Simulation of “Aerosol Particles – Air Ions” System in Working Area Applied to Engineering Production

Abstract

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ «АЭРОЗОЛЬНЫЕ ЧАСТИЦЫ -АЭРОИОНЫ» ВОЗДУХА РАБОЧЕЙ ЗОНЫ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВАНа современном машиностроительном производстве аэрозольное загрязнение воздуха рабочей зоны частицами диаметром менее 0,1 мкм становится превалирующим. Такое высоко-дисперсное загрязнение обусловлено применением новых технологий осуществления производ-ственных операций (например, новых видов сварки и резки металлов). Кроме того, высокодис-персное загрязнение вызвано всё более возрастающими скоростями, сложностью и точностью обработки материалов, а также всё более широким внедрением на различных производствах пластмассовых, полимерных и композитных материалов и обрабатываемых деталей из высоко-прочных сплавов, в том числе полученных при помощи нанотехнологий.Изучение высокодисперсных аэрозольных частиц является технически сложной задачей, и полный мониторинг дисперсного состава аэрозольных загрязнений зачастую является невы-полнимым или достаточно трудоемким. Следовательно, актуальным становится поиск новых способов оценки аэрозольного загрязнения в широком интервале размеров частиц.Отмеченная в ряде исследований стабильность дисперсного состава аэрозолей позволила разработать ряд математических моделей распределения аэрозольных частиц по размерам. Однако для определения параметров известных к настоящему моменту моделей дисперсного распределе-ния частиц зачастую требуется проведение дополнительных, не менее трудоемких исследований.Между тем загрязнение высокодисперсными аэрозольными частицами воздуха оказывает влияние на известный параметр воздуха рабочей зоны -аэроионный состав. При осуществлении ряда производственных операций происходит модификация аэроионного состава, заключающая-ся в изменении (в основном уменьшении) концентрации легких аэроионов при увеличении аэро-зольного загрязнения, в особенности частицами высокодисперсной фракции. В статье представ-лена модель взаимосвязи распределения высокодисперсных аэрозольных частиц с концентра-цией аэроионов воздуха рабочей зоны. На основе полученных решений разработан алгоритм моделирования распределения аэрозольных частиц по размерам и метод оценки высокодис-персной фракции аэрозольного загрязнения с учетом параметров аэроионного состава.Предложенный подход апробирован на примере широко распространенной производствен-ной операции -шлифовки изделий из различных материалов. Распределение частиц при обработке деталей из стали описывается двумя модами, в случаях обработки деталей из алюминия, керамики и тефлона -тремя модами. Наибольшим высокодисперсным загрязнением характеризуется шлифов-ка деталей из алюминия. При обработке деталей из керамики наблюдается максимальная (по срав-нению с другими исследуемыми материалами) концентрация аэрозольных частиц респирабельной фракции (диаметром более 0,5 мкм). При обработке деталей из керамики и тефлона в области высо-кодисперсных (менее 0,1 мкм) частиц распределение удалось свести к одной моде. Оценка харак-терных величин интенсивности ио...