DOI: https://doi.org/10.15802/stp2019/170273

METHOD FOR PREDICTING PARAMETERS OF THE AEROIONIC MODE IN OPEN TERRAIN GROUND AREAS

T. I. Rusakova

Abstract


Purpose. The scientific work is devoted to the development of a new method for forecasting aeroionic mode in working areas at industrial sites, taking into account ionizing sources and surrounding obstacles. Methodology. To find the concentration of positive aeroions, dust and negative aeroions, we use 3D mass transfer equations that take into account the rate of recombination of ions having different polarity and the rate of recombination of ions with dust particles. The numerical solution is based on the integration of the mass transfer equations using the finite-difference method, which turns out to be stable for any step in time. To determine the components of the air velocity vector, a three-dimensional model of the potential flow is used, where the Laplace equations for the velocity potential are the modeling equations. Findings. The mathematical method of numerical calculation of the concentration of positive, negative aeroions and dust has been developed. A feature of the method is the possibility of predicting the aeroionic mode, taking into account all physical factors that significantly affect the formation of concentration zones of aeroions in working areas at industrial sites. The method is not tied to a particular industrial site, it allows us to estimate the value of the concentration of aeroions both locally and in the entire calculated region. Originality. A method for prediction of aeroionic mode in working areas is developed based on 3D modeling of the propagation of negative, positive aeroions and dust under the influence of wind and diffusion, which allows to obtain results at each point of space or in a specific cross-section. Practical value. The proposed method of forecasting was used to solve the problem of estimating aeroionic mode in industrial zones in the open area of the industrial site of the Dnipro oil extraction plant in the presence of emission sources: positive aeroions during the operation of vehicles and respiration of workers; dust during the movement of workers and vehicles; negative aeroions of the ionizer installed in the working zone. The regularities of changes in the concentration of aeroions of various polarity and dust at a height of 1.7 m are determined, which corresponds to the position of the respiratory organs of workers. Quantitative results are needed in assessing the permissible working conditions in the workplaces of industrial sites of enterprises when creating new jobs and reengineering existing ones.


Keywords


ionization of air; sources of ion emission; numerical method; industrial site; concentration of aeroions

Full Text:

PDF

References


Belikov, A. S., Ragimov, S. Y., & Akinshin, V. D. (2010). Some aspects of the optimization of the study of working conditions on the microclimate in the industrial industry. Construction, material science, mechanical engineering, 52, 3-9. (in Russian)

Biliaiev, M. M., & Tsygankova, S. G. (2016). Modeling of the aeroionic mode in working zones in the conditions of artificial ionization of air. Science and Transport Progress, 1(61), 39-47. doi: http://doi.org/10.15802/stp2016/60947 (in Russian)

Vodianyk, A. O., & Vidnichuk, T. V. (2013). Metody vyznachennia kontsentratsii aeroioniv ta vmistu pylu u povitri vyrobnychykh prymishchen. Mistobuduvannia ta terytorialne planuvannia, 50, 77-81. (in Ukrainian)

Hlyva, V. A. (2011). Doslidzhennia vplyvu mikroklimatychnykh parametriv povitroobminu na aeroionnyi sklad povitria robochykh prymishchen. Problemy okhorony pratsi v Ukraini, 20, 58-65. (in Ukrainian)

Zaporozhets, O. I., Hlyva, V. A., & Sidorov, O. V. (2011). The Principles of Modeling of Dynamics of Ionic Composition of Indoor Air. Proceedings of the National Aviation University, 47(2), 120-124. doi: http://dx.doi.org/10.18372/2306-1472.47.24 (in Ukrainian)

Strokan, O. V. (2014). Prohramno-informatsiina systema optymizatsii mikroklimatu u vyrobnychomu prymishchenni. Bulletin of the National Technical University «KhPI». Series: New solutions in modern tech-nologies, 48(1090), 91-96. (in Ukrainian)

Tolkunov, I.O. (2015). Study Ways to Improve the Air Ion Mode in the Work Environment Facilities for Special Purposes. Science and technology of the air force of Ukraine, 1(18), 197-201. (in Ukrainian)

Chernyy, K. A. (2012). Metodologicheskiy podkhod k primeneniyu koronnykh aeroionizatorov pri provedenii korrektsii aeroionnogo sostava vozdukha pomeshcheniy. Magazine of Civil Engineering, 6(32), 48-53. (in Russian)

Chernyy, K. A. (2011). The up-to-date knowledge on the air ions nature and their classification. Bezopasnost’ Zhiznedeatel’nosti, 7(127), 15-20. (in Russian)

Zgurovskiy, M. Z., Skopetskiy, V. V., Khrushch, V. K., & Belyaev, N. N. (1997). Chislennoe modelirovanie rasprostraneniya zagryazneniya v okruzhayushchey srede. Kуiv: Naukova dumka. (in Russian)

Biliaiev, M. M., & Tsygankova, S. G. (2016). Complex of numerical models for computation of air ion concentration in premises. Science and Transport Progress, 2(62), 16-24. doi: http://dx.doi.org/10.15802/stp2016/67281 (in English)

Pushpawela, B., Jayaratne, R., Nguy, A., & Morawska, L. (2017). Efficiency of ionizers in removing airborne particles in indoor environments. Journal of Electrostatics, 90, 79-84. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.elstat.2017.10.002 (in English)

Zhao, X., Li, Y., Hua, T., Jiang, P., Yin, X., Yu, J., & Ding, B. (2017). Low-Resistance Dual-Purpose Air Filter Releasing Negative Ions and Effectively Capturing PM2.5. ACS Applied Materials & Interfaces, 9(13), 12054-12063. doi: http://dx.doi.org/10.1021/acsami.7b00351 (in English)

Zhou, P., Yang, Y., Huang, G., & Lai, A. C. K. (2018). Numerical and experimental study on airborne disinfection by negative ions in air duct flow. Building and Environment, 127, 204-210. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.buildenv.2017.11.006 (in English)

Sidorov, А. V. (2014). The technique of small air ions concentration measurement at the PC operator working place. Engineering industry and life safety, 1, 36-41. (in English)

Jurelionis, A., Gagytė, L., Prasauskas, T., Čiužas, D., Krugly, E., Šeduikytė, L., & Martuzevičius, D. (2015). The impact of the air distribution method in ventilated rooms on the aerosol particle dispersion and removal: The experimental approach. Energy and Buildings, 86, 305-313. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.enbuild.2014.10.014 (in English)


GOST Style Citations


  1. Беликов, А. С. Некоторые аспекты оптимизации исследования условий труда по микроклимату в промышленной индустрии / А. С. Беликов, С. Ю. Рагимов, В. Д. Акиньшин // Будівництво, матеріалознавство, машинобудування : зб. наук. пр. / ДВНЗ «Придніпр. держ. акад. буд-ва та архітектури». – Дніпропетровськ, 2010. – Вип. 52, ч. 2. – С. 3–9.
  2. Беляев, Н. Н. Моделирование аэроионного режима в рабочих зонах в условиях искусственной ионизации воздуха / Н. Н. Беляев, С. Г. Цыганкова // Наука та прогрес транспорту. – 2016. – № 1 (61). – С. 39–47. doi: http://doi.org/10.15802/stp2016/60947
  3. Водяник, А. О. Методи визначення концентрацій аероіонів та вмісту пилу у повітрі виробничих приміщень // А. О. Водяник, Т. В. Віднічук // Містобудування та територіальне планування : наук.-тех. зб. – Київ, 2013. – Вип. 50. – С. 77–81.
  4. Глива, В. А. Дослідження впливу мікрокліматичних параметрів повітрообміну на аероіонний склад повітря робочих приміщень / В. А. Глива // Проблеми охорони праці в Україні : зб. наук. пр. – Київ, 2011. – Вип. 20. – С. 58–65.
  5. Запорожець, О. І. Принципи моделювання динаміки аероіонного складу повітря у приміщеннях / О. І. Запорожець, В. А. Глива, О. В. Сидоров // Вісник Національного авіаційного університету. – 2011. – Т. 47, № 2. – С. 120–124. doi: http://dx.doi.org/10.18372/2306-1472.47.24
  6. Строкань, О. В. Програмно-інформаційна система оптимізації мікроклімату у виробничому приміщенні / О. В. Строкань // Вісн. Нац. техн. ун-ту «ХПІ». Серія: Нові рішення в сучасних технологіях : зб. наук. пр. – Харків, 2014. – № 48 (1090). – С. 91–96.
  7. Толкунов, І. О. Дослідження шляхів удосконалення аероіонного режиму робочого середовища приміщень спеціального призначення / І. О. Толкунов // Наука і техніка Повітряних Сил Збройних Сил України. – 2015. – № 1 (18). – С. 197–201.
  8. Черный, К. А. Методологический подход к применению коронных аэроионизаторов при проведении коррекции аэроионного состава воздуха помещений / К. А. Черный // Инженерно-строительный журнал. – 2012. – № 6 (32). – С. 48–53.
  9. Черный, К. А. Современное представление о природе аэроионов и их классификация / К. А. Черный // Безопасность жизнедеятельности. – 2011. – № 7 (127). – С. 15–20.
  10. Численное моделирование распространения загрязнения в окружающей среде / М. З. Згуровский, В. В. Скопецкий, В. К. Хрущ, Н. Н. Беляев. – Киев : Наук. думка, 1997. – 368 с.
  11. Biliaiev, M. M. Complex of numerical models for computation of air ion concentration in premises / M. M. Biliaiev, S. G. Tsygankova // Наука та прогрес транспорту. – 2016. – № 2 (62). – С. 16–24. doi: http://dx.doi.org/10.15802/stp2016/67281
  12. Efficiency of ionizers in removing airborne particles in indoor environments / B. Pushpawela, R. Jayaratne, A. Nguy, L. Morawska // Journal of Electrostatics. – 2017. – Vol. 90. – P. 79–84. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.elstat.2017.10.002
  13. Low-resistance dual-purpose air filter releasing negative ions and effectively capturing PM2.5 / X. Zhao, Y. Li, T. Hua, P. Jiang, X. Yin, J. Yu, B. Ding // ACS Applied Materials & Interfaces. – 2017. – Vol. 9. – Iss. 13. – P. 12054–12063. doi: http://dx.doi.org/10.1021/acsami.7b00351
  14. Numerical and experimental study on airborne disinfection by negative ions in air duct flow / P. Zhou, Y. Yang, G. Huang, A. C. K. Lai // Building and Environment. – 2018. – Vol. 127. – P. 204–210. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.buildenv.2017.11.006
  15. Sidorov, А. V. The technique of small air ions concentration measurement at the PC operator working place / А. V. Sidorov // Машиностроение и безопасность жизнедеятельности. – 2014. – № 1. – С. 36–41.
  16. The impact of the air distribution method in ventilated rooms on the aerosol particle dispersion and removal: The experimental approach / A. Jurelionis, L. Gagytė, T. Prasauskas [et al.] // Energy and Buildings. – 2015. – Vol. 86. – P. 305–313. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.enbuild.2014.10.014




Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

 

ISSN 2307–3489 (Print)
ІSSN 2307–6666 (Online)