Підвищення ефективності вентиляції колекторів систем водовідведення

 При експериментальних дослідженнях використано розроблений план експерименту. В якості параметрів, що варіюються, обрані відносний ступінь заповнення колектора, діаметр колектора і середня швидкість рідини в колекторі. Особливістю плану є те, що в якості однієї з перемінних (діаметр колектора) обрана її абсолютна величина. Це пояснюється тим, що хвильові явища на поверхні потоку залежать від абсолютної глибини потоку. Для визначення витрати повітря у підколекторному просторі за рахунок захоплювальної здатності рідини, яка складає частину загальної витрати, що приймають участь у вентиляції, використано план другого порядку, тому що попередньо проведені експерименти показали нелінійний характер залежності витрати газу від визначальних параметрів. Експериментальні дані, поряд з даними, отриманими на моделі, дозволили знайти залежність витрати повітря від геометричних параметрів колектора і швидкості течії рідини (рис. 3). Залежність представлена у виді полінома: 

 

Qг. рас. = 0, 54  – 0, 36 D – 0, 054 Uж – 0, 58 ( ) 2 + 0, 28D2 +

+ 0, 015 (Uж) 2 + 0, 11  D – 0, 0182Uж  + 0, 09 D Uж, (16)

 

де: 

 'h – ступінь заповнення колектора рідиною; 

 D – гідравлічний діаметр колектора (м), 

 Uж – середня швидкість рідини в колекторі (м/с). 

 Перевірка значимості коефіцієнтів з урахуванням однорідності дисперсії за критерієм Кохрена показала, що всі коефіцієнти значимі. 

 Довірчі інтервали для кожного коефіцієнта рівняння (16) визначались за формулою: 

 

 , (17)

 

де: 

t – табличне значення критерію Ст'юдента при рівні значимості 0, 05; 

 s{bj}- квадратична похибка кожного коефіцієнта регресії. 

 Запропонована залежність (16) справедлива в діапазоні зміни діаметра колектора від 0, 3 до 0, 7 м, ступеня заповнення від 0, 2 до 0, 8 і середньої швидкості рідини від 1 до 3 м/с (розрахункове значення критерію Фішера дорівнює 1, 2, табличне – 2, 1, що підтверджує адекватність отриманої залежності при довірчій вірогідності 0, 95). Обраний діапазон зміни параметрів є типовим для колекторів систем водовідведення комунального господарства. 

 Аналіз апроксимаційної моделі показує, що зі збільшенням діаметру колектора D і середньої швидкості рідини збільшується витрата газу. Усередині області зміни параметрів функція має максимум (рис. 3), положення якого мало залежить від швидкості рідини та діаметру колектора і знаходиться у діапазоні 'h = 0, 46-0, 49. 

 У п'ятому розділі наведені розроблені програми розрахунку параметрів газу і рідини, на основі алгоритму кінцево-різницевого маршового методу побудована методика чисельного інтегрування рівнянь на базі k-? і тришарової моделей. Відповідно до алгоритму в середовищі пакета прикладних програм MATLAB for Windows побудоване програмне забезпечення («Fluid», «Gas 1», «Gas 2»). 

 На підставі ряду чисельних експериментів і дослідних даних отримана наступна апроксимаційна залежність зміни відносної середньої концентрації газу, що виділився з рідини, по довжині колектору: 

 

  (18)

 

де: 

 'l = z/dг – відносна довжина колектора; 

 dг – гідравлічний діаметр повітряної частини колектора; 

 v – швидкість газу в підколекторному просторі; 

 k – дослідний коефіцієнт. 

 Чисельне значення коефіцієнта k залежить від типу перешкоди в колекторі, що викликає інтенсифікацію виділення газу. Якщо прийняти, що найбільші руйнування підсводної частини безнапірного каналізаційного колектора відбуваються на ділянці, де відносна концентрація змінюється від 1 до 0, 5 (довжина напіввиділення), то довжина ділянки, що вимагає антикорозійного захисту, визначається рівнянням.

Чисельне значення коефіцієнта k розраховано в роботі на основі дослідних даних (так для сполучення трубопроводів з формуванням помірних вихрових течій значення k складає 8, 3). 

 У порядку практичної реалізації теоретичних і експериментальних досліджень розроблено конструкцію трубчастого каналізаційного перепаду, (патент України №2001117730 від 20. 05. 2002), який має хвильову поверхню внутрішньої стінки, що збільшує його ежекційну здатність на 50-80%, і, таким чином, підвищити ефективність вентиляційного процесу у підсводному просторі колекторів. 

 Програми розрахунку вентиляційного процесу та «Методичні вказівки до розрахунку довжини ділянки колектора з антикорозійним захистом систем водовідведення» впроваджені при проектуванні та реконструкції системи водовідведення енергоблоку №6 ОП «ЗАЕС» (Запорізька атомна електростанція) і в розробках науково-дослідних організацій (ДонДНД ПТІБВ, НПП «АтомЕнергоСпецЗахист»),. 

 У додатку наведені тексти програм по чисельному моделюванню характеристик турбулентних потоків рідини і газу («Fluid», «Gas1», «Gas2»), «Методичні рекомендації до розрахунку довжини ділянки колектора з антикорозійним захистом систем водовідведення» і акти впровадження результатів дисертаційної роботи. 

 

 

1. Теоретично обґрунтовано та експериментально доведено вплив захоплювальної здатності поверхні рідини, який інтенсифікує процес вентиляції у підсводному просторі колекторів до 30% середньої витрати повітря, що дозволило розробити методи підвищення ефективності вентиляції. 

2. При математичному моделюванні процесів вентиляції у колекторах водовідведення з використанням тришарової і k-e моделей турбулентності, обґрунтованої з використанням ПІ – теореми, встановлені аеродинамічні параметри потоків, які визначають повітрообмін у підколекторному просторі. 

3. Для розрахунку концентрації примісного газу у залежності від часу і довжини колектора розроблена математична