Підвищення ефективності вентиляції колекторів систем водовідведення

ДОНБАСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ

БУДІВНИЦТВА І АРХІТЕКТУРИ

 

Гусєнцова Яна Алімівна

 

УДК 697. 34

 

ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ВЕНТИЛЯЦІЇ КОЛЕКТОРІВ СИСТЕМ ВОДОВІДВЕДЕННЯ

 

05. 23. 03 – Вентиляція, освітлення та теплогазопостачання

 

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Макіївка – 2002

 

 

Дисертацією є рукопис. 

Робота виконана в Донбаській державній академії будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Губар Валентин Федорович, Донбаська державна академія будівництва і архітектури, завідувач кафедри «Теплотехніка, теплогазопостачання і вентиляція».

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Соколов Володимир Ілліч, Східноукраїнський національний університет ім. В. Даля, професор кафедри «Гідрогазодинаміка» кандидат технічних наук, доцент  Зінич Петро Лукінович, Київський національний університет будівництва і архітектури, доцент кафедри «Теплогазопостачання і вентиляція».

Провідна установа: Харківський державний технічний університет будівництва і архітектури, кафедра «Вентиляція і використання теплових вторинних енергоресурсів»

Захист відбудеться 16 січня 2003 року об 11 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д12. 085. 01 Донбаської державної академії будівництва і архітектури за адресою: 86123, Донецька обл., м. Макіївка, вул. Державіна, 2, 1 навчальний корпус, зала засідань. 

 

 

Актуальність теми

Результати аналізу експлуатації систем водовідведення показують, що процеси, які відбуваються при транспортуванні стічної рідини, сприяють газовиділенням, що викликають руйнування підсводного простору колекторів. Ступінь руйнування пов'язаний з гідродинамічними характеристиками потоку, дифузійними процесами, властивостями стічної рідини і біохімічними реакціями, що відбуваються в ній, аеродинамікою течії повітря у підсводному просторі, інтенсивністю вентиляційних процесів. Крім того, суміші водню і метану при з'єднанні з киснем повітря у певній концентрації є вибухонебезпечними. 

Розробка нових систем водовідведення і реконструкція існуючих вимагають науково-обґрунтованих методик розрахунку вентиляційних процесів колекторів. Робота колекторів з використанням повітрообміну, вузлів підключення дюкеру пов'язана з видаленням забрудненого повітря, що може бути забезпечено створенням нових, оригінальних конструкцій підключення до колектора. Існуючі моделі і методики розрахунку вентиляції базуються в основному на результатах чисельних, часто не пов'язаних між собою, експериментів. 

Виходячи з вищевикладеного, актуальною є задача підвищення ефективності вентиляції колекторів при спільному русі газів і рідини.

Вирішення цієї задачі можливе тільки на підставі комплексних теоретичних і експериментальних досліджень аерогідродинамічних характеристик течії рідини в колекторі і газу у підсводному просторі, розробці адекватних математичних моделей, що вірогідно відбивають фізичні процеси їхньої взаємодії. 

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами і темами

Дисертаційна робота виконана відповідно до пріоритетних науково-технічних напрямків науки і техніки України «Екологічно чиста енергетика та енергозберігаючі технології» і перспективної програми «Донбас – 2020», держбюджетної темою ДО3-08-01 «Розробка й удосконалення екологічних процесів утилізації теплоти і використання нетрадиційних джерел енергії» (реєс. №0102U 002850 Міністерства освіти і науки України), ДО3-06-01 «Підвищення ефективності роботи систем міського господарства на прикладі міста Макіївка» (реєс. №0102U002840 Міністерства освіти і науки України). 

Метою роботи є теоретичне та експериментальне обґрунтування методів підвищення ефективності вентиляції колекторів систем водовідведення в напрямку забезпечення екологічної безпеки їхньої експлуатації, визначення шляхів антикорозійного захисту колекторів. 

Задачі дослідження: 

визначити зв'язок між витратою газу і рідини у підсводному просторі колектора; установити фактори, що впливають на інтенсивність вентиляції; 

обґрунтувати використання к-e і тришарової моделей турбулентності в розрахунках вентиляції колекторів; 

розробити математичні моделі вентиляційного процесу і процесу дифузії примісного газу в колекторах водовідведення; 

провести експериментальні дослідження впливу технологічних параметрів процесу і конструктивних характеристик колекторів на витрату вентиляційного повітря; 

розробити інженерні методики розрахунку вентиляційного процесу в системах водовідведення і визначення довжини ділянки колектора, що потребує антикорозійний захист; 

розробити методи і засоби підвищення екологічної безпеки колекторів і зниження витрат на антикорозійний захист. 

Об'єкт дослідження

Аерогідродинамічні характеристики потоків газу і рідини при вентиляції систем водовідведення.

Предмет дослідження

Процеси вентиляції при спільній течії газу і рідини в колекторах водовідведення. 

Методи дослідження

Методологічну основу проведених автором досліджень складає системний підхід до моделювання процесу вентиляції в системах водовідведення. В основі математичних моделей лежать класичні рівняння гідроаеромеханіки (рівняння нерозривності і стану середовища, рівняння руху Рейнольдса, рівняння масопереносу в потоці). У ряді випадків використані емпіричні залежності і наближені формули, що є цілком припустимим при моделюванні таких складних процесів, якими є процеси вентиляції. 

При виконанні експериментальних досліджень використані статистичні методи планування й обробки дослідних даних. 

Обґрунтованість і вірогідність отриманих у дисертаційній роботі результатів підтверджується коректним використанням математичного апарату, а також експериментальними дослідженнями і досвідом експлуатації. Адекватність математичних моделей доведена експериментально, перевірка адекватності математичної моделі виконувалася за критерієм Фішера при довірчій вірогідності 0, 95. 

Наукова новизна отриманих результатів

1. Обґрунтовано методом розмірностей використання k-e моделі турбулентності для розрахунків течії газів і рідини у підколекторному просторі. 

2. Адаптовані до умов течії газу і рідини в колекторах математичні моделі аерогідродинамічних процесів з використанням тривимірних рівнянь Рейнольдса, рівняння нерозривності, тришарової і k-e моделей турбулентності, на базі яких запропонована методика визначення витрат газу і рідини. 

3. Визначено зв'язок між витратою рідини в колекторі і газу у підсводному просторі і показано