ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ ТАБЛИЦ MS EXCEL ДЛЯ КОНТРОЛЯ РАСЧЕТНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТА ПО НАПРАВЛЕНИЮ «ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ»

USING MICROSOFT EXCEL SPREADSHEETS TO CONTROL THE STUDENT'S CALCULATION WORK IN THE DIRECTION OF «TECHNOSPHERE SECURITY»

Vasilina Labutina

student, Department of Ecology of Technological Processes, Egorievsk Technological Institute (branch) Moscow State Technological University "STANKIN",

Russia, Yegoryevsk

Galina Frolova

research supervisor, candidate of technical sciences, Department of Ecology of Technological Processes, Egorievsk Technological Institute (branch) Moscow State Technological University "STANKIN",

Russia, Yegoryevsk

АННОТАЦИЯ

В работе дается краткое описание необходимых действий для выполнения расчёта параметров пылеосадительной камеры для оценки качества очистки воздуха по стандартной методике. Программный продукт предназначен для снижения трудоемкости при контроле решения, выполненного студентом.

ABSTRACT

The paper provides a brief description of the necessary steps to perform the calculation of the parameters of the dust collection chamber to assess the quality of air purification according to the standard method. The software product is designed to reduce the complexity of the control of the solution made by the student.

Ключевые слова: очистка, воздух, частицы пыли.

Keywords: cleaning, air, dust particles.

Развитие инновационных технологий и рост производственных мощностей не только по объему, но и перерабатываемым видам природного сырья оказывают негативное воздействие на окружающую среду. В атмосферу выбрасываются частицы пыли, аэрозоли, газообразные вещества. Источниками вредных выбросов являются такие отрасли промышленности как горнодобывающая (каменноугольная и горнорудная), металлургическая (агломерационные цехи), фарфорофаянсовая, машиностроительная, текстильная, строительная и др.

Среди проблем защиты окружающей среды наиболее актуальной является охрана воздушного бассейна, так как загрязненный воздух является фактором, обуславливающим экологическую обстановку. Известно, что загрязнение воздуха промышленными выбросами наносит значительный материальный ущерб народному хозяйству и приводит к увеличению заболеваемости населения.

Для защиты воздуха от выбросов частиц пыли на производстве используется пыле-газоочистительное оборудование. Расчет конструкций и сооружений экологического оборудования является непременным элементом профессиональной подготовки студентов-бакалавров по направлению «Техносферная безопасность».

I. Одна из расчетных работ предполагает освоение студентами методики определения параметров, по которым производится оценка качества очистки в пылеосадительной камере. Преподаватель, как правило, вручную оценивает правильность выполненных работ.

В данной статье предлагается для уменьшения трудоемкости проверки правильности расчетов частично автоматизировать контроль на основе приложения, разработанного в среде программирования Visual Basic for Applications (VBA) программы MS Excel.

Расчет пылеосадительной камеры выполняется по следующей методике [1, с.25].

1. Определяют скорость газового потока в рабочем сечении камеры:

,                                                                                    (1)

где  – расход газов, м³/с;   – высота и ширина камеры, м.

Чем меньше скорость потока, тем выше степень очистки. Желательно, чтобы скорость потока не превышала 0,8…1 м/с, однако для частиц большой плотности ее можно доводить до 2…3 м/с.

2. Принимают, что отношение скорости витания частиц , которые будут уловлены в камере на 50%, к скорости газового потока  приблизительно соответствует полутора значениям . Из этого  соотношения находят величину .
3. Диаметр частиц, оседающих в камере на 50%, находят в предположении, что оседание происходит в соответствии с законом Стокса по формуле:

 , м                                                                       (2)

где µ - динамическая вязкость газа-носителя при рабочих условиях;

 – плотность частиц;

 – плотность газа при рабочих условиях;

 – ускорение свободного падения = 9,8 м/с².

Для нагретых газов может быть использована формула

м,                                         (3)

где  – температура газа.

4. Выбирают два дополнительных значения соотношения скоростей  и    соответственно больших и меньших принятого (). Для этих соотношений скоростей по номограмме [2, с.299] определяют диаметры частиц  .
5. Определяют среднюю концентрацию частиц по высоте сечения на выходе из камеры для каждого принятого соотношения , :

а) назначаются «k» точек по высоте сечения камеры (k=5), задаваясь величиной , где  – расстояние от потолка камеры до рассматриваемой «k» точки сечения;

б) рассчитывают так называемые параметры очистки x_1k и x_2k (параметры функции парциального распределения Ф(х)) по формулам:

;                                                                          (4)

;                                                                        (5)

в) по значениям x_1k и x_2k   из таблицы 5.2 [2, с.135] находят интегралы вероятностей Ф(x_1k) и Ф(x_2k);

г) подсчитывают значение N_k – концентрация частиц приятого размера  в «k» расчетной точке:

;                                                                 (6)

д) усредняют значение N_k по сечению, вычисляя его как среднее арифметическое по высоте сечения:

                                                                          (7)

е) определяют средний парциальный коэффициент осаждения частиц рассматриваемого размера (с принятой скоростью осаждения-витания):

                                                                       (8)

II. Для проверки работы, выполненной по вышеизложенной методике, рекомендуется использовать представленную ниже разработку в программе MS Excel.

Для запуска приложения делаем клик по кнопке Рассчитать параметры камеры (рис.1), расположенной на рабочем листе файла «Форма для расчета пылеосадительной камеры».

Рисунок 1. Вид рабочего листа с кнопкой для запуска приложения

На экране появляется форма (рис.2) для ввода исходных данных: длины, ширины, высоты камеры, расхода воздуха через камеру плотности частиц и вязкости газовой смеси.

Рисунок 2. Форма для ввода исходных данных и запуска расчета

После заполнения соответствующих полей (см. рис.2) входными данными клик по кнопке Выполнить запускает процедуру расчета параметров камеры: скорость потока, размер частиц, улавливаемых с эффективностью 50%, относительную скорость осаждения частиц и т.д.

В процессе выполнения расчета в раздел формы (см. рис. 2) Промежуточные вычисления, выводятся величины дополнительных соотношений  скоростей, для которых по номограмме [2, с. 299] требуется определить значения диаметров частиц   (см. рис.3).

Рисунок 3. Сообщения, выводимые на экран в ходе вычислений

Результаты расчета параметров функции парциального давления выводятся в таблицу рабочего листа MS Excel для последующего определения интегралов вероятностей по справочнику [3, с.135] и расчета среднего парциального коэффициента осаждения частиц (см. рис. 4).

Рисунок 4. Результаты расчета

Закрытие формы выполняется щелчком по кнопке Закрыть (см. рис.2).

Вывод. Использование данного приложения позволит значительно снизить время, затрачиваемое преподавателем на проверку результатов расчетной работы, и повысить качество проверки.

Список литературы:

1. Ветошкин А.Г. Процессы и аппараты пылеочистки. Учебное пособие. – Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2005. – 201 с.
2. Справочник по пыле- и золоулавливанию / М.И. Биргер, А.Ю. Вальдберг, Б.И. Мягков и др.; под общ. ред. А.А. Русанова. – 2-е изд., перераб. И доп. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 312 с.
3. Техника и технология защиты воздушной среды: Учеб. пособие для вузов/ В.В. Юшкин, В.М. Попов, П.П. Кукин и др. – М:. Высш. шк., 2005. – 391 с.