Реферат: Компьютерное моделирование местной вентиляции

work.doc — отчет по охране труда по теме: моделирование местной вентиляции.
programms.rar — программка для этого отчета на Builder'e и на простейшем бейсике. В версии под Builder не слишком хорошо работает построение графика и некий бардак творится в с четвертым типом рассчета (там всегда одни и те же числа — где взять правильную формулу не знаю)

Охрана трудаи экология

Постановкалабораторнойработы на компьютерепо исследованиюместной вентиляции

Цель работы

В работеисследуетсязависимостьобъема удаляемоговоздуха отколичестватепла, выделяемогоисточникомвнутри вытяжногошкафа. Разрабатываетсяпрограмма, исследующуюмодель местнойвентиляции.

Содержаниеработы

Изучение методических указаний по обеспечении оптимальных параметров воздушной среды в рабочей зоне.

Разработка программы, исследующей модель местной вентиляции.

Построение графика зависимости объема удаляемого воздуха от количества выделяющегося от нагретых поверхностей под воздушным зонтом тепла .

Построение графика зависимости объема удаляемого воздуха от площади рабочих проемов вытяжного шкафа .

Построение графика зависимости объема удаляемого воздуха от количества тепла, выделяемого внутри вытяжного шкафа.

Теоретическаячасть

Приступаяк проектированиювентиляции, необходимопрежде всегодать характеристикупроизводственногопомещения ипроводимыхв нем технологическихпроцессов.Следует указатьвсе виды выделений(влаги, вредныхвеществ, избыткатепла), характерих воздействийна человека, нормируемыепредельнодопустимыеконцентрациивредных веществи параметрымикроклиматав помещении, где осуществляетсяпроизводственныйпроцесс.

Влаговыделения

Влага выделяетсяв результатеиспарения сосвободнойповерхностиводы и влажныхповерхностейматериалови кожи, в результатедыхания людей, а также химическихреакций, работыоборудованияи т.д. Количествовлаги, выделяемоелюдьми (см. табл.1), г/ч, определяетсяпо формуле:

W= n / w,

где n — число людей; w — количествовлаги, выделенноеодним человеком, г/ч.

Таблица1.Количествотепла и влаги, выделяемоечеловеком.

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, испаряющейсяс открытойповерхностине кипящейводы, кг/ч, определяетсяпо формуле:

где -коэффициент, зависящий оттемпературыповерхностииспарения(табл. 2);-скорость движениявоздуха надповерхностьюиспарения, м/с.;,/> — давлениеводяного пара, соответственно, при температуреповерхностииспарения иполном насыщениии в окружающемвоздухе, кПа;-площадьповерхностииспарения,;/> — барометрическоедавление, кПа.

Таблица2.Значениекоэффициента

, С

30

40

50

60

70

80

90

0,02

0,028

0,033

0,037

0,041

0,046

0,051

Для некипящейводы температураповерхностииспарениянаходитьсяиз таблицы 3 посредней температуреводы

Таблица3.Температураповерхностииспарения воды

, С

20 30 40 50 60 70 80 90

, С

18 28 37 45 51 58 69 82

Количествовлаги, испарившейсяпри кипенииводы,, кг/ч, зависитот количестваподводимогок воде теплаи вида укрытияводы и можетбыть определенопо формуле:

,

где -опытный коэффициент, учитывающийвид укрытия:

для плотныхукрытий безотсоса воздуха-, при отсосевоздуха — ;/> — мощность тепловогоисточникаиспарения, Вт;-скрытаятеплота испарения, кДж/кг.

Ориентировочноинтенсивностьиспарения можетбыть принятаравной кг в 1 час с 1поверхности.

Количествоводяных паров, образующихсяпри химическихреакция, в томчисле и пригорении веществ, определяетсяпо опытнымданным. Присжигании 1 кггорючего количествообразовавшейсявлаги можетбыть определенопо таблице 4.

Таблица4.Количествовлаги, образующейсяпри сгорании1 кг топлива

Горючей вещество

, кг/кг

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

Количествоиспаряющейсявлаги (кг/ч)при примененииохлаждающихэмульсий приохлажденииметаллорежущихстанков определяетсяпо формуле, где -мощность станков, кВт.

Влаговыделенияот технологическогооборудованияобычно принимаютсяпо справочнымданным.

Газо-и пылевыделения

В помещениимогут находитсяразличныеисточникивыделений газови пыли. Необходимоучитыватьгазовыделениясо свободнойповерхностижидкостей, присгорании топлива, через неплотностиаппаратурыи трубопроводов, при различныхтехнологическихоперациях(окраске, сварке, гальванизации, пайке, травлении, нанесениифоторезисторови т.д.). Пылевыделенияимеют местопри механическойобработкематериалов, их очистке, полировке, дроблении, транспортировке, сварочныхработах и другихоперациях.Места пылеобразования, как правило, оборудуютсяместной вентиляцией.

Количестводвуокиси углерода, содержащийсяв выдыхаемомчеловекомвоздухе, определяетсяпо таблице 5.

При наличиив помещенииисточниковдругих вредныхвыделенийколичествоэтих выделенийв воздухе (газы, пары, пыль идр.) подсчитываютсяисходя изособенностейтехнологическогопроцесса иоборудования.

Таблица5.Количестводвуокиси углерода, выделяемогочеловеком.

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

Тепловыделенияот людей.

Тепловыделениячеловека зависятот тяжестиработы, температурыи скоростидвижения окружающеговоздуха. Количествотепла, выделяемогоодним человеком, приведено втаблице 1. Считается, что женщинавыделяет 85%, аребенок 75% тепловыделениявзрослогомужчины.

В расчетахиспользуетсяявное тепло, т.е. тепло, воздействующеена изменениетемпературыв помещении.

Тепловыделенияот солнечнойрадиации

Расчет тепла, поступающегов помещениеот солнечнойрадиации и, производитьсяпо следующимформулам:

для остекленных поверхностей

;

для покрытий

;

где ,/> — площади поверхностиостекленияи покрытия, ;,-тепловыделенияот солнечнойрадиации,, через поверхностиостекления(с учетом ориентациипо сторонамсвета) и черезпокрытия(таблицы 6 и 7);-коэффициентучета характераостекления(таблица 8).

Таблица 6.Тепловыделенияот солнечнойрадиации черезостекление,

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 5565

Окна с двойным остеклением с переплетами:

деревянными 128 145 145 170 100 128 145 170 145 145 170 170 75 75 7575 металлическими 165 185 185 120 128 165 185 210 185 185 200 210 95 95 9595

Фонари с двойным вертикальным остеклением с переплетами:

деревянными 140 170 170 175 115 145 175 175 170 170 185 185 87 87 8780 металлическими 150 185 185 200 128 165 200 200 185 185 210 210 100 100 10095

Дляостекленныхповерхностей, ориентированныхна север, =0

Таблица 7.Тепловыделенияот солнечнойрадиации черезпокрытие ,

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

Солнечнуюрадиацию следуетучитывать принаружной температуреот 10 Си 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

За величинуостекленияпринимаетсябольшая величина, полученнаяпри расчетедвух вариантов:

тепловыделение через остекление в одной стене в сумме с тепловыделением через покрытие и фонари;

тепловыделение через остекление в двух взаимно перпендикулярных стенах с коэффициентом 0,7 в сумме с тепловыделением через покрытие и фонари.

Тепловыделениеот электродвигателей

Расчеттепловыделенияот электродвигателей, Вт, производитьсяпо формуле:

,

где -суммарнаяноминальнаямощностьэлектродвигателей, кВт; -коэффициент, учитывающийиспользованиеустановочноймощности двигателей, их загрузкупо мощности, одновременностьих работы, долюперехода механическойэнергии в тепловою.

Приближеннодля электродвигателей, работающихс устройствамибез принудительногожидкостногоохлаждения; для приводовстанков сиспользованиемэмульсии; для двигателей, приводящихустройствас местнымиотсосами, .

Тепловыделениеот печей

Расчеттепловыделенияот печей, Вт, производитьсяпо следующимформулам:

для печей, работающих на топливе:

;

для электрических печей

,

где -расход топлива, кг/ч;,-коэффициенты, учитывающиедолю тепла, поступающуюв помещение(см. таблицу9);-теплотворнаяспособностьтоплива, кДж/кг(таблица 10);-коэффициентнеполнотысгорания топлива, принимаемыйравным ;-суммарнаямощностьэлектропечей, кВт.

Таблица 9.Значениекоэффициентови

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 -

Таблица 10.Теплотворнаяспособность,

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

Тепловыделенияот источниковискусственногоосвещения

Расчеттепловыделенияот источниковискусственногоосвещения, Вт, производитьсяпо формуле:

,

где -суммарнаямощность источниковосвещения, кВт;-коэффициенттепловых потерь(дляламп накаливания, длялюминесцентныхламп).

Для расчетатепловыделенийот радиотехническихустановок иустройстввычислительнойтехники используетсяаналогичнаяформула, в которойдлярадиотехническихустройств идляустройстввычислительнойтехники.

Определениепотребноговоздухообмена

Необходимыйрасход воздухаопределяетсявредными факторами, вызывающимиотклоненияпараметроввоздушной средыв рабочей зонеот нормируемых(поступлениевредных веществ, влаги, избытковтепла).

Потребныйвоздухообменпри поступлениивредных веществв воздух рабочейзоны

В помещения, загрязненныхвредными парами, газами илипылью, количествовоздуха ,/ч,необходимогодля разбавленияконцентрациивредных веществдо допустимых, рассчитываютпо формуле:

,

где -количествовредных веществ, выделяющихсяв помещенииза 1 час, мг/ч;,-концентрациявредных веществв приточноми удаляемомвоздухе, .

Концентрацияпринимаетсяравной предельнодопустимойдля рассматриваемоговредного вещества.

При одновременномвыделении ввоздух рабочейзоны несколькихвредных веществ, не обладающиходнонаправленнымдействием, потребныйвоздухообменследует приниматьпо тому вредномувеществу, длякоторого требуетсяподача чистоговоздуха в наибольшемколичестве.

В тех случаях, когда происходитодновременноевыделениенесколькихвредных веществоднонаправленногодействия, расчетобщеобменнойвентиляциивыполняетсяпутем суммированияколичестввоздуха, необходимогодля разбавлениякаждого веществадо его предельнодопустимойконцентрации.

Воздухообмен, обеспечивающийудаление избытковтепла

В помещениясо значительнымитепловыделениямиобъем приточноговоздуха, необходимогодля поглощенияизбытков тепла,,ч,рассчитываютпо формуле:

,

где -теплоизбытки, Вт;-массовая удельнаятеплоемкостьвоздуха ();-плотностьприточноговоздуха ();/>, — температураудаляемогои приточноговоздуха С.

Температурыприточноговоздуха принимаютсяпо СНиП-П-33-75 дляхолодного итеплого временигода. Температураудаляемоговоздуха определяетсяпо формуле:

,

где -температурав рабочей зонепо ГОСТ 12.1.005-76;-нарастаниетемпературына каждый 1 мвысоты, С/ м;-высота помещения, м.

Величинавзависимостиот тепловыделенияС/м.

Определениепотребноговоздухообменапри наличиеизбытков влаги

Расчет расходавоздуха ,/ч, ведется поформуле:

,

где -количествоводного пара, выделяющегосяв помещении, г/ч;,/> — влагосодержаниевытяжного(принимаетсяравным предельнодопустимому)и приточноговоздуха, г/кг, определяетсяпо температуреи относительнойвлажностивоздуха издиаграммы;-плотностьприточноговоздуха, .

При одновременномвыделениивредных веществ, тепла и влагисравниваютсясоответствующийвоздухообмены, потребные дляих удаления, и выбираетсяиз них наибольший.

Расчет устройствместной вентиляции, устанавливаемыхна рабочихместах

Воздушноедуширование

Воздушноедушированиеследует применять, когда на работающеговоздействуетлучистая теплотас интенсивностью350 Вт/и более.

Нормы температурыС, и скоростей, м/с, воздушногодушированиядля работ среднейтяжести приведеныв табл.12, полученныеданные для всехкатегорий работданы в Санитарныхнормах проектированияпромышленныхпредприятийСН 245-71 и ГОСТ 121.005-76«Воздух рабочейзоны».

Таблица 12Нормы температурыи скоростейдвижения воздухапри воздушнойдушированиидля категорииработ среднейтяжести

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 подаетсяна рабочееместоприточнымипатрубками.Патрубки необходимоустанавливатьна такой высоте, чтобы они создавалихорошее обдуваниеприточнымвоздухом верхнейчасти туловищачеловека и незатруднялинормальнуюэксплуатациюоборудования.

На рабочееместо воздухможет подаватьсяили горизонтально, или сверху поуглом 45.Расстояниеот выходногопатрубка дорабочего, обслуживающегоустановку, должно бытьне менее 1 метра.Расчет душирующегопатрубка ведетсяно следующейсхеме:

Первоначальноопределяетсяотношениеразности температур:

,

где, и — температурав рабочей зоне, нормируемаятемпературавоздуха нарабочем местеи температуравоздуха навыходе из душирующегопатрубка.

При для достижениядостаточноадиабатногоохлаждениявоздуха, при/>требуетсяискусственноеохлаждение.

В задачурасчета воздушногодуша входитопределениенеобходимойскорости воздухана выходе изпатрубка иплощади выходногосечения патрубка.

При значениеопределяетсяпо формуле:

,

где -расстояниеот душирующегопатрубка дорабочего места, м;-опытный коэффициент, характеризирующийизменениетемпературыпо осу струн(для патрубковтипа ППД )

При впределах отдорасчетведетпо формуле:

.

Скоростьвоздуха навыходе из патрубка(м/с), определяетсякак:

,

где -скорость ветрана рабочемместе (нормируемая)м/с. По значениямиопределяетсярасход воздухачерез патрубок:

.

Воздушныйзонт

Воздушныйзонт представляетсобой металлическийколпак, расположенныйнад источникомвредных выделений.Сечение всасывающегоотверстияколпака должноиметь форму, геометрическиподобнуюгоризонтальнойпроекции зеркалавредных выделений.

Размер каждой из сторонвсасывающегосечения колпакаопределяетсяпо формуле:

,

где -размер стороны(или диаметра)зеркала выделенийвредностей, м;-расстояниеот поверхностиисточникавыделения доприемногоотверстияколпака, м.Минимальноезначениеопределяетсяудобствомработы приконкретномтехнологическомпроцессе.

Для равномерностивсасыванияугол раскрытияколпака следуетпринимать неменее 60.

Объем удаляемоговоздуха ,ч, определяетсяпо формуле:

,

где -площадьприемногоотверстияколпака;

— средняя скоростьветра в приемномотверстиизонта, м/с (данныео значенияхприведеныв таблице 13).

Таблица 13.Рекомендуемыезначения среднихскоростейвоздуха в приемныхотверстияхвытяжных зонтов.

Число открытых сторон зонта 4 3 2 1

Скорость воздуха, м/с

Часто зонтыустанавливаюту загрузочныхотверстийпечей. В этомслучае размерзонта у загрузочногоотверстия печидолжен соответствоватьразмерам вырывающейсясвободной струис учетом ееискривленияпод действиемгравитационныхсил.

Вылет зонтарассчитываютпо формуле:

,

где -высота загрузочногоотверстия печим.

Ширину зонтанеобходимопринимать намбольше ширинызагрузочногоотверстия. Зонтнеобходимоустанавливатьна уровне верхнейкромки окна.Для зонтов, расположенныхнад нагретымиповерхностями, объем воздухав теплой струе, поднимающейсянад источником, равен:

,

где -количествотепла, удаляющегосяза счет конвекции, Вт;-горизонтальнаяпроекция источникатепловыделения,;-расстояниеот плоскоститепловыделениядо приемногоотверстиязонта, м.

Вытяжныешкафы

Вытяжныешкафы создаютукрытия источникавредных выделенийсо всех сторон.Для наблюденияза работой вшкафу имеетсярабочие проемы, закрываемыеподвижнымишторками. Вытяжныешкафы с механическойтягой устраиваютс верхним отсосом, с нижним отсосоми комбинированные.

Объем отсасываемогоиз шкафа воздухарассчитываетсяпо формуле:

,

где -площадь рабочихпроемов шкафа;-средняя скоростьвоздуха в рабочихпроемах шкафа, м/с.

Рекомендуемыезначения взависимостиот характераработ приведеныв таблице 14

Таблица 14.Рекомендуемыезначения

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 наличиев шкафу тепловогоисточника(печи, горелки), объем удаляемоговоздуха, ч, определяетсяпо формуле:

,

где -высота рабочихпроемов шкафа,ч; — количествотепла, выделяемоевнутри шкафа, Вт.

Отсасывающиепанели

Отсасывающиепанели применяютсядля удалениявредных выделений, увлекаемыхконвективнымипотоками, в томчисле, когдазона вредныхвыделенийотносительновелика и болееполное укрытиеорганизоватьтрудно. Отсасывающиепанели следуетприменять присварке, пайке, выдувке стекла, при удалениинагретых газови пыли.

Расход воздухачерез панель,,ч, вычисляетсяпо формуле:

,

где -коэффициент, зависящий отконструкциипанели и еерасположенияотносительноисточниковтепла;- конвективнаясоставляющаяисточникатепла, Вт.;-расстояниеот верха плоскостидо центра всасывающихотверстийпанели, м.;-ширина источникатепла, м.

Коэффициентпринимаетсяравным дляпанелей:

тип 1 (односторонняя панель)

тип 2 (панель с экраном)

Бортовыеотсосы

Бортовойотсос являетсяосновным местнымотсосом от ваннв гальваническихи травильныхцехах и участках.В настоящеевремя распространениеполучили бортовыеотсосы обычныеи опрокинутые, каждый из которыхможет бытьактивированподдувом воздуха(отсос с передувкой).Бортовые отсосырасполагаютс одной стороныванны (однобортныеотсосы) или сдвух ее сторон(двубортныеотсосы).

Описаниепрограмм

Разработаннаяпрограммапредназначенадля моделированияместной вентиляции.Программа имеетпростой и интуитивнопонятный интерфейси предназначенадля выполненияв среде Windows9x.

Для проведениярасчетов выбратьодин из пятитипов расчетаи нажать кнопку«Дальше». Затемнеобходимоввести начальноезначение изучаемогодиапазона, количествовычисленийи шаг вычисленийи также нажатькнопку «Дальше».

После проведениярасчетов появитьсяпростейшийграфик и, нажавна кнопку «Готово», можно сохранитьполученныерезультатырасчета.

Кнопка «Назад»служит длявозврата впредыдущеесостояниепрограммы изадания новыхначальныхвеличин иливыбора новоготипа расчета.

По результатамисследованияработы программыс моделью воздушногозонта (горизонтальнаяпроекция источникатепловыделений0,75 кв.м., расстояниедо плоскоститепловыделения1 м.) на диапазоневходных значений(количестватепла, выделяемогопод воздушнымзонтом, Вт) от10 до 100 Вт с шагомв 10 Вт, построенграфик зависимости(График 1)

График 1

Зависимостьобъема удаляемоговоздушнымзонтом воздухаот количестватепла, выделяемогонагретымиповерхностямипод зонтом

По результатамисследованияработы программыс моделью вытяжногошкафа (внутришкафа выполняютсялабораторныеработы, скоростьвоздуха 0,4 м/с)на диапазоневходных значений(площадьрабочих проемовшкафа )от 0,1 до 1 с шагом 0,1, построен графикзависимости(График 2)

График 2

Зависимостьобъема удаляемоговоздуха от площадирабочих проемоввытяжного шкафа

По результатамисследованияработы программыс моделью вытяжногошкафа (высотарабочих проемовшкафа 1м.; площадь рабочихпроемов шкафа)на диапазоневходных значений(количестватепла, выделяющегосявнутри шкафа)от 10 до 100 Вт с шагом10 Вт, построенграфик зависимости(График 3)

График 3.

Графикзависимостиобъема удаляемоговоздуха от объемавыделяющегосявнутри шкафатепла