосы располагают с одной стороны ванны (однобортныеотсосы) или с двух ее сторон (двубортные отсосы).

Описание программ

Разработанная программапредназначена для моделирования местной вентиляции. Программа имеет простой иинтуитивно понятный интерфейс и предназначена для выполнения в среде Windows9x.

Для проведения расчетов выбратьодин из пяти типов расчета и нажать кнопку «Дальше». Затем необходимо ввести начальноезначение изучаемого диапазона, количество вычислений и шаг вычислений и такженажать 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 результатамисследования работы программы с моделью воздушного зонта (горизонтальнаяпроекция источника тепловыделений 0,75 кв.м., расстояние до плоскоститепловыделения 1 м.) на диапазоне входных значений /> (количестватепла, выделяемого под воздушным зонтом, Вт) от 10 до 100 Вт с шагом в 10 Вт,построен график зависимости /> (График1)

График 1

Зависимостьобъема удаляемого воздушным зонтом воздуха от количества тепла, выделяемогонагретыми поверхностями под зонтом />

/>

По результатамисследования работы программы с моделью вытяжного шкафа (внутри шкафавыполняются лабораторные работы, скорость воздуха 0,4 м/с) на диапазоне входныхзначений />(площадь рабочих проемовшкафа />) от 0,1 до 1 /> с шагом 0,1 />, построен графикзависимости /> (График 2)

График 2

/>

Зависимостьобъема удаляемого воздуха /> отплощади рабочих проемов вытяжного шкафа />

По результатамисследования работы программы с моделью вытяжного шкафа  (высота рабочихпроемов 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.

/>

Графикзависимости объема  удаляемого воздуха /> отобъема выделяющегося внутри шкафа тепла />