CFD моделирование аэроионного режима в рабочих зонах в условиях искусcтвенной ионизации воздуха
Loading...
Files
Date
2016
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, Днипропетровск
Abstract
RU: Цель. Работа предполагает создание CFD модели расчета аэроионного режима в помещениях и в рабочих зонах при искусственной ионизации воздуха путем установки ионизатора внутри помещения с учетом наиболее существенных физических факторов, оказывающих влияние на формирование концентрационного поля аэроионов. Методика. Предложенная CFD модель расчета аэроионного режима в рабочих зонах при искусственной ионизации воздуха путем установки ионизатора внутри помещения основана на применении уравнений аэродинамики, электростатики и массопереноса. Уравнение массопереноса учитывает взаимодействие ионов различной полярности друг с другом и с частицами пыли. Расчет скорости движения воздушных потоков в помещении осуществлялся на основе модели потенциального течения, для чего было использовано уравнение Лапласа для функции тока. Для расчета дрейфа заряженных частиц под действием
электрического поля использовалось уравнение Пуассона для электрического потенциала. При моделировании учитывались: 1) влияние геометрических характеристик рабочей зоны; 2) местоположение отверстий приточно-вытяжной вентиляции; 3) расстановка мебели и оборудования; 4) режим воздухообмена в помещении; 5) наличие препятствий в процессе рассеивания аэроионов; 6) конкретное место эмиссии частиц пыли и ионов различной полярности и их взаимодействие в помещении и в рабочих зонах. Результаты. Разработанная CFD модель позволяет определить концентрацию отрицательных ионов в помещении и в зоне расположения органов дыхания человека. Распределение концентрации отрицательных аэроионов представлено в виде изолиний концентрационного поля. Научная новизна. Авторами создана 2D CFD модель для
расчета аэроионного режима в рабочих зонах, предоставляющая возможность определять концентрационное поле аэроионов в заданном месте в помещении. Предложенная модель разработана с учетом: размещения мебели и оборудования в помещении; геометрических характеристик помещения; местоположения источников эмиссии пыли и ионов различной полярности; физических процессов, влияющих на формирование концентрационного поля аэроионов. Практическая значимость. Полученная 2D CFD модель для расчета аэроионного режима в рабочих зонах позволит рассчитывать концентрацию аэроионов в месте расположения дыхательных органов человека с учетом основных физических факторов, определяющих формирование
концентрационных полей аэроионов. Это даст возможность рационально расположить ионизаторы в рабочих помещениях для создания комфортных условий работы персонала.
UK: Мета. Робота передбачає створення CFD моделі розрахунку аероіонного режиму в приміщеннях і в робочих зонах при штучній іонізації повітря шляхом установки іонізатора всередині приміщення з урахуванням найбільш суттєвих фізичних факторів, що впливають на формування концентраційного поля аероіонів. Методика. Запропонована CFD модель розрахунку аероіонного режиму в робочих зонах при штучній іонізації повітря шляхом установки іонізатора всередині приміщення заснована на застосуванні рівнянь аеродинаміки, електростатики та масопереносу. Рівняння масопереносу враховує взаємодію іонів різної полярності один із одним та з частинками пилу. Розрахунок швидкості руху повітряних потоків у приміщенні здійснювався на основі моделі потенційної течії, для чого було використано рівняння Лапласа для функції току. Для розрахунку дрейфу заряджених частинок під дією електричного поля використовувалось рівняння Пуассона для електричного потенціалу. При моделюванні враховувались: 1) вплив геометричних характеристик робочої зони; 2) місце розташування отворів припливно-витяжної вентиляції; 3) розміщення меблів та устаткування; 4) режим повітрообміну в приміщенні; 5) наявність перешкод у процесі розсіювання аероіонів; 6) конкретне місце емісії частинок пилу та іонів різної полярності та їх взаємодія в приміщенні і в робочих зонах. Результати. Розроблена CFD модель дозволяє визначити концентрацію негативних іонів у приміщенні і в зоні розташування органів дихання людини. Розподіл концентрації негативних аероіонів представлено у вигляді ізоліній концентраційного поля. Наукова новизна. Авторами створена 2D CFD модель для розрахунку аероіонного режиму в робочих зонах, яка надає можливість визначати концентраційне поле аероіонів у заданому місці в приміщенні. Запропонована модель розроблена з урахуванням: розміщення меблів та обладнання в приміщенні; геометричних характеристик приміщення; місця розташування джерел емісії пилу та іонів різної полярності; фізичних процесів, що впливають на формування концентраційного поля аероіонів. Практична значимість. Отримана 2D CFD модель для розрахунку аероіонного режиму в робочих зонах дозволить розраховувати концентрацію аероіонів у місці розташування дихальних органів людини з урахуванням основних фізичних факторів, які визначають формування концентраційних полів аероіонів. Це дасть можливість раціонально розташувати іонізатори в робочих приміщеннях для створення комфортних умов роботи персоналу.
EN: Purpose. The paper supposes creation of a CFD model for calculating the air ion regime in the premises and in work areas at artificial ionization of the air by the ionizer installation indoors with considering the most important physical factors that influence the formation of ions concentration field. Methodology. The proposed CFD model for calculation of the air ion regime in work areas at artificial ionization of the air by installing ionizer indoors is based on the application of aerodynamics, electrostatics and mass transfer equations. The mass transfer equation takes into account the interaction of different polarities of ions with each other and with the dust particles. The calculation of air flow rate in the room is realized on the basis of the potential flow model by using the Laplace equation for the stream function. Poisson equation for the electric potential is used for calculation of the charged particles drift in an electric field. At the simulation to take into account: 1) influence of the working area geometric characteristics; 2) location of the ventilation holes; 3) placement of furniture and equipment; 4) ventilation regime in the room; 5) presence of obstacles on the ions dispersion process; 6) specific location of dust particles emission and ions of different polarity, and their interaction in the room and in the working zones. Findings. The developed CFD model allows determining the concentration of negative ions in the room and in the area of the human respiratory organs. The distribution of the negative ions concentration is presented in the form of concentration field isolines. Originality. The 2D CFD model for calculating the air ion regime in working areas, providing the ability to determine the ions concentration in a given place in the room was created. The proposed model is developed taking into account: placement of furniture and equipment in the room; geometric characteristics of the room; location of dust emissions sources and ions of different polarity; physical processes affecting the formation of ions concentration field. Practical value. The obtained 2D CFD model for calculating the air ions regime in working areas allow to calculate the concentration of ions at the location of the respiratory organs, taking into account the basic physical factors determining the formation of ions concentration fields. It will allow rationally arranged the ionizers in the working premises to create the comfortable working conditions for staff.
UK: Мета. Робота передбачає створення CFD моделі розрахунку аероіонного режиму в приміщеннях і в робочих зонах при штучній іонізації повітря шляхом установки іонізатора всередині приміщення з урахуванням найбільш суттєвих фізичних факторів, що впливають на формування концентраційного поля аероіонів. Методика. Запропонована CFD модель розрахунку аероіонного режиму в робочих зонах при штучній іонізації повітря шляхом установки іонізатора всередині приміщення заснована на застосуванні рівнянь аеродинаміки, електростатики та масопереносу. Рівняння масопереносу враховує взаємодію іонів різної полярності один із одним та з частинками пилу. Розрахунок швидкості руху повітряних потоків у приміщенні здійснювався на основі моделі потенційної течії, для чого було використано рівняння Лапласа для функції току. Для розрахунку дрейфу заряджених частинок під дією електричного поля використовувалось рівняння Пуассона для електричного потенціалу. При моделюванні враховувались: 1) вплив геометричних характеристик робочої зони; 2) місце розташування отворів припливно-витяжної вентиляції; 3) розміщення меблів та устаткування; 4) режим повітрообміну в приміщенні; 5) наявність перешкод у процесі розсіювання аероіонів; 6) конкретне місце емісії частинок пилу та іонів різної полярності та їх взаємодія в приміщенні і в робочих зонах. Результати. Розроблена CFD модель дозволяє визначити концентрацію негативних іонів у приміщенні і в зоні розташування органів дихання людини. Розподіл концентрації негативних аероіонів представлено у вигляді ізоліній концентраційного поля. Наукова новизна. Авторами створена 2D CFD модель для розрахунку аероіонного режиму в робочих зонах, яка надає можливість визначати концентраційне поле аероіонів у заданому місці в приміщенні. Запропонована модель розроблена з урахуванням: розміщення меблів та обладнання в приміщенні; геометричних характеристик приміщення; місця розташування джерел емісії пилу та іонів різної полярності; фізичних процесів, що впливають на формування концентраційного поля аероіонів. Практична значимість. Отримана 2D CFD модель для розрахунку аероіонного режиму в робочих зонах дозволить розраховувати концентрацію аероіонів у місці розташування дихальних органів людини з урахуванням основних фізичних факторів, які визначають формування концентраційних полів аероіонів. Це дасть можливість раціонально розташувати іонізатори в робочих приміщеннях для створення комфортних умов роботи персоналу.
EN: Purpose. The paper supposes creation of a CFD model for calculating the air ion regime in the premises and in work areas at artificial ionization of the air by the ionizer installation indoors with considering the most important physical factors that influence the formation of ions concentration field. Methodology. The proposed CFD model for calculation of the air ion regime in work areas at artificial ionization of the air by installing ionizer indoors is based on the application of aerodynamics, electrostatics and mass transfer equations. The mass transfer equation takes into account the interaction of different polarities of ions with each other and with the dust particles. The calculation of air flow rate in the room is realized on the basis of the potential flow model by using the Laplace equation for the stream function. Poisson equation for the electric potential is used for calculation of the charged particles drift in an electric field. At the simulation to take into account: 1) influence of the working area geometric characteristics; 2) location of the ventilation holes; 3) placement of furniture and equipment; 4) ventilation regime in the room; 5) presence of obstacles on the ions dispersion process; 6) specific location of dust particles emission and ions of different polarity, and their interaction in the room and in the working zones. Findings. The developed CFD model allows determining the concentration of negative ions in the room and in the area of the human respiratory organs. The distribution of the negative ions concentration is presented in the form of concentration field isolines. Originality. The 2D CFD model for calculating the air ion regime in working areas, providing the ability to determine the ions concentration in a given place in the room was created. The proposed model is developed taking into account: placement of furniture and equipment in the room; geometric characteristics of the room; location of dust emissions sources and ions of different polarity; physical processes affecting the formation of ions concentration field. Practical value. The obtained 2D CFD model for calculating the air ions regime in working areas allow to calculate the concentration of ions at the location of the respiratory organs, taking into account the basic physical factors determining the formation of ions concentration fields. It will allow rationally arranged the ionizers in the working premises to create the comfortable working conditions for staff.
Description
Н. Беляев: ORCID 0000-0002-1531-7882; С. Цыганкова: ORCID 0000-0002-9837-3109
Keywords
CFD модель, аэроионный режим, концентрационное поле аэроионов, искусственная ионизация, аероіонний режим, концентраційне поле аероіонів, штучна іонізація, CFD model, air ions regime, concentration field of air ions, artificial ionization, КГВ
Citation
Беляев Н. Н., Цыганкова С. Г. CFD моделирование аэроионного режима в рабочих зонах в условиях искусcтвенной ионизации воздуха. Наука та прогрес транспорту. 2016. № 1 (61). С. 39–47. doi: 10.15802/stp2016/60947.