П.Л. Лекомцев, кандидат технических наук

Ижевская государственная сельскохозяйственная академия

УДК 619.614.484:615.451.35

Рассмотрены закономерности распространения электроаэрозоля в животноводческих помещениях в зависимости от параметров работы электроаэрозольного генератора

 

В последние годы вопросы ресурсосбережения и экологии в животноводстве и растениеводстве приобретают все большую актуальность. В этой связи значительный интерес представляет разработка и использование новых высокоэффективных методов обработки помещений, позволяющих снизить расход препаратов и избежать загрязнения окружающей среды от вредных выбросов аэрозолей.

Ряд научных исследований и результаты ветеринарной практи­ки показали, что применение химических и биологических препаратов в аэрозольной форме с электрической зарядкой частиц позволяет качественно улучшить технологию обработок. В заряженном аэрозоле возникают дополнительные силы взаимодействия частиц. Электрические силы действуют по всем направлениям, что способствует выравниванию концентрации аэрозоля по объему помещения, увеличению скорости и плотности осаждения, усилению обеззараживающего эффекта, сокращению времени и дозы обработок.

Для повышения эффективности управления электроаэрозольными обработками требуется выявление закономерностей распространения электроаэрозоля в помещении.

Дифференциальное уравнение, описывающее изменение концентрации электроаэрозоля при работе генератора с учетом кратности воздухообмена можно записать в следующем виде

изменение концентрации электроаэрозоля

(1)

где

заряд частицы электроаэрозоля

где q – заряд частицы электроаэрозоля, Кл; e0 – электрическая постоянная, Ф/м; hв – динамическая вязкость воздуха, Н×с/м2; r – радиус частиц электроаэрозоля, м;  ug – скорость гравитационная осаждения; h – высота помещения; Kv – кратность воздухообмена, с-1; Qж – расход жидкости, м3/с; vk – объем капли, м3; L – расстояние до электроаэрозольного генератора, м.

Установившееся значение концентрации электроаэрозоля в воздухе помещения наступит при равенстве между поступлением и осаждение аэрозоля, т.е. при условии

Дифференциальное уравнение

поступление и осаждение аэрозоля

(2)

Тогда концентрацию электроаэрозоля (мл/м3), установившуюся в помещении можно определить по выражению

концентрация электроаэрозоля

(4)

Распыленный в помещении электроаэрозоль с течением времени осаждается на поверхностях под действием гравитационных и электростатических сил.

Количество препарата (кг), осевшего в помещении равно

Количество препарата

(4)

где – скорость осаждения электроаэрозоля, м/с;  – площадь осаждения, м2; t – время обработки, с.

Интеграл от концентрации стоящий в выражении (4) равен сумме двух интегралов

Интеграл от концентрации

Таким образом, если концентрация электроаэрозоля в начальный момент равна нулю, то через некоторое время достигнет установившегося значения, а после отключения генератора будет стремиться к нулевому значению.

Подставляя в (5) выражения (6) и (7) и интегрируя с учетом (2) и что

интеграл

получим

Плотность осаждения электроаэрозоля

(8)

Плотность осаждения электроаэрозоля на поверхности обработки (мл/м2) с учетом коэффициента неравномерности осаждения найдем из выражения (4) с учетом (8)

коэффициента неравномерности осаждения

(9)

где Sпом – площадь поверхности помещения, м2; Kн – коэффициент неравномерности осаждения; tр – время работы генератора, с.

По выражениям (3) и (9) построены зависимости установившейся концентрации электроаэрозоля (рис.1) и зависимости плотности осаждения электроаэрозоля (ри.2) от параметров работы электроаэрозольного генератора.

концентрация электроаэрозоля от расхода жидкости

Рис. 1 – Зависимости концентрации электроаэрозоля np от расхода жидкости Qж, при разных расстояниях L до генератора и напряжениях U.

1 – U = 1 кВ; 2 – U = 2 кВ; 3 – U = 3 кВ.

Из рис.1 видно, что установившаяся концентрации электроаэрозоля увеличивается с повышением производительности генератора. При увеличении напряжения зарядки концентрация электроаэрозоля несколько уменьшается. Наиболее заметно уменьшение концентрации на повышенных расходах жидкости, связано это с усилением действия сил электростатического рассеивания. С увеличением расстояния от генератора концентрация электроаэрозоля понижается, причем снижение более выражено при высоких напряжениях зарядки. Это свидетельствует о высокой скорости распространения  заряженного аэрозоля.

плотности осаждения электро аэрозоля

Рис. 2 – Зависимости плотности осаждения электроаэрозоля np от расстояния до генератора L при разных расходах жидкости Qж и напряжениях U.

1 – Qж = 1 мл/с; 2 – Qж = 4 мл/с; 3 – Qж = 9 мл/с;

Плотность осаждения электроаэрозоля на поверхности увеличивается при повышении расхода жидкости (рис.2). Существенное влияние на плотность осаждения оказывает напряжение зарядки, с повышением которого плотность осаждения значительно увеличивается. Связано это с высокой скоростью распространения электроаэрозоля и, как следствие, увеличением количества осажденных частиц на поверхности. К тому же, при высоких напряжениях зарядки увеличивается электрический заряд частиц электроаэрозоля, следовательно, усиливаются силы зеркального отображения, способствующие увеличению плотности осаждения.

Выводы

  • Концентрация растворов электроаэрозолей выше 10 мл/м3 обеспечивается на расстояниях до 9 м от генератора, при производительности 4…9 мл/с, напряжениях зарядки 1…2 кВ.
  • Плотность осаждения препаратов выше 100 мл/м2 обеспечивается на расстояниях до 8 м от генератора, при производительности 4…9 мл/с, напряжениях зарядки 2…3 кВ.
  • При использовании заряженного аэрозоля появляется возможность эффективного управления процессом электроаэрозольной обработки помещений.