ОПТИМИЗАЦИЯ ВЫБОРА ПАРАМЕТРОВ АППАРАТОВ ОЧИСТКИ В СИСТЕМАХ МЕСТНОЙ ВЫТЯЖНОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ

Полный текст

Среди множества аспектов, определяющих состояние окружающей среды, особое место занимают проблемы охраны атмосферного воздуха (СанПиН 2.1.6.1032-01. Гигиенические требования к обеспечению качества атмосферного воздуха населенных мест). Значительный вклад в загрязнение атмосферы вносят вентиляционные выбросы промышленных предприятий, содержащие твердые или жидкие взвешенные частицы. Неотъемлемой частью природоохранных мероприятий является разработка технологических процессов и оборудования, предназначенных для снижения выбросов от существующих промышленных источников, т.е. очистка вентиляционных выбросов от аэрозолей. С другой стороны, функционирование промышленных предприятий невозможно без правильно организованной системы вентиляции, работа которой обеспечивает не только регламентируемый тепловлажностный режим (СП 60.13330.2012. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха), но и требуемую чистоту воздуха в помещении (СанПиН 2.2.4.548-96. Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений). Для повышения эффективности работы вентиляционной системы целесообразно в ее составе предусматривать установку аппаратов очистки воздуха [1, 2], особенно от высокодисперсных аэрозольных частиц с размерами менее 1 мкм, оказывающих наиболее неблагоприятное воздействие на организм человека [3-8]. Эффективность использования аппаратов очистки вентиляционных выбросов от аэрозолей субмикронных размеров в значительной степени Градостроительство и архитектура | 2017 | Т. 7, № 3 20 определяется их стоимостью, удобством и экономичностью монтажа и эксплуатации, возможностью возвращения уловленного сырья в производство. При использовании для очистки вентиляционных выбросов аппаратов, принцип действия которых основан на осаждении высокодисперсных частиц в тонких трубках и щелевых каналах [9-12], параметрами, характеризующими эффективность работы аппарата, являются степень очистки воздуха, геометрические характеристики и аэродинамическое сопротивление (потери давления) аппарата: η = f(L/D; Δр), (1) где η - эффективность очистки, %; L - длина осадительного элемента, м; D - диаметр трубки, м (в каналах - эквивалентный диаметр Dэ); Δр - аэродинамическое сопротивление, Па. Исследования показали [5-8], что добиться заданной величины эффективности очистки возможно комбинацией пар значений (L/D; Δp). Наибольший интерес представляют значения в диапазоне η ≥ 90%. Для одинакового значения эффективности очистки увеличение значения L/D ведет к уменьшению потерь давления Δp. Задачей является нахождение оптимального сочетания значений L/D и Δp, дающего максимальный эффект, т.е. необходимо решить задачу многокритериальной оптимизации [13]. Реализовать принцип оптимальности - это значит решить экстремальную задачу вида: max(min)f(x1, x2, ..., xn), φ(x1, x2, ..., xn){≤, =, ≥}bi, i = 1, m, (2) xj ≥ 0, j = 1, n, где f(x1, x2, ..., xn) - целевая функция, включающая в себя критерий оптимальности; xj, j = 1, n - набор управляющих переменных; φ(x1, x2, ..., xn){≤, =, ≥}bi, i = 1, m - система ограничений. Для решения многокритериальных задач используются различные методы определения обобщенного показателя оптимальности. В случае разноразмерных критериев оптимизацию возможно выполнить с использованием обобщенной функции желательности Харрингтона d(х). Она возникла в результате наблюдений за реальными решениями экспериментаторов и обладает свойствами непрерывности, монотонности и гладкости. Значимые параметры пересчитываются в числовые значения, а затем определяется общий показатель [14-16]. Шкала Харрингтона устанавливает соответствие между лингвистическими оценками желательности значений показателя х и числовыми интервалами d(х). Возможно ограничиться тремя градациями шкалы Харрингтона, отвечающими лингвистическим категориям «плохо», «удовлетворительно», «хорошо». В этом случае область, соответствующая уровню «удовлетворительно», находится в диапазоне от 0,37 до 0,69, а области «плохо» и «хорошо» характеризуются интервалами (0,00; 0,37) и (0,69; 1,00) соответственно. Аналитически для монотонных по предпочтениям критериев функция желательности Харрингтона задается следующей формулой: di = d(zi) = exp(-exp(-zi)), (3) zi = (xi-xi0)/(xi1-xi0), где zi - кодированные значения i-го показателя, представляющие собой безразмерные величины; xi - значение i-го информативного показателя; xi0 и xi1- границы области «удовлетворительно» в исходной шкале. Введение шкалы желательности позволяет свести исходную многокритериальную задачу принятия решения с разноразмерными критериями к многокритериальной задаче с критериями, измеряемыми в одной и той же шкале, поэтому следующим этапом является свертка частных функций желательности di в обобщенный критерий желательности. . (4) Таким образом, задача оптимизации по критерию «максимум эффекта» математически запишется следующим образом: . (5) Для поиска оптимального сочетания геометрических размеров осадительного элемента, аэродинамического сопротивления аппарата и его коэффициента эффективности очистки целесообразно найти обобщенный критерий желательности, пользуясь следующими критериями: • эффективность очистки: диапазон изменения критерия находится в промежутке η(90; 98); • геометрические размеры осадительного элементы: диапазон изменения L/D(175; 300); • аэродинамическое сопротивление : диапазон изменения Δp(800; 2200). По этим показателям сравниваются различные сочетания пар значений (L/D; Δp), определяющие характеристику конструируемого аппарата очистки. Конкретные параметры сравниваемых вариантов, соответствующих определённым парам значений- (L/D; Δp), распределяются на промежутке эффективных значений шкалы частных показателей. Затем соответствующие им показатели пересчитываются 1 min max min max 0,368 0,692, 1, ( ) exp( exp( z )) ( ) ( ) ( ) n n i i i i i i i i i i i i d d i n d d z z z x x x x x

Об авторах

Светлана Михайловна ПУРИНГ

Самарский государственный технический университет

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Денис Николаевич ВАТУЗОВ

Самарский государственный технический университет

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Геннадий Иванович ТИТОВ

Самарский государственный технический университет

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Список литературы

Дополнительные файлы