Размещено на http://www.allbest.ru/

ТАВРІЙСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ АГРОТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 514: 537. 56

Спеціальність 05.01.01-Прикладна геометрія, інженерна графіка

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ГЕОМЕТРИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСУ РОЗПОДІЛЕННЯ НЕГАТИВНИХ АЕРОІОНІВ У ЗАКРИТОМУ ПРОСТОРІ

Строкань

Оксана Вікторівна

Мелітополь 2010

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Таврійському державному агротехнологічному університеті Міністерства аграрної політики України, м. Мелітополь.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент

Чураков Анатолій Якович, доцент кафедри прикладної геометрії і інформаційних технологій проектування ім. В.М. Найдиша, Таврійський державний агротехнологічний університет, (м. Мелітополь).

Офіційні опоненти: - доктор технічних наук, професор

Підгорний Олексій Леонтієвич, професор кафедри архітектурних конструкцій, Київський національний університет будівництва та архітектури, (м. Київ);

– кандидат технічних наук, доцент

Мартинов В'ячеслав Леонідович, завідувач кафедри інженерної і комп'ютерної графіки, Кременчуцький державний політехнічний університет ім. Михайла Остроградського, (м. Кременчуг).

Захист відбудеться 3 листопада 2010 року о 10-00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д18.819.02 у Таврійському державному агротехнологічному університеті за адресою:

72312, м. Мелітополь, пр. Б. Хмельницького, 18.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Таврійського державного агротехнологічного університету за адресою:

72312, м. Мелітополь, пр. Б. Хмельницького, 18.

Автореферат розісланий «01» жовтня 2010 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради кандидат технічних наук, доцент Мацулевич О.Є.

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Однією з головних умов праці є покращення параметрів повітряного середовища робочої зони, що обумовлено метою поліпшення здоров'я людини і підвищення продуктивності праці. Головним показником повітряного середовища робочої зони являється іонізація повітря, тобто створення штучного електричного режиму повітря за допомогою джерел аероіонного випромінювання - аероіонізаторів, який характеризується активною дією іонів повітря на організм людини, підвищуючи її працездатність. Санітарно-епідеміологічними нормами України визначений оптимальний рівень концентрації аероіонів в побутових і виробничих приміщеннях: 1500-3000 іон/см3.

В наш час при моделюванні просторового розподілення концентрації аероіонів від джерел аероіонного випромінювання застосовується метод натурних вимірювань. Існуючі лічильники аероіонів використовуються в наукових дослідженнях. Вони складні в обслуговуванні, мають високу вартість, не випускаються серійно і можуть бути використані тільки у приміщеннях великих об'ємів, в яких ці вимірювання здійснюються. Недоліком застосування даного методу є його застосування в ситуації, коли необхідно визначити рівень концентрації аероіонів у приміщенні, вже обладнаному системою аероіонізації, але за допомогою цього методу не можна прогнозувати іонізаційну ситуацію при проектуванні нових приміщень та нових систем. У зв'язку з цим виникають задачі проектування розміщення технічних систем іонізації повітря робочих зон. Геометричний метод моделювання просторового розподілення негативних аероіонів дозволяє більш точно і повно оцінити іонний склад повітря у робочій зоні та виявити просторові зони аероіонного дискомфорту.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана відповідно тематичного плану державної програми « Моделювання явищ і процесів на основі оптимальних критеріїв наближення» (№ держреєстрації 0107U008959) Таврійського державного агротехнологічного університету.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є підвищення ефективності та якості проектування розміщення технічних систем іонізації повітря робочих зон за допомогою моделювання просторового розподілення аероіонів шляхом застосування геометричних методів.

Задачі дослідження:

1. Вивчити і проаналізувати існуючі методи дослідження розподілення негативних аероіонів та можливості їх удосконалення за рахунок застосування методів геометричного моделювання.

2. Розробити геометричну модель формування ізоліній і поверхонь аероіонів від декількох розсіювальних джерел аероіонного випромінювання.

3. Розробити геометричну модель формування ізоліній і поверхонь аероіонів від декількох джерел направленого аероіонного випромінювання.

4. Розробити геометричну модель формування ізоліній і ізоповерхонь аероіонів в шарі дихання людини від одного і більше розсіювальних джерел і джерел направленого аероіонного випромінювання, а також для комбінованого способу їх використання.

5. Розробити метод проектування розміщення технічної системи іонізації повітря в робочій зоні на основі використання геометричних моделей.

6. Здійснити впровадження результатів досліджень у практику.

Об'єктом дослідження є явище розподілення концентрації аероіонів у закритому просторі.

Предметом досліджень є отримання закономірності розподілення негативних аероіонів у закритому просторі за допомогою геометричного моделювання.

Методи досліджень. Поставлені задачі вирішувалися за допомогою застосування аналізу, співставлення і узагальнення літературного матеріалу по геометричному моделюванню явищ і процесів із суміжних областей науки - розповсюдження світла і звуку; при аналізі і обробці результатів експериментальних досліджень застосовувалися математико-статистичні методи із використанням обчислювальної техніки. Теоретичною та інформаційною базою проведення досліджень стали роботи вчених та їх учнів:

- по теорії геометричних перетворень і питанням практичних застосувань: В.М. Найдиша, А.В. Найдиша, В.С. Обухової, О.Л. Підгорного, О.Т. Дворецького та інших;

- в області прикладної геометрії поверхонь: О.Л. Підгорного, В.С. Обухової, І.І. Котова, В.Є. Михайленка, І.Н. Рижова, Г.С. Іванова, І.А. Скідана, Є.В. Пугачова, А.В Павлова та інших;

- по геометричному моделюванню явищ і процесів: О.Т. Дворецького, В.Л. Мартинова, Д.В. Єршової та інших;

- по дослідженню закономірностей розповсюдження аероіонів в природних умовах і закритих приміщеннях: О.Л. Чижевського, І.С. Кунгурова та інших.

Наукова новизна отриманих результатів.

1. Вперше розроблена геометрична модель формування ізоліній і поверхонь концентрації аероіонів від декількох розсіювальних джерел випромінювання.

2. Вперше розроблена геометрична модель формування ізоліній і поверхонь концентрації аероіонів від декількох джерел направленого випромінювання.

3. Вперше розроблена геометрична модель формування ізоліній і ізоповерхонь концентрації аероіонів в шарі дихання людини від декількох джерел розсіювального і джерел направленого аероіонного випромінювання.

4. Вперше запропонований метод проектування розміщення одного і більше розсіювальних джерел і джерел направленого аероіонного випромінювання в закритих приміщеннях.

5. Запропонований метод проектування комбінованого розміщення технічних систем аероіонізації робочих зон.

Практичне значення отриманих результатів:

1. Запропонована методика проектування розміщення технічних систем іонізації повітря закритих виробничих приміщень дозволяє розрахувати установку одного і більше джерел випромінювання при відомих вхідних параметрах.

2. Розроблені і затверджені «Рекомендації по проектуванню технічних систем аероіонізації закритих виробничих приміщень», які застосовані на проектному підприємстві “Мелітопольбуд” при проектуванні виробничого приміщення ПП Сушкевич М.Е., м. Мелітополь.

3. Розроблені «Рекомендації по проектуванню технічних систем аероіонізації закритих виробничих приміщень» впровадженні у навчальний процес Таврійського державного агротехнологічного університеті при викладанні курсу «Електронагрівання і електротехнології» при проектуванні розміщення технічних систем іонізації повітря виробничих і побутових приміщень, м. Мелітополь.

Особистий внесок здобувача. Особисто автором розроблені теоретичні і практичні питання, що складають наукову новизну досліджень. У роботах, опублікованих у співавторстві з науковим керівником - к.т.н., доцентом Чураковим А.Я. - автором виконані розв'язання поставлених окремих задач дослідження, їх формалізація, розробка комп'ютерної реалізації та конкретні розрахунки. Автором у співавторстві опубліковані праці:

- Чураков А.Я. Сітковий метод дослідження концентрації аероіонів на площині / А.Я Чураков, О.В. Івженко, О.В. Строкань// Праці Таврійської державної агротехнічної академії. Випуск 4 “Прикладна геометрія та інженерна графіка ”. - Т.36. - Мелітополь, 2007. - С. 99-105. - Особисто автором досліджено розподілення концентрації аероіонів при різних схемах розташування розсіювальних джерел аероіонного випромінювання.

- Чураков А.Я. Дослідження аероіонізатора, який розташовано під кутом нахилу до горизонтальної площини / А.Я Чураков, О.В. Івженко, О.В. Строкань// Праці Таврійської державної агротехнічної академії. Випуск 4 “Прикладна геометрія та інженерна графіка ”. - Т.35. - Мелітополь, 2007. - С. 128-131. - Особисто автором розроблена методика визначення розподілення концентрації аероіонів на горизонтальній площині.

- Чураков А.Я. Побудова ліній однакового рівня концентрації аероіонів від двох джерел направленого випромінювання/ А.Я. Чураков, О.В. Строкань // Геометричне та комп'ютерне моделювання. // Збірник наукових праць. - Харків, 2009. - Випуск 24. - С. 120-123. - Особисто автором розроблено геометричний метод отримання ізоліній, поверхонь концентрації аероіонів від розсіювальних джерел направленого аероіонного випромінювання.

- Чураков А.Я. Проектування розташування джерел аероіонів в робочому просторі / А.Я Чураков, О.В. Івженко, О.В. Строкань // Прикладна геометрія та інженерна графіка//Праці ТДАТУ. Мелітополь, 2008. - Випуск 4. - Т.38. - С.88-86; Чураков А.Я. Методика проектування системи іонізації на базі джерел направленого аероіонного випромінювання / А.Я.Чураков, О.В. Строкань // Праці ТДАТУ. Випуск 4 «Прикладна геометрія та інженерна графіка». Мелітополь, 2009. -- № 44.- С.123 - 126. - Особисто автором розроблено метод проектування розміщення технічних систем іонізації повітря на основі використання геометричних моделей.

- Єремєєв В.С. Математична модель оптимізації розміщення іонізаторів повітря у приміщенні/В.С. Єремєєв, О.В.Строкань, Д.І. Роговскій // Праці Таврійського державного агротехнологічного університету. Випуск 5 «Прикладна геометрія та інженерна графіка». - Мелітополь: ТДАТУ, 2009. - Т.2. - С. 57- 61. - Особисто автором запропоновано алгоритм побудови математичної моделі оптимізації розміщення іонізаторів повітря у приміщенні.

- Пат. 10653 Україна, МПК7 Н01J547/02. Пристрій для вимірювання концентрації негативних аероіонів /Чураков А.Я., Ященко О.В., Переверзєв Д.Ю.; заявник і патентовласник Таврійська державна агротехнічна академія. - №2005 05220; заявлено 01.06.2005; опубл. 15.11.2005, Бюл. №11. - Особисто автором розроблений спосіб вимірювання концентрації аероіонів.

- Пат. 31059 Україна, МПК7 Н01J547/00. Пристрій для іонізації повітря / Чураков А.Я., Строкань О.В.; заявник і патентовласник Таврійський державний агротехнологічний університет. - №2007 12763; заявлено 19.11.2007; опубл. 25.03.2008, Бюл. №6. - Особисто автором розроблена конструкція розсіювальних джерел аероіонного випромінювання.

Апробація отриманих результатів. Результати досліджень, які включено до дисертації, представлені на наукових конференціях державного і міжнародного значення: науково-технічній конференції секції «Сучасні проблеми геометричного моделювання», Таврійська державна агротехнічна академія (Мелітополь, 2005-2010 р); 9-, 10-, 11-тій міжнародній науково-технічній конференції «Сучасні проблеми геометричного моделювання», Таврійський державний агротехнологічний університет (Мелітополь, 2007-2009 р); всеукраїнському семінарі молодих вчених за напрямком «Прикладна геометрія і технічна естетика», українська Асоціація з прикладної геометрії (УАПГ), ( Київ, 2008р.); третій міжнародній науково-технічній конференції «Сучасні проблеми геометричного моделювання», секція «Геометричне моделювання явищ і процесів», Луцький державний технічний університет (2008 р.); VI міжнародній науково-практичній конференції «Геометричне моделювання і комп'ютерні технології: теорія, практика, освіта, секція «Геометричне моделювання явищ і процесів», Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», (Харків, 2009 р.);

Публікації. По темі дисертації опубліковано 12 робіт - 10 статей у фахових виданнях, рекомендованих ВАК України, ( з них - 4 одноосібно) і 2 патенти на корисну модель.

Структура і обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, додатків на 16 сторінках, списку використаних літературних джерел з 138 найменувань на 16 сторінках та ілюстрована 59 рисунками. Загальний обсяг дисертації - 138 сторінок.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обумовлена актуальність обраної теми досліджень, сформована мета і задачі дослідження, визначенні головні положення, які мають наукову і практичну цінність.

У першому розділі виконаний аналіз літературних джерел з питання аероіонізації побутових і виробничих приміщень, розглянуто методи геометричного моделювання фізичних явищ і процесів однопараметричними множинами ліній, на підставі яких наведене обґрунтування розробки нового методу одержання моделі просторового розподілення концентрації аероіонів за допомогою методів геометричного моделювання з урахуванням особливостей аероіонного поля. Розглянуто і проаналізовано існуючі теоретичні і практичні дані з питання просторового розподілення аероіонів для розсіювального джерела (рис. 1) і джерела направленого аероіонного випромінювання (рис. 2). Вивченню даного питання присвячені роботи проф.О.Л. Чижевського, який є засновником широкого застосування аероіонізації побутових і виробничих приміщень, проф. А.Б. Байдевлятова, проф. М.М. Комарова, та ін.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Для розробки геометричного апарату моделювання уведена аналогія між поширенням звукової хвилі, світлової хвилі й аероіонного поля. При такій аналогії джерело аероіонів може бути представлено як випромінювач, що створює сферичні аероіонні хвилі, а аероіонні промені можна представити у вигляді прямих ліній; на однаковій відстані від джерела концентрація аероіонів має однакове значення у будь-якому напрямі.

Теоретичні дослідження з розробки моделі розповсюдження звукової хвилі зустрічаються в роботах: проф Підгорного О.Л., проф.Сергейчука О.В, проф. Дворецького О.Т., Борисова Б.Г., Волошиної І.В. та інших. Вивчення структури множини променів і аналіз їхніх властивостей дозволив довести ряд теорем, що грають важливу роль у теорії множин прямих, а також одержати аналітичні залежності для конгруенцій відбитих променів. Дослідження, що проводилися Підгорним О.Л. і його учнями дозволяють у подальшому застосовувати теорію лінійчатої геометрії, розглянутої на задачі в області геометричної оптики, акустики і іонної технології.

У промисловості найбільше розповсюджений метод формоутворення - за допомогою безперервного каркасу. Значний вклад в теорію прикладної геометрії поверхонь поклали роботи проф. Підгорного О.Л., Котова І.І., Обухової В.С., Рижова М.М., Павлова А.В., Пугачова Є.В.

Значні результати в розвитку геометричних методів моделювання фізичних явищ отримали роботи Сергейчука О.В., Єршової Д.В., Мартинова В.Л., Кривенко О.В. Роботи Сергейчука О.В. присвячені геометричному моделюванню фізичних процесів при оптимізації енергоефективності будинків. В ряді робіт Мартинов В.Л. розглядав питання геометричного моделювання процесу надходження сонячної радіації на площину і гранні поверхні архітектурних об'єктів, просторова модель якого отримана рядом плоских похідних моделей.

На основі аналізу існуючих методів дана робота присвячена розробці геометричної моделі процесу розподілення негативних аероіонів в закритому просторі і методу проектування розміщення технічних систем аероіонізації на основі даної моделі. Аналіз існуючих методів розрахунку аероіонізації закритих приміщень дозволив виділити напрями їх розвитку і удосконалення, можливого на основі застосування методів геометричного моделювання.

У другому розділі розглядаються питання розробки моделі формування аероіонного поля від існуючих джерел аероіонного випромінювання. Моделювання аероіонного поля ведеться у горизонтальній площині, в якій кожний квадратний сантиметр визначає об'ємну концентрацію аероіонів, яка виражає кількість аероіонів в одному кубічному сантиметрі, тобто площина модель відображає концентрацію аероіонів у горизонтальному шарі товщиною 1 см. Модель розподілення концентрації аероіонів у просторі представляє собою сім'ю ізоліній або ізоповерхонь, що відповідають заданим розрахунковим концентраціям аероіонів. При одному джерелі ізоповерхня концентрації аероіонів являє собою, при відсутності впливу інших джерел, сім'ю сфер. У реальних умовах, як правило, необхідно визначати більш складні ізоповерхні й ізолінії від декількох джерел. В їх формі відображається взаємний вплив цих джерел. Суть апарату моделювання даного впливу міститься у тому, що підсумовуються величини концентрації для кожного джерела у точках, що знаходяться на одній вертикальній прямій. Побудова ізоліній концентрації аероіонів необхідна при проектуванні розміщення джерел аероіонного випромінювання по площі приміщення або робочої зони, так як дає наочну уяву про розподілення аероіонів у просторі. Також побудова ізоліній концентрації аероіонів є основою для подальшого розрахунку і побудови поверхонь концентрації аероіонів від одного і більше джерел випромінювання.

Отримання ізоліній концентрації аероіонів за допомогою графічних способів для розсіювального джерела базується на використані залежності (рис. 2,а), де n - концентрація аероіонів, іон/см3; r - відстань від проекції джерела на горизонтальній площині до розрахункової точки, для джерела направленого випромінювання - n=f(h) (рис. 2,б), де h - відстань від джерела до розрахункової точки.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Якщо на концентрацію аероіонів в розрахунковій точці впливає декілька джерел, сумарна концентрація аероіонів у цій точці може бути визначена як сума концентрацій аероіонів від кожного джерела у цій точці:

Размещено на http://www.allbest.ru/

де - концентрація аероіонів в розрахунковій точці , іон/см3;

- концентрація аероіонів в розрахунковій точці , від першого, другого і і-го джерел аероіонного випромінювання, іон/см3;

- відстань, відповідно, від першого, другого та i-го джерела аероіонів до розрахункової точки, м.

Геометрична модель розподілення концентрації аероіонів від декількох джерел аероіонного випромінювання базується на принципі суперпозиції і основується на підсумовуванні значень концентрації аероіонів у кожній точці вертикальної площини концентрацій від кожного джерела.

При отриманні ізолінії від двох розсіювальних джерел кожна точка , інцидентна заданій кривій, задається двома відрізками і, які визначають відстань від точки до проекцій центрів n1 і n2 відповідно. Причому +, де l - відстань між джерелами. Для побудови ізоліній концентрації аероіонів необхідні дві складові: концентрація аероіонів від першого джерела і - від другого джерела.

Твердження. Положення точки , інцидентної ізолінії концентрації аероіонів від двох джерел аероіонного випромінювання з відомими законами розподілення аероіонів і і відомою відстанню l між ними , визначається відрізками і , які є результатом перетину, відповідно, графіків і , отриманого в результаті перетворень: дзеркального і переміщення на висоту заданої концентрації аероіонів графіка .

Спосіб побудови поверхні концентрації аероіонів ґрунтується на підсумовуванні концентрацій аероіонів, які створює кожне джерело у розрахунковій точці на основі використання графіка n=f(r).

Нехай є два розсіювальних джерела аероіонів (рис. 4). Аплікати позначені через як функції Принцип суперпозиції поширено на отримання кривої, яка належить поверхні концентрації аероіонів, у профільній площині на прикладі точки С, у довільній осьовій площині на прикладі точки D. Таким чином будується вся поверхня концентрації аероіонів. Даний спосіб використовується для отримання кривих і поверхонь концентрації аероіонів як для джерел при однаковій інтенсивності випромінювання, висоті підвісу, так і при різних значеннях параметрів.

У випадку із більшою кількістю джерел аероіонів застосовується той самий принцип. На рисунку 5 показано проекції чотирьох джерел n1, n2 , n3 і n4 різної сили інтенсивності аероіонного випромінювання, розташованих довільно один проти одного.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Для підвищення експлуатаційних властивостей розсіювальне джерело пропонується розташувати таким чином, щоб його вісь була спрямована під деяким гострим кутом до горизонтальної площини. При цьому ступінь аероіонізації приміщення посилюється й збільшується обсяг іонізованого повітря, а «стікання» аероіонів з іонізуючих голок джерела відбувається по довшій траєкторії переміщення аероіонів в обсязі приміщення без додаткових заходів. В даному випадку аероіонне випромінювання є направленим.

Побудова ізолінії концентрації аероіонів базується на використанні графічної залежності n=f(h). Для розрахунків аероіонне поле джерела направленого випромінювання обмежується профільною площиною, що проходить через центр джерела. Нехай є два джерела аероіонів: n1 і n2 - проекції центрів відповідно першого і другого джерела випромінювання на задану горизонтальну площину (рис. 6,б).

Твердження. Положення точки , інцидентної ізолінії концентрації аероіонів від двох джерел аероіонного випромінювання з відомими законами розподілення аероіонів і , відомою відстанню l між ними і відомою висотою підвісу H, визначається відрізками і , які є дотичними до дуги радіусом , проведеної з початку координат, і отриманими в результаті перетину, відповідно, графіків і в наслідок перетворень: дзеркального і переміщення на висоту заданої концентрації аероіонів графіка .

Размещено на http://www.allbest.ru/

Графік доповнюємо графіком , дзеркально відображеним відносно осі і зсунутим по осі на величину заданої концентрації аероіонів nзад (рис. 6,а). З початку координат 0 проводимо дугу радіусом, що дорівнює значенню висоти підвісу H джерела аероіонів. Проводячи дотичні до дуги, отримуємо точки дотику, відстань від яких до точки на осі є радіусом , при якому перше джерело випромінювання забезпечує у розрахунковій точці концентрацію аероіонів . Для визначення концентрації аероіонів в розрахунковій точці від другого джерела випромінювання з точки , яка отримана шляхом проеціювання точки на графік , проводимо паралельно осі h пряму до перетину з графіком n2=(h). Отримуємо точку , проекція якої на вісь h дає точку . Відстань від точки до точки дотику є радіусом . З точок n1 і n2 (рис. 6,б) проводимо дуги радіусами і , перетин яких дає точку, інцидентну заданій кривій. аероіон ізолінія розсіювальний випромінювання

Спосіб побудови поверхні концентрації аероіонів ґрунтується на використанні графіка n2=f(h). Для двох джерел поверхня концентрації аероіонів отримується наступним чином. Якщо провести з проекцій центрів джерел (рис. 7,а) дуги від розрахункової точки до перетину з прямою, що з'єднує дані центри, а потім - дуги з початку координат графіків розподілення концентрації аероіонів від отриманих точок до вісей h і спроеціювати ці точки на графіки, то сума отриманих аплікат по осям n дасть значення концентрації аероіонів в точці на заданій площині.

У дійсності модель просторового розподілення концентрації аероіонів є тривимірною. Графічне отримання ізоліній і ізоповерхонь концентрації аероіонів для кожного рівня зони дихання людини базується на використанні залежності розподілення концентрації аероіонів на кожному з цих рівнів, при цьому використовуються способи, описані вище.

У третьому розділі розглядаються питання, пов'язані з аналітичним описом розподілення концентрації аероіонів у просторі від декількох джерел, що основані на міркуваннях, викладених у розділі 2. Опис ізоліній і поверхонь пропонується отримувати за допомогою перетворення у параметричному вигляді, за основу якого береться величина відрізка за координатами кінця, що з'єднує центри джерел з розрахунковою точкою. На основі площинної моделі складені рівняння для опису ізоліній і поверхонь просторової моделі розподілення концентрації аероіонів від одного й більше джерел випромінювання. Розподілення концентрації аероіонів від розсіювального джерела характеризується залежністю n=f(r) і описується рівнянням, запропонованим Кунгуровим С.Г.:

Размещено на http://www.allbest.ru/

де - концентрація аероіонів в розрахунковій точці на площині, іон/см3;

- відстань від проекції джерела випромінювання на заданій площині до розрахункової точки, м;

а - коефіцієнт, притаманний кожному окремому графіка в залежності від прикладеної напруги ;

b - величина постійна для кожного графіка n=f(r)). Сутність побудови ізолінії заданої концентрації аероіонів заключається у визначені відстані до точки , інцидентній заданій кривій. Якщо , тоді ізолінія концентрації аероіонів перероджується у точку з . Для виключення появи уявних коренів при розв'язані рівняння (2) вводиться обмеження . Рівняння ізолінії аероіонів від двох розсіювальних джерел випромінювання має вигляд:

Размещено на http://www.allbest.ru/

тобто ізолінія аероіонів від двох джерел є кривою четвертого порядку. Відповідно, ізолінія концентрації аероіонів від трьох і чотирьох джерел випромінювання є, відповідно, кривою шостого і восьмого порядку і так далі.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Для тих самих умов рівняння поверхні від двох розсіювальних джерел випромінювання (рис. 9,а) має вигляд:

де - квадрат відстані від проекції першого джерела випромінювання до розрахункової точки, м;

- квадрат відстані від проекції другого джерела випромінювання до розрахункової точки, м;

(х1;у1) - координати першого джерела випромінювання;

(х2;у2) - координати другого джерела випромінювання;

(хА;уА) - координати розрахункової точки.

Розподілення концентрації аероіонів від джерела направленого аероіонного випромінювання на відстань описується виразом, запропонованим Кунгуровим С.Г. :

,

де - сила випромінювання джерела , іон/см3 ;

- траєкторія шляху аероіона від джерела аероіонного випромінювання до заданого шару повітря робочої зони, м ;

- коефіцієнт, що характеризує змінення величини концентрації аероіонів у два рази при зміні відстані на один метр;

- відстань від джерела аероіонів до заданої площини, м.

Виходячи з рис. 9,б рівняння поверхні аероіонів для двох джерел випромінювання направленої дії має вигляд:

Пропонується використати комбінований спосіб аероіонізації, який передбачає поєднання розсіювальних джерел і джерел направленого аероіонного випромінювання в одній системі. Сумарне рівняння ізолінії аероіонів в даному випадку складається з двох частин: опису розподілення концентрації аероіонів від розсіювальних джерел і опису розподілення концентрації аероіонів від джерел направленого аероіонного випромінювання.

Методика автоматизованої побудови ізолінії та ізоповерхні концентрації аероіонів передбачає отримання просторової моделі як рішення самостійної задачі, так і як особливий випадок при розгляді просторової моделі шляхом перетину отриманих ізоповерхонь горизонтальними площинами.

У четвертому розділі з метою підвищення ефективності проектування розміщення технічних систем іонізації повітря у виробничих, громадських, побутових приміщеннях, у лікарняних будівлях тощо розроблено методику проектування місця розміщення і кількості джерел аероіонного випромінювання на основі геометричного моделювання оптимального шару негативних аероіонів при використані існуючих джерел аероіонного випромінювання. Запропонований спосіб включає в себе вибір місця установки, кількості і потужності джерел випромінювання в залежності від вхідних параметрів: іонізатора (тип, сила випромінювання); приміщення (геометричні розміри, форма); іонізації (допустимі рівні концентрації аероіонів).

Концентрації аероіонів у робочій зоні приміщення повинна задовольняти умові:

,

де - розрахункове значення концентрації аероіонів, іон/см3;

- задана максимальна гранично допустима концентрація аероіонів у робочій зоні, іон/см3.

- задана мінімальна гранично допустима концентрація аероіонів у робочій зоні, іон/см3.

Поставлена задача вирішується у два етапи: на першому етапі виконується перевірка можливості забезпечення в даному приміщені заданого значення концентрації аероіонів: мінімального і максимального ; на другому етапі вирішується безпосередньо задача проектування розміщення системи аероіонізації в даному приміщенні. Процес проектування розміщення системи аероіонізації приміщення складається з декількох стадій: стадії завдання, стадії перевірки, стадії проектування і стадії проектування установки аероіонізаційного обладнання.

Графічне проектування розміщення одного розсіювального джерела (рис. 12): проекція центра джерела аероіонного випромінювання N на заданій площині суміщається з початком координат графіка n=f(r) при різних напругах Uі, прикладених до джерела. Проводячи з центру N дугу від найбільш віддаленої від центру N точки m до графіка, отримується точка mі на кривій n=f(r), що визначає концентрацію в розрахунковій точці m. З наявних кривих обирається графік, при якому концентрація аероіонів в розрахунковій точці відповідає умові (8). Разом з тим є можливість вибирати прикладену до джерела аероіонного випромінювання напругу Uі. Якщо одне джерело не забезпечує потрібну концентрацію аероіонів, тоді рекомендується перевірити можливість встановлення більшої кількості джерел.

Особливістю використання джерел направленого аероіонного випромінювання є встановлення їх назустріч один одному. У цьому випадку приймаються ті ж вхідні умови, що й у попередньому розрахунку. Проектування місця розміщення джерел направленого аероіонного випромінювання виконується на основі залежності . Графічний розрахунок заключається у наступному: проекція центра джерела аероіонного випромінювання N на заданій площині суміщається з віссю х, що поділяє А/2. Впродовж сторони А від точки N відкладається величина Н - т., яка є початком координат графіка при різних Ні. Проводячи з центру N дугу від най-

більш віддаленої від центру N точки m до осі х , з якої шляхом паралельно-послідовного перетворення точка перетину переноситься на криву . Дана точка визначає концентрацію аероіонів в розрахунковій точці m. З наявних кривих обирається графік, при якому рівень концентрації аероіонів в розрахунковій точці відповідає умові (8).

Размещено на http://www.allbest.ru/

За запропонованим методом можна спроектувати розміщення при різних: висотах підвісу; висотах приміщення; інтенсивностях випромінювання; формах приміщення; при комбінованому способі використання джерел.

Описаний підхід методу проектування розміщення джерел аероіонного випромінювання дозволив отримати математичну модель оптимізації розміщення джерел, що базується на використані градієнтних методів. Задача зводиться до пошуку мінімального числа джерел аероіонного випромінювання і знаходження їх координат у відповідності з поставленими вимогами. Опис математичної моделі оптимізації розміщення джерел покладений в основу алгоритмів автоматизованого розрахунку розміщення в приміщеннях різноманітної площі одного, двох і більше джерел аероіонного випромінювання, які розглядаються у роботі.

ВИСНОВКИ

У дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової задачі, що виявляється в геометричному моделюванні розподілення концентрації аероіонів від існуючих джерел аероіонного випромінювання у закритому просторі: розсіювальних і направленого випромінювання. Зокрема створено способи побудови геометричної моделі аероіонного поля, що складаються з отримання ізоліній і ізоповерхонь концентрації аероіонів від декількох джерел. На основі проведених досліджень отримані наступні висновки:

1. Аналіз літературних джерел по проблемі необхідності створення повітряного середовища у виробничих і громадських будівлях вимагає проектування розміщення технічних систем аероіонізації, які повинні базуватися на методах моделювання розподілення негативних аероіонів при використані існуючих джерел аероіонного випромінювання, а не на методах вимірювання у вже існуючих об'єктах.

2. Вперше розроблена геометрична модель розподілення концентрації аероіонів від розсіювальних джерел і джерел направленого аероіонного випромінювання, яка при одному джерелі визначається ізолініями у вигляді кіл, як результат перетину з горизонтальною площиною сфер, як просторових ізоповерхонь, при декількох - базується на принципі суперпозиції і заключається у підсумовуванні значень концентрації аероіонів у кожній точці вертикальної площини концентрацій аероіонів від кожного джерела при комбінованому геометричному перетворені: дзеркальному відображені і переміщені по прямих відповідності точок, яке дає можливість зчитувати по аплікатах сумарні значення концентрації аероіонів.

3. На основі графіку залежності розподілення концентрації аероіонів n=f(h) отримана крива розподілення концентрації аероіонів на горизонтальній площині для джерела направленого випромінювання, яка дає змогу безпосередньо і наочно визначити концентрацію аероіонів у будь-якій точці на заданому рівні.

4. Отримані аналітичні вирази, що описують ізолінії і ізоповерхні концентрації аероіонів у параметричному вигляді від декількох розсіювальних джерел, джерел направленого випромінювання і комбінованого використання даних джерел, беруть за основу величину відрізка за координатами кінця, що з'єднує центри джерел з розрахунковою точкою і дають можливість моделювання даного процесу із застосуванням комп'ютерних математичних програм.

5. Запропонований спосіб обчислення розподілення концентрації аероіонів від джерел аероіонного випромінювання базується на геометричному моделюванні процесу розподілення концентрації аероіонів у просторі і передбачає отримання просторової моделі як рішення самостійної задачі, так і як особливий випадок при розгляді просторової моделі шляхом перетину отриманих ізоповерхонь горизонтальними площинами.

6. Розроблена методика проектування розміщення технічних систем іонізації повітря закритих приміщень дозволяє розрахувати установку одного і більше розсіювальних і джерел випромінювання направленої дії, а також комбінованого способу їх використання в залежності від вхідних параметрів.

7. Запропоновані «Рекомендації по проектуванню технічних систем іонізації повітря закритих виробничих приміщень» передано для використання в проектній практиці і для використання в навчальному процесі.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Ященко О.В. Обґрунтування способу аероіонізації повітря тваринницьких приміщень / О.В.Ященко //Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства імені Петра Василенка. Випуск 43 “ Проблеми енергозабезпечення та енергозбереження АПК України”. - Т. 2. - Харків: ХНТУСГ, 2006. - С. 231-236.

2. Чураков А.Я. Дослідження аероіонізатору, який розташовано під кутом нахилу до горизонтальної площини / А.Я Чураков, О.В. Івженко, О.В. Строкань // Праці Таврійської державної агротехнічної академії. Випуск 4 “Прикладна геометрія та інженерна графіка”. - Т. 35. - Мелітополь, 2007. - С. 128-131.

3. Чураков А.Я. Сітковий метод дослідження концентрації аероіоінв на площині / А.Я Чураков, О.В. Івженко, О.В. Строкань// Праці Таврійської державної агротехнічної академії. Випуск 4 “Прикладна геометрія та інженерна графіка”. - Т.36. - Мелітополь, 2007. - С. 99-105.

4. Строкань О.В. Побудова ізоліній від двох джерел аероіонів/ О.В. Строкань // Прикладна геометрія та інженерна графіка//Праці ТДАТУ. Мелітополь, 2008. - Випуск 4. - Т.37. - С.142-146.

5. Строкань О.В. Спосіб побудови ізоліній аероіонів / О.В. Строкань // Прикладна геометрія та інженерна графіка // Праці ТДАТУ. Мелітополь, 2008. - Випуск 4. - Т.39. - С.149 - 154.

6. Чураков А.Я. Проектування розташування джерел аероіонів в робочому просторі/ А.Я Чураков, О.В. Івженко, О.В. Строкань// Прикладна геометрія та інженерна графіка//Праці ТДАТУ. Мелітополь, 2008. - Випуск 4. - Т.38. - С.88-86.

7. Строкань О.В. Дослідження просторового розподілення аероіонів в робочій зоні дихання людини / О.В. Строкань //Наукові нотатки. Випуск 22 «Сучасні проблеми геометричного моделювання» (квітень, 2008). - Частина 2. - Луцьк, 2008. - С. 338-343.

8. Єремєєв В.С. Математична модель оптимізації розміщення іонізаторів повітря у приміщенні / В.С. Єремєєв, О.В.Строкань, Д.І. Роговскій // Праці Таврійського державного агротехнологічного університету. Випуск 5 «Прикладна геометрія та інженерна графіка». - Мелітополь: ТДАТУ, 2009. - Т.2. - С. 57-61.

9. Чураков А.Я. Побудова ліній однакового рівня концентрації аероіонів від двох джерел направленного випромінювання/ А.Я. Чураков, О.В. Строкань // Геометричне та компютерне моделювання. // Збірник наукових праць. - Харків, 2009. - Випуск 24. - с. 120-123.

10. Чураков А.Я. Методика проектування системи іонізації на базі джерел направленого аероіонного випромінювання / А.Я.Чураков, О.В. Строкань // Праці ТДАТУ. Випуск 4 «Прикладна геометрія та інженерна графіка». Мелітополь, 2009. -- № 44. - С.123 - 126.

11. Пат. 10653 Україна, МПК7 Н01J547/02. Пристрій для вимірювання концентрації негативних аероіонів / Чураков А.Я., Ященко О.В., Переверзєв Д.Ю.; заявник і патентовласник Таврійська державна агротехнічна академія. - №2005 05220; заявлено 01.06.2005; опубл. 15.11.2005, Бюл. №11.

12. Пат. 31059 Україна, МПК7 Н01J547/00. Пристрій для іонізації повітря / Чураков А.Я., Строкань О.В.; заявник і патентовласник Таврійський державний агротехнологічний університет. - №2007 12763; заявлено 19.11.2007; опубл. 25.03.2008, Бюл. №6.

АНОТАЦІЯ

Строкань О.В. Геометричне моделювання процесу розподілення негативних аероіонів в закритому просторі. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.01.01 - Прикладна геометрія, інженерна графіка. - Таврійський державний агротехнологічний університет. - Мелітополь, 2010.

Робота спрямована на підвищення ефективності проектування технічних систем іонізації повітря побутових і виробничих приміщень.

Розроблено геометричну модель просторового розподілення негативних аероіонів в закритому приміщенні для двох типів джерел аероіонного випромінювання: розсіювальних джерел і джерел направленої дії. На базі даної моделі отримана геометрична модель просторового розподілення аероіонів в горизонтальному шарі дихання людини. Також отримана методика аналітичного опису ізоліній і поверхонь концентрації аероіонів для двох типів джерел аероіонного випромінювання. На основі аналітичних виразів здійснено моделювання в середовищі математичного процесора Maple. Результатом наукового дослідження є розроблений метод проектування розміщення технічних систем іонізації повітря закритих приміщень.

Ключові слова: аероіони, джерело випромінювання, ізолінія концентрації аероіонів, просторове випромінювання, геометрична модель, поверхня концентрації аероіонів, геометричний спосіб проектування.

Строкань О.В. Геометрическое моделирование процесса распределения отрицательных аэроионов в закрытом пространстве. - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05 .01 .01 - Прикладная геометрия, инженерная графика. - Таврический государственный агротехнологический университет. - Мелитополь, 2010.

Работа направлена на повышение эффективности проектирования размещения технических систем ионизации воздуха в бытовых и производственных помещениях.

Анализ литературных источников по проблеме создания воздушной среды в производственных и бытовых помещениях показал необходимость проектирования размещения технических систем аэроионизации, которые должны базироваться на методах моделирования распределения отрицательных аэроионов при использовании существующих искусственных источников аэроионного излучения.

В работе принята существующая концепция рассмотрения процесса распределения отрицательных аэроионов по аналогии с распределением звука и света в виде сферических волн и представления лучей в виде прямых линий, которые выходят из центра источника аэроионного излучения и закономерность изменения концентрации обратно пропорционально квадрату расстояния от источника. Такой подход позволяет использовать геометрическое моделирование.

Разработана геометрическая модель распределения отрицательных аэроионов в закрытом помещении для двух типов источников аэроионного излучения: рассеивающих и источников направленного аэроионного излучения. Геометрическая модель распределения концентрации аэроионов от источников аэроионного излучения включает в себя построение наглядной картины распределения концентрации аэроионов в виде семьи изолиний и поверхностей концентрации аэроионов и получается путем смещения соответствующих точек по инцидентным лучам на определенное расстояние.

Для получения геометрической модели распределения концентрации аэроионов от нескольких рассеивающих источников и источников направленного аэроионного излучения применяется комбинированное геометрическое преобразование - зеркальное отображение и перемещение по прямым соответствующих точек, которое дает возможность считывать по аппликатам суммарные значения концентрации аэроионов. Для источника направленного аэроионного излучения полученная геометрическая модель позволяет определять концентрацию аэроионов в точке при учете высоты подвеса источника, то есть расстояния от центра источника до уровня, для которого ведется расчет. На базе разработанной геометрической модели распределения концентрации аэроионов от источников аэроионного излучения получена геометрическая модель пространственного распределения аэроионов в горизонтальном слое дыхания человека, которая основывается на получении линий равной концентрации аэроионов путем пересечения изоповерхностей горизонтальными плоскостями.

Также получена методика аналитического описания изолиний и поверхностей концентрации аэроионов от нескольких источников аэроионного излучения. Описание изолиний и поверхностей от нескольких источников аэроионного излучения предлагается получать с помощью преобразования в параметрическом виде, за основу которого берется величина отрезка по координатам конца, соединяющего центры источников с расчетной точкой. Показано, что можно применять комбинированный способ использования рассеивающих источников и источников направленного аэроионного излучения. На основе аналитического описания изолиний и поверхностей концентрации аэроионов получены алгоритмы автоматизированного расчета аэроионного распределения от нескольких рассеивающих источников, источников направленного аэроионного излучения и комбинированного способа их использования. Полученные алгоритмы позволяют выполнять моделирование распределения концентрации аэроионов в математических программах на примере математического процессора Maple.

Результатом научного исследования является разработанный метод проектирования размещения технических систем ионизации воздуха закрытых помещений, позволяющий выбирать место установки, количество, а также интенсивность аэроионного излучения источников, учитывая входные параметры: тип источника, кривую распределения концентрации аэроионов от источника, геометрические размеры помещения, для котрого ведеться расчет, допустимые уровни концентрации аэроионов. Кроме того, разработана методика проектирования размещения источников аэроионного излучения, которые размещены по комбинированной схеме.

Ключевые слова: аэроионы, источник излучения, изолиния концентрации аэроионов, пространственное распределение, геометрическая модель, поверхность концентрации аэроионов, геометрический способ проектирования.

Strokan O.V. Geometrical modeling of spatial distribution of negative airions in the closed space. - The manuscript.

The dissertation on competition of a scientific degree of a Cand.Tech.Sci. on a speciality 05.01.01 - Applied geometry and the engineering drawing. - Taurian state agrotechnological university. - Melitopol, 2010.

Work is directed on increase of efficiency of designing of technical systems of ionization of air of household and industrial premises.

It is developed geometrical model of spatial distribution of negative airions in the closed space for two types of sources of airionic radiation: disseminating and sources of the directed action. On the basis of the given model the model of spatial distribution of airions in a horizontal layer of breath of the person is received. Also the analytical expressions describing isolines and surfaces of airions from two types of sources of aeroionic radiation are received. On the basis of analytical expressions modeling in the environment of mathematical processor Maple is made. Result of scientific research is the developed technique of designing of technical systems of ionization of air of the closed premises.

Keywords: an airions, a radiation source, an isoline of airions concentration, spatial distribution, the geometrical model, surfaces of airions concentration, geometrical technique of designing.

Размещено на Allbest.ru

...