Последовательность расчета

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ № 1

РАСЧЕТА ВЫТЯЖНОГО ЗОНТА

Домашнее задание оформляется на листах формата А4 и должно содержать: титульный лист, исходные данный для расчета (свой вариант), расчет, чертеж зонта с указанием размеров (можно не в масштабе, а схематично – см. рис 1 + при необходимости боковые стенки), вывод. Срок исполнения 4 недели.

Вытяжные зонты используются при механической, реже – естественной, вытяжке. Часто зонты устанавливаются на довольно большом расстоянии от источника тепло- и газовыделений (h>1,5 м).

Для этих зонтов (рис. 1) характерно, что между источником вредных выделений (1), находящимся на бетонном основании (2), и приемником (3) есть незащищенное от воздействия внешней среды пространство, в которое подтекает окружающий воздух. Целью расчета является определение расхода воздуха L, скорости движения подтекаемого окружающего воздуха w, необходимых для удаления вредных выделений с помощью зонта, а также определение мощности вентилятора N механической вытяжки.

Рисунок 1 Схема вентиляции источника теплогазовыделений

Исходные данные для расчета (см. табл. 1)

- размеры источника выделения вредностей в плане (длина a и ширина b, м, или диаметр d, м);

- температура поверхности источника t_п, °С;

- температура окружающего источника воздуха t_в, °С;

- выделяющееся вредное вещество;

- коэффициент полезного действия вентилятора η_в и передачи η_п.

Последовательность расчета

Вначале рассчитываем расход L и скорость воздуха w, необходимые для ассимиляции теплоты, а затем уточняем эти параметры с учетом вредных веществ.

1. Определим расстояние Z от полюса тепловой струи до устья (плоскости приемного сечения) зонта. Полюс струи находится на ее оси, ниже поверхности источника тепловыделений, на расстоянии двух диаметров источника или 2d_э ( ). Расстояние Z определяется как , где – h расстояние от поверхности тепловыделений до устья зонта, выбираем из соотношения:

, (1)

2. Эквивалентный диаметр теплового факела у устья зонта

Позволяет определить площадь зонта , как квадрата, в который вписана окружность диаметром d_Z, а также эквивалентный радиус зонта .

3. Определим площадь поверхности, через которую к тепловой струе подтекает окружающий воздух – так называемого расчетного сечения зонта F_р. Площадь этой поверхности равна площади боковой поверхности усеченного конуса с радиусом основания r_з и радиусом сечения (высота конуса Z, сечение на расстоянии h от основания). Тогда

, (3)

4. Скорость по оси восходящей тепловой струи на расстоянии Z от полюса, V_Z (м/с), т.е. осевая скорость у устья зонта, определяется по формуле:

, (4)

где – конвективный тепловой поток струи, Вт, здесь – коэффициент теплопередачи конвекцией, Вт/(м²°С);

F – площадь источника в плане, м².

5. Средняя скорость в плоскости приемного сечения зонта V_c зависит от скорости V_Z и угла раскрытия зонта α:

, (5)

Зависимость коэффициента η от угла раскрытия зонта α представлена на рис. 2. При максимальном α=120°С – минимальная металлоемкость зонта, но и V_c – мала; при α=60°С коэффициент η=1.

Рисунок 2 Зависимость коэффициента η от угла раскрытия зонта α

6. Расход воздуха через плоскость приемного сечения зонта (м/с) равен расходу воздуха через расчетное сечение .

Тогда скорость движения воздуха в расчетном сечении зонта

, (6)

Сравним минимально допустимую скорость в расчетном сечении w_д для определенного в исходных данных вредного вещества (см. ПДК вредного вещества по ГОСТ 12.1.005-88 в табл. 1 и рис. 3) с рассчитанным значением w.

Рисунок 3 Зависимость w_д от ПДК вредного вещества

7. Если w<w_д, то рекомендуется реализовать одну или две из трех операций:

- уменьшить угол раскрытия зонта; для этого с меньшим значением α повторить пункты 5-6 расчета;

- сделать укрытие зонта с одной, двух или трех сторон, при этом уменьшится площадь F_р на четверть, половину, три четверти; при допущении, что средняя скорость в устье зонта останется неизменной; по формуле (6) определяется новая скорость w΄;

- уменьшить высоту подвеса зонта h; для этого необходимо повторить расчет (за исключением определения Q) с новым значением h΄, выбранным с учетом соотношения (1).

8. По уточненному (при необходимости) значению скорости V΄_с определяем расход воздуха и по формуле находим давление H (Па), развиваемое вентилятором. Мощность N , кВт, потребляемую электродвигателем вентилятора рассчитываем по формуле:

9. Необходимо выполнить рисунок, поясняющий расчеты, и сделать выводы.

Таблица 1

Варианты исходных данных для расчета вытяжного зонта

№	a∙b, м или d, м	t_п, °С	t_в, °С	Вредное вещество	η_в	η_п	ПДК, мг/м³
	2,4			CO	0,65	0,90	20,0
	2∙2			NO_x	0,70	0,95	5,0
				CoO	0,75	1,00	0,5
	2,2			SiO₂	0,80	0,90	2,0
	1,8∙2			SO₂	0,70	0,95	10,0
	2∙3			CO	0,75	0,90	20,0
				CuO	0,70	0,95	0,5
	1,6			HBr	0,75	0,90	2,0
	1,5			HCl	0,80	1,00	5,0
	1,6∙1,8			CS₂	0,70	0,95	3,0
	1,4			SeO₂	0,65	0,90	0,1
	2,1			Zn	0,80	0,95	0,5
	1,2∙1,6			Br	0,75	1,00	0,5
				NO_x	0,70	0,90	5,0
				FeO	0,60	0,95	4,0
	3∙2,5			SO₂	0,65	1,00	10,0
	1,4∙1,6			FeV	0,75	0,90	1,0
	1,5			MnO₂	0,70	0,95	0,3
	2,3			Fe₂O₃	0,60	1,00	6,0
	1,7			Sb	0,75	0,90	0,2
	1,6			SiO₂	0,70	1,00	2,0
	3,2			CuO	0,65	0,95	0,5
	2∙2,6			HCl	0,80	0,90	5,0
	2,5			HBr	0,75	1,00	2,0
				Br	0,60	0,95	0,5