МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ПОШИРЕННЯ АЕРОІОНІВ В РОБОЧОМУ ПРИМІЩЕННІ :  РІШЕННЯ ЗАДАЧІ ОПТИМІЗАЦІЇ

М. М. Біляєв; О. М. Біляєва

doi:10.30838/UJCEA.2312.241225.42.1208

Автор(и)

М. М. Біляєв Український державний університет науки і технологій, ННІ «Дніпровський інститут інфраструктури і транспорту», Україна
О. М. Біляєва Дніпровський національний університет імені Олеся Гончара, Україна

DOI:

https://doi.org/10.30838/UJCEA.2312.241225.42.1208

Ключові слова:

іонізація повітря, робоча зона, мікроклімат, іонізатор, аеродинаміка приміщень, CFD моделювання

Анотація

Постановка проблеми. Розглядається процес іонізації повітря в робочому приміщенні. Ставиться задача визначення оптимального місця розташування іонізатору в робочій зоні. Мета роботи. Розробка CFD моделі на базі спряженого рівняння для обґрунтування оптимального міста розташування іонізатора в приміщенні. Методика. Для рішення спряженого рівняння використовуються дві кінцево-різницеві схеми. Перша чисельна модель побудована на базі змінно-трикутної схеми розщеплення. Друга чисельна модель базується на рішенні рівняння масопереносу відносно прирощення невідомої функції. Рішення задачі аеродинаміки здійснюються шляхом чисельного інтегрування рівняння Лапласу для потенціалу швидкості. Розроблені чисельні моделі аеродинаміки враховують положення отворів системи вентиляції, наявність перешкод (наприклад, меблі) в робочому приміщенні, кратність повітрообміну. Для чисельного інтегрування рівняння для потенціалу швидкості використовується ідея встановлення рішення за часом. Чисельне інтегрування здійснюється на базі метода розщеплення. Використовуються дві кінцево-різницеві схеми розщеплення. На кожному кроці розщеплення розрахунок потенціалу швидкості визначається на базі явної формули. Наукова новизна. Розроблена CFD модель для рішення задачі оптимізації – визначення оптимального місця розташування іонізатора в робочому приміщенні. Модель базується на чисельному інтегруванні спряженого рівняння масопереносу та рівняння аеродинаміки. Розроблена модель враховує основні фізичні фактори, що впливають на розповсюдження аероіонів в робочому приміщенні (наявність меблі в приміщенні, розташування положення отворів вентиляції тощо). Практична значущість. Побудована CFD модель дає можливість лише за один розрахунок визначити місця оптимального розташування іонізатора, яке забезпечує потрібну концентрацію аероіонів в робочій зоні. Висновки. Для прогнозу аероіонного режиму в робочому приміщенні та вибору оптимального місця розташування іонізатора розроблена CFD модель. Особливістю CFD моделі є можливість врахування основних фізичних факторів, що впливають на формування концентраційних полів аероіонів в робочих приміщеннях. Запропонована CFD модель може бути використана для наукового обґрунтуванням місць розташування іонізаторів в приміщеннях.

Посилання

Беляев Н. Н., Беляева В. В., Якубовская З. Н. Прогнозирование уровня загрязнения воздушной среды в помещениях. Днепропетровск : Акцент ПП, 2015. 123 с.

Глива В. А., Бурдейна Н. Б., Зозуля С. В. Дослідження динаміки аероіонного складу повітря на робочому місці користувача персонального комп’ютера з урахуванням електромагнітних чинників. Системи управління навігації та зв’язку. 2022. № 2. С. 99–101. URL: https://doi.org/10.26906/SUNZ.2022.2.099

Глива В. А. Дослідження впливу мікрокліматичних параметрів повітрообміну на аероіонний склад повітря робочих приміщень. Проблеми охорони праці в Україні. 2011. Вип. 20. С. 58–65.

Запорожець О. І., Глива В. А., Сидоров О. В. Принципи моделювання динаміки аероіонного складу повітря у приміщеннях. Вісник Національного авіаційного університету. 2011. № 2. С. 120–124.

Сукач С. В., Сидоров О. В. Методологічні засади підвищення якості контролю аероіонного складу повітря виробничого середовища. Проблеми охорони праці в Україні. 2016. № 32. С. 127–133.

Згуровский М. З., Скопецкий В. В., Хрущ В. К., Беляев Н. Н. Численное моделирование распространения загрязнения в окружающей среде. Київ : Наукова думка, 1997. 368 с.

Bolibrukh B., Glyva V., Kasatkina N., Levchenko L., Tykhenko O., Panova O., Bogatov O., Petrunok T., Aznaurian I., Zozulya S. Monitoring and management ion concentrations in the air of industrial and public premises. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2022. № 1 (10 (115). Рp. 24–30. URL: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.253110

Fletcher L. A., Noakes C. J., Sleigh P. A., Beggs C. B., Shepherd S. J. Air ion behavior in ventilated rooms. Indoor and Built Environment. 2008. Vol. 17, № 2. Рp. 173–182.

Fletcher L. A., Gaunt L. F., Beggs C. B., Shepherd S. J., Sleigh P. A., Noakes C. J., Kerr K. G. Bactericidal action of positive and negative ions in air. BMC Microbiology. 2007. Vol. 7:32.

Noakes C. J., Sleigh P. A., Beggs C. B. Modelling the air cleaning performance of negative air ionisers in ventilated rooms. Proceedings of the 10th International Conference on Air Distribution in Rooms. Roomvent 2007, 13–15 June 2007, Helsinki.

Noakes C. J., Beggs C. B., Sleigh P. A. Modelling the performance of upper room ultraviolet germicidal irradiation devices in ventilated rooms : comparison of analytical and CFD methods. Indoor and Built Environment. 2004. Vol. 13, № 6. Рp. 477–507.

Noakes C. J., Sleigh P. A., Fletcher L. A., Beggs C. B. Use of CFD modelling to optimise the design of upper-room UVGI disinfection systems for ventilated rooms. Indoor and Built Environment. 2006. Vol. 15, № 4. Рp. 347–356.