РЕФЕРАТ - mai

2

РЕФЕРАТ

Дипломная работа содержит 87 страниц, 22 рисунка, 12 таблиц,

24 источника.

ЭЖЕКТОР, СОПЛО ЛАВАЛЯ, КОНИЧЕСКАЯ КАМЕРА

СМЕШЕНИЯ, ДИФФУЗОР, КРИТИЧЕСКИЙ РЕЖИМ, КОНДЕНСАЦИЯ,

ПАР, АЗОТ, ВОЗДУХ, ДВУОКИСЬ УГЛЕРОДА, ТЕМПЕРАТУРА

НАСЫЩЕНИЯ, ДВУХФАЗНЫЙ ПОТОК, ОДНОМЕРНОЕ ТЕЧЕНИЕ,

ГАЗОДИНАМИКА, ОПТИМАЛЬНЫЙ ЭЖЕКТОР, С++, ОКОННОЕ

ПРИЛОЖЕНИЕ.

В дипломной работе рассмотрен критический газовый эжектор с

конической камерой смешения и сверхзвуковым соплом, проведен анализ

работ и составлена физическая и математическая модель критического

газового эжектора как без конденсации, так и с конденсацией в критическом

сечении и в выходном сечении диффузора. Разработано приложение,

позволяющего рассчитывать параметры эжектора заданной геометрии с

использованием различных эжектируемых газов: воздух, азот, двуокись

углерода.

В экономической части дипломной работы была проанализирована

экономическая эффективность, а также проведены расчеты себестоимости

разработанного проекта.

В части охраны труда и окружающей среды били рыли рассмотрены

освещенность, шум, вибрация, микроклимат, электроопастность и

электромагнтное излучение, влияющие на продуктивность работы, и

оптимизированы параметры отходящие от допустимых норм.

3

СОДЕРЖАНИЕ

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ .................................................................... 6

1. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ ............................................................................... 7

Введение ......................................................................................................... 8

1.1 Теоретическая часть.............................................................................. 10

1.1.1 Элементы и классификация. .......................................................... 10

1.1.2 Рабочий процесс эжектора. ............................................................ 13

1.1.3 Методика расчета классического эжектора. ................................ 15

1.2 Практическая часть .............................................................................. 19

1.2.1 Конструкция моделируемого эжектора ........................................ 19

1.2.2 Физическая модель работы эжектора ........................................... 20

1.2.3 Математические модели критического эжектора λ3=1 ............... 21

1.2.3.1 Математическая модель критического эжектора λ3=1 без

конденсации в сечениях 3 и 4 (k3=0 и k4=0) ................................................. 21

1.2.3.2 Математическая модель критического эжектора λ3=1 c

конденсацией в сечении 3 (𝒌𝟑 ≠ 𝟎 и k4=0) ................................................. 23


конденсацией в сечениях 3 и 4 (𝒌𝟑 ≠ 𝟎 и 𝒌𝟒 ≠ 𝟎)..................................... 24

1.2.4 Решение математических моделей................................................ 26

1.2.4.1 Замкнутые математические модели ....................................... 26

1.2.4.2 Аппроксимация табличных параметров газов ..................... 32

1.2.5 Численные методы решения .......................................................... 40

1.2.5.1 Метод простых итераций ........................................................ 41

Алгоритм метода: ................................................................................. 41

Характеристики метода:....................................................................... 42

4

1.2.5.2 Метод Ньютона ........................................................................ 42

Алгоритм метода ................................................................................... 43

Характеристики метода:....................................................................... 43

1.2.6 Алгоритм расчета параметров эжекторов .................................... 45

1.2.6.1 Алгоритм расчета параметров эжектора ................................ 45

1.2.6.1.1 Режим работы без конденсации .......................................... 45

1.2.6.1.2 Режим работы с конденсацией в сечении 3 ....................... 46

1.2.6.1.3 Режим работы с конденсацией в сечениях 3 и 4 .............. 48

1.2.6.2 Описание программы .............................................................. 50

1.2.6.2.1 Входные и выходные данные .............................................. 50

1.2.6.2.2 Интерфейс программы. ........................................................ 51

2. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ................................................................ 55

Введение ....................................................................................................... 56

2.1 Расчет затрат на создание продукта ................................................... 56

2.1.1 Материальные затраты .................................................................. 57

2.1.2 Расходы на оплату труда. .............................................................. 57

2.1.3 Социальные отчисления. ............................................................... 58

2.1.4 Амортизация основных фондов ................................................... 59

2.1.5 Прочие затраты .............................................................................. 60

2.2 Определение себестоимости продукта .............................................. 61

2.4 Экономическая эффективность .......................................................... 63

Выводы ......................................................................................................... 65

3. ОХРАНА ТРУДА И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ .................................. 66

Введение ....................................................................................................... 67

5

3.1 Анализ условий труда .......................................................................... 67

3.1.1 Санитарно-гигиенические факторы ............................................. 68

3.1.1.1 Микроклимат ............................................................................ 68

3.1.1.2 Освещение ................................................................................ 69

3.1.1.3 Электроопасность .................................................................... 69

3.1.1.4 Шум ........................................................................................... 70

3.1.1.5 Вибрация .................................................................................. 72

3.1.1.6 Электромагнитные излучения ............................................... 72

3.1.2 Эргономические факторы. ............................................................. 73

3.1.3 Психофизиологические факторы ................................................. 77

3.2 Расчет освещенности ........................................................................... 81

Выводы ......................................................................................................... 84

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ........................................................................................... 85

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ................................. 86

6

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

I – удельная энтальпия;

w – скорость;

G – массовый расход;

Cp – изобарная теплоемкость;

T – температура;

Tst – температура насыщения (точка росы);

Tb – температура плавления льда (273.5 К);

Qv – теплота парообразования;

kp – массовая доля конденсата;

Cpart – удельная теплоемкость воды;

S – площадь сечения;

Ρ – плотность;

P –давление;

R – универсальная газовая постоянная;

k – показатель адиабаты;

T02 – температура торможения эжектируемого газа;

P02 – давление торможения эжектируемого газа;

T01 – температура торможения эжектирующего газа;

P01 – давление торможения эжектирующего газа;

φ3 – коэффициент потерь полного давления между сечениями 1-3;

φ4 – коэффициент потерь полного давления между сечениями 1-4;

Индексы:

1 и v – параметры водяного пара;

2 и g – параметры эжектируемого газа;

3 – параметры смеси на сечении 3;

4 – параметры смеси на сечении 4;

mix – параметры смеси;

7

1. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

8

Введение

Газовым эжектором называется аппарат, в котором полное давление

газового потока увеличивается под действием струи другого, более

высоконапорного потока. Передача энергии от одного потока к другому

происходит путем их турбулентного смешения. Эжектор прост по

конструкции, может работать в широком диапазоне изменения параметров

газов, позволяет легко регулировать рабочий процесс и переходить с одного

режима работы на другой. Поэтому эжекторы широко применяются в

различных областях техники, в частности, в газовой и химической

промышленности, вакуумной технике, самолетостроении и различных

экспериментальных аэродинамических установках.

Так, в схеме аэродинамической трубы эжектор выполняет роль насоса,

позволяющего подать большое количество газа сравнительно невысокого

давления за счет энергии небольшого количества газа высокого давления. В

баллоне содержится воздух более высокого давления, чем необходимо для

работы трубы. Однако количество сжатого воздуха невелико, и для

обеспечения достаточно продолжительной работы трубы сжатый воздух

выпускают в эжектор, где к нему примешивается атмосферный воздух,

который засасывается эжектором через рабочую часть трубы. Чем больше

давление сжатого воздуха, тем большее количество атмосферного воздуха

можно привести в движение с заданной скоростью.

Часто эжектор используется для поддержания непрерывного тока

воздуха в канале или помещении и выполняет, таким образом, роль

вентилятора. Примером может служить схема стенда для испытания

реактивных двигателей. Струя выхлопных газов, вытекающая из реактивного

сопла, подсасывает в эжектор воздух из шахты, обеспечивая тем самым

вентиляцию помещения и охлаждение двигателя. При этом горячие газы

смешиваются с атмосферным воздухом, что снижает температуру газа в

9

выхлопной шахте и улучшает условия работы выхлопных устройств

(шумоглушителей и др.).

Существует еще одна возможная область использования свойств

эжектора, а именно увеличение реактивной тяги путем подмешивания

внешнего воздуха к струе газа, вытекающего из сопла реактивного двигателя.

Из-за обширного использования аппарата в различных отраслях

промышленности, моделирование работы эжектора, которое приводятся в

данной работе, актуально и в дальнейшем может иметь практическое

применение.

10

1.1 Теоретическая часть

1.1.1 Элементы и классификация.

Независимо от назначения эжектора в нем всегда имеются следующие

конструктивные элементы: сопло высоконапорного (эжектирующего) газа –

1, сопло низконапорного (эжектируемого) газа – 2, смесительная камера – 3

и обычно, диффузор – 4 (Рис. 1.1.).

Рис. 1.1. Принципиальная схема эжектора:1 – сопло эжектирующего газа, 2 –

сопло эжектируемого газа, 3– камера смешения, 4 – диффузор.

Назначение сопел – с минимальными потерями подвести газы ко входу

в смесительную камеру. Расположение сопел может быть различным (по

периферии, по спирали, со сдвигом и др.), зачастую рассматривают два

варианта расположения: такое, как изображено на рисунке выше, где

эжектирующый поток внутри, а эжектируемый – по периферии камеры, и

обратным, когда эжектирующый газ подается в камеру по внешнему

кольцевому соплу.

Сопло представляет собой сужающийся, расширяющийся или

сужающе-расширяющийся канал и предназначается для увеличения скорости

движущегося газа. Чтобы увеличить дозвуковую скорость до значения,

меньшего или равного скорости звука, требуется сужающееся сопло; до

значения же большего скорости звука необходимо сужающе-расширяющее

сопло (сопло Лаваля). Для ускорения сверхзвукового потока сопло должно

быть расширяющимся.

11

Взаимное расположение, число и форма сопел в эжекторе в

большинстве случаев не оказывают существенное влияния на конечные

параметры смеси газов. Важным является соотношение между величинами

поперечных сечений потоков эжектируемого и эжектирующего газов на

входе в камеру, т. е. отношение суммарных площадей сопел.

Камера смешения может быть цилиндрической (Рис. 1.2.) или иметь

переменную по длине площадь сечения, изобарическая камера смешения

(Рис. 1.3.). Форма камеры оказывает заметное влияние на смешение газов.

Рис. 1.2. Схема эжектора с цилиндрической камерой смешения:

1- сопло высоконапорного газа, 2 - сопло низконапорного газа, 3 – камера

смешения, 4 – диффузор, 5 – граница струй, 1-1, 2-2, 3-3, характерные

сечения проточной части, Кр – критическое сечение сопла 1.

12

1.2. Схема эжектора с изобарной камерой смешения:

1- сопло высоконапорного газа, 2 - сопло низконапорного газа, 3 –

начальный участок камеры смешения, 4 – торцевая стенка начального

участка, 5 – граница струй, 6 – горловина, 7-выходной участок камеры

смешения, 8 – диффузор, 1-1, 2-2, 3-3, характерные сечения эжектора.

Длина камеры выбирается такой, чтобы в ней успел закончится процесс

смешивания потоков, однако, по возможности короткой, с тем чтобы не

увеличивать гидравлических потерь и сохранить общие габариты эжектора.

Диффузор устанавливается на выходе из смесительной камеры в тех

случаях, когда желательно повысить статическое давление на выходе из

эжектора (происходит вследствие понижения скорости потока) или когда при

заданном давлении на выходе желательно получить низкое статическое

давление в камере смешивания и во входном сечении эжектора.

При проектировании диффузоров стремятся получить наименьшие

потери полного давления, являющиеся их основной характеристикой. По

характеру натекающего потока диффузоры могут быть дозвуковые и

сверхзвуковые.

13

Эжектор может работать и без диффузора, в этом случае конечное

сечение смесительной камеры одновременно является выходным сечением

эжектора.

1.1.2 Рабочий процесс эжектора.

Работа эжектора сводится к следующему. Высоконапорный

(эжектрирующий) газ, имеющий полное давление p1*, вытекает из сопла в

смесительную камеру. Во входном сечении смесительной камеры

устанавливается статическое давление p2, которое всегда ниже полного

давления низконапорного (эжектируемого) газа p2*.

Под действием разности давлений низконапорный газ стремиться в

камеру. Относительный расход этого газа, называется коэффициентом

эжекции n=G2/G1, в большей степени зависит от площадей сопел, от

плотности газов и их начальных давлений, а также от режима работы

эжектора.

Весь процесс смешения можно разделить на два этапа – начальный и

основной. В начальном участке камеры частицы эжектируемого газа

непрерывно захватываются высоконапорной струей и увлекаются ею в зону

смешивания, вследствие чего поддерживается разрежение на входе в

смесительную камеру.

На некотором расстоянии от сопла, называемом граничным сечением,

пограничный слой струи заполняет все сечение смесительной камеры. В этом

сечении нет области возмущенных течений, но параметры газа различны по

радиусу камеры. После пограничного слоя продолжатся выравнивание

параметров потока (давлений, температур и др.), в конечном сечении камеры

получается достаточно одномерная смесь газов, полное давление которой p3*

тем более превышает полное давление эжектируемого газа, чем меньше

коэффициент эжекции n.

14

Другая картина течения наблюдается при сверхкритических

отношениях давлений в сопле. При дозвуковом истечении давление газа на

выходе из сопла равно давлению в окружающей среде, статические давления

газов на входе в камеру смешения одинаковы. При звуковом или

сверхзвуковом истечении эжектрирующего газа давление на срезе сопла

может сильно отличаться от давления эжектируемого газа. Если сопло

нерасширяющееся, то при критическом отношении давлений давление на

срезе сопла превышает давление в окружающей среде. Поэтому при выходе

из сопла А струя эжектирующего газа В продолжает расширяться, скорость

ее становится сверхзвуковой, а площадь сечения — большей, чем площадь

выходного сечения сопла (Рис 1.4.). Так же ведет себя сверхзвуковая

эжектирующая струя, вытекающая из сопла Лаваля.

Рис. 1.4. Истечение из сверхзвукового сопла.

При дозвуковом истечении эжектирующей струи наибольшее

разрежение и максимальные скорости потока достигались во входном

сечении камеры. А в данном случае минимальное значение статического

давления и максимальная скорость эжектируемого потока достигается в

сечении 1', находящимся на некотором расстоянии от сопла, там, где

площадь расширяющейся сверхзвуковой струи становится большей. Это

сечение называю сечением запирания.

15

1.1.3 Методика расчета классического эжектора.

Рассмотрим методику расчета классического газового эжектора,

описанную в работе Г. Н. Абрамовича [1].

Течение газа в любом участке смесительной камеры описывается тремя

уравнениями сохранения: массы, количества движения и энергии. Будем

считать поток газа в выходном сечении камеры одномерном, т.е. полагать,

что процесс выравнивания параметров по сечению полностью закончен.

Запишем основные уравнения, связывающие параметры потока во

входном и выходном сечениях цилиндрической камеры смешения

(параметры эжектирующего газа будем отмечать индексом 1, эжектируемого

— индексом 2, а параметры смеси в выходном сечении — индексом 3).

Закон сохранения массы запишем в виде:

G3=G 1 + G 2 или G3/G1= n+1, где n=G2/G1 - коэффициент эжекции.

На основании закона сохранения энергии имеем:

где Q – общее количество тепла, проводимое за 1 сек. к газу в смесительной

камере путем теплопередачи через стенки камеры или выделяющееся

вследствие химических реакций в потоке.

Переходя к параметрам торможения, получаем:

где T* - температура торможения.

Если пренебречь различаем в теплоемкостях смешивающихся газов и

смеси, то из имеющихся уравнений можно получить:

16

Введем обозначения

Тогда из последнего уравнения получаем

где - отношение подведенного секундного количества тепла к

теплосодержанию секундного расхода эжектирующего газа. При расчете

обычных эжекторов принимаем 𝜗 = 0 и получаем:

Последние два уравнения позволяют определить температуру

торможения (или критическую скорость) звука в выходном сечении

смесительной камеры.

Уравнение количества движения (закон сохранения импульса) мы

можем записать в виде:

или

Преобразовывая данное уравнение с помощью газодинамических функций,

получаем:

откуда,

17

где

газодинамическая функция z(λ) определяется как:

z(λ) = λ +1

λ

если разделить обе части уравнения на G1aкр1 , то получим

и применяя формулы

можем записать основное уравнение эжекции:

Для нахождения полного давления смеси запишем G3/G1= n+1 как

где 𝑞(λ) = (𝑘+1

2)

1

𝑘−1∗ λ ∗ (1 −

𝑘−1

𝑘+1∗ λ2)

1

𝑘−1

т. к. мы рассматриваем цилиндрическую камеру смешения, то F3/F1=1-1/a.

Окончательно получаем

18

Из данной формулы мы можем найти полное давление газа.

19

1.2 Практическая часть

1.2.1 Конструкция моделируемого эжектора

Существуют различные варианты конструкции эжектора, в

зависимости от выбора сопла, параметров смесительной камеры и вида

диффузора.

Наиболее распространенным типом газового эжектора, эффективно

работающим в большом диапазоне параметров газа, является сверхзвуковой

эжектор поэтому, данной работе мы будем рассматривать эжектор, в

котором эжектирующий газ подводится в камеру смешения через

сверхзвуковое сопло (сопло Лаваля).

Для обеспечения наивыгоднейшего режима работы эжектора

(критического режима), переход от сверхзвуковой скорости к дозвуковой

скорости осуществляется при помощи системы косых скачков уплотнения.

Для обеспечения минимальных потерь полного давления при переходе со

сверхзвукового потока смеси газов на входе в диффузор в дозвуковой поток

на выходе будем использовать коническую камеру смешения с горловиной и

расширяющийся диффузор

.

Рис.1.5. Конструкция моделируемого эжектора.

20

1.2.2 Физическая модель работы эжектора

Для дальнейших расчетов принимаем следующие допущения:

1. Эжектор сверхзвуковой, т. e. с расширяющимся соплом, λ1>1.

2. Камера смешения коническая с горловиной.

3. Скорость в сечении 3 критическая, λ3=1.

4. Диффузор дозвуковой, λ4<1.

5. Потоки газа имеют различный состав.

6. Движение газа установившееся (стационарное движение потока),

однородное вдоль оси эжектора.

7. Теплообмен струй через стенки камеры смешивания с окружающей

средой отсутствует.

8. В конце камеры смешения осуществляется полное перемешивание

газов.

9. Давление в камере смешения изменяется по линейному закону в

зависимости от площади сечения камеры.

21

1.2.3 Математические модели критического эжектора λ3=1

1.2.3.1 Математическая модель критического эжектора λ3=1

без конденсации в сечениях 3 и 4 (k3=0 и k4=0)

1. Запишем закон сохранения масс:

𝐺 = 𝐺1 + 𝐺2

2. Запишем уравнение сохранения энергии для 1-ого сечения:

𝐼 = 𝐺1 (𝑖𝑣(𝑇1) +𝑤12

2) + 𝐺2 (𝑖2(𝑇2) +

𝑤22

2)

Формула расчета энтальпии пара без конденсации имеет вид:

𝑖𝑣 = 𝐶𝑝1(𝑇 − 𝑇𝑏𝑎𝑠𝑒) + 𝑄𝑣 + 𝐶𝑝𝑎𝑟𝑡(𝑇𝑠𝑡 − 𝑇𝑏𝑎𝑠𝑒),

В случае конденсации энтальпию насыщенного пара можно вычислить по

формуле:

𝑖𝑣 = 𝐶𝑝1(𝑇𝑠𝑡 − 𝑇𝑏𝑎𝑠𝑒) + 𝑄𝑣 ,

а энтальпию конденсата:

𝑖𝑝 = 𝐶𝑝𝑎𝑟𝑡(𝑇𝑠𝑡 − 𝑇𝑏𝑎𝑠𝑒).

Для эжектируемого газа формула для энтальпии будет иметь следующий вид:

𝑖2 = 𝐶𝑝2 ∗ 𝑇

3. Поскольку в третьем сечении не наблюдается конденсации, то

уравнение энергии можно записать в виде:

𝐼 = 𝐺1 (𝑖𝑣(𝑇3) +𝑤32

2) + 𝐺2(𝑖2(𝑇3) +

𝑤32

2).

4. Запишем уравнение закона сохранения импульсов между

сечениями 1+2 и 3:

𝜑3(𝐺1𝑤1 + 𝐺2𝑤2) + 𝑃1𝑆1 + 𝑃2𝑆2 = 𝐺𝑤3 + 𝑃3𝑆3 −𝑃3+𝑃2

2(𝑆3 − 𝑆2 − 𝑆1),

в данном уравнении член 𝑃3+𝑃2

2(𝑆3 − 𝑆2 − 𝑆1) - сила реакции стенок.

Сечение 𝑆3 можно определить через основные параметры смеси используя

известные уравнения - уравнение неразрывности и Менделеева- Клапейрона:

22

𝑆3 =𝐺

𝜌𝑚𝑖𝑥3𝑤3 , 𝜌𝑚𝑖𝑥3 =

𝑃3

𝑅𝑚𝑖𝑥3𝑇3 , 𝑅𝑚𝑖𝑥3 =

𝑅0

𝑀𝑚𝑖𝑥3,

Молярную массу смеси газов мы можем записать через N – число молей:

𝑁𝑣 =𝐺1

𝑀𝑣 – число молей пара, 𝑁𝑔 =

𝐺𝑔

𝑀𝑔 – число молей газа, а общее число

молей N = Nv +Np , значит:

𝑀𝑚𝑖𝑥3 =𝐺

𝐺1𝑀𝑣+𝐺𝑔𝑀𝑔

5. Запишем уравнение сохранения энергии для 4-ого сечения:

𝐼 = 𝐺1 (𝑖𝑣(𝑇4) +𝑤42

2) + 𝐺2(𝑖2(𝑇4) +

𝑤42

2)

6. Закон сохранения импульса между сечениями 1+2 и 4 можно

представить в виде:

𝜑4(𝐺1𝑤1 + 𝐺2𝑤2) + 𝑃1𝑆1 + 𝑃2𝑆2 + 𝑃3+𝑃2

2(𝑆3 − 𝑆2 − 𝑆1) = 𝐺𝑤4 + 𝑃4𝑆4 +

𝑃4+𝑃3

2(𝑆4 − 𝑆3),

члены 𝑃3+𝑃2

2(𝑆3 − 𝑆2 − 𝑆1) и

𝑃4+𝑃3

2(𝑆4 − 𝑆3) , входящие в уравнение – силы

реакции стенок при прохождении смеси через камеру смешения и диффузор.

Параметры смеси газов, достижимые в сечении 4 определяем аналогично

параметрам смеси для сечения 3:

𝑆4 =𝐺

𝜌𝑚𝑖𝑥4𝑤4 , 𝜌𝑚𝑖𝑥4 =

𝑃4

𝑅𝑚𝑖𝑥4𝑇4 , 𝑅𝑚𝑖𝑥4 =

𝑅0

𝑀𝑚𝑖𝑥4, 𝑀𝑚𝑖𝑥4 =

𝐺𝐺1𝑀𝑣+𝐺2𝑀2

.

7. 3-е сечение рассматриваемого эжектора является критическим,

приведённая скорость будет равняться λ3=1, в этом случае для определения

скорости потока в данном сечении можно воспользоваться формулой:

𝑤3 = √𝑘𝑚𝑖𝑥3𝑅𝑚𝑖𝑥3𝑇3,

Показатель адиабаты для смеси газов будем определять через молярную

массу и теплоемкость веществ в составе смеси.

𝑘𝑚𝑖𝑥3 = 𝑘2

1 + 𝐺2𝐺1

𝐶𝑝2𝐶𝑝1

𝑘2𝑘1+ 𝐺2𝐺1

𝐶𝑝2𝐶𝑝1

23


конденсацией в сечении 3 (𝒌𝟑 ≠ 𝟎 и k4=0)

1. Так же как и в первом случае запишем закон сохранения масс и

уравнение энергии для первого сечения:

G3=G1+Gg,

𝐼 = 𝐺1 (𝑖𝑣(𝑇1) +𝑤12

2) + 𝐺2(𝑖2(𝑇2) +

𝑤22

2)

2. В сечении 3 мы полагаем конденсацию, в связи с этим в

уравнение энергии приобретает следующий вид:

𝐼 = 𝐺1(1 − 𝑘𝑝3) (𝑖𝑣(𝑇3) +𝑤32

2) + 𝐺1𝑘𝑝3 (𝑖𝑝(𝑇3) +

𝑤32

2) + 𝐺2(𝑖2(𝑇3) +

𝑤32

2),

где kp3 – коэффициент конденсата, энтальпии i определены в пункте 1.4.2.

3. Запишем закон сохранения импульса между сечениями 1+2 и 3:


2(𝑆3 − 𝑆2 − 𝑆1),

Параметры смеси двухфазного потока будут отличаться от описанных нами

выше:

𝑆3 = 𝐺2+𝐺1(1−𝑘𝑝3)

𝜌𝑚𝑖𝑥3𝑤3+𝐺1𝑘𝑝3

𝜌𝑝𝑤3, 𝜌𝑚𝑖𝑥3 =

𝑃3

𝑅𝑚𝑖𝑥3𝑇3, 𝑅𝑚𝑖𝑥3 =

𝑅0

𝑀𝑚𝑖𝑥3,

молярная масса смеси в этом случае 𝑀𝑚𝑖𝑥3 = 𝐺2+𝐺1(1− 𝑘𝑝3)𝐺1(1−𝑘𝑝3)

𝑀𝑣+𝐺2𝑀2

.

4. Поскольку в четвертом сечении конденсации нет, то все

уравнения получаем идентично пункту 1.4.2.:

𝐼 = 𝐺1 (𝑖𝑣(𝑇4) +𝑤42

2) + 𝐺2(𝑖2(𝑇4) +

𝑤42

2) – уравнение энергии для сечения 4.

Закон сохранения импульса между сечениями 1+2 и 4:

24

𝜑4(𝐺1𝑤1 + 𝐺2𝑤2) + 𝑃1𝑆1 + 𝑃2𝑆2 + 𝑃3 + 𝑃22

(𝑆3 − 𝑆2 − 𝑆1) = 𝐺𝑤4 + 𝑃4𝑆4 −𝑃4 + 𝑃32

(𝑆4 − 𝑆3)

Параметры смеси в сечении 4:

𝑆4 =𝐺

𝜌𝑚𝑖𝑥4𝑤4, 𝜌𝑚𝑖𝑥4 =

𝑃4


𝑅0

𝑀𝑚𝑖𝑥4, 𝑀𝑚𝑖𝑥4 =

𝐺𝐺1𝑀𝑣+𝐺2𝑀2

5. В связи с конденсацией в сечении 3 значение критической

скорости мудет меняться в зависимости от изменения 𝑘𝑚𝑖𝑥3:

𝑤3 = √𝑘𝑚𝑖𝑥3𝑅𝑚𝑖𝑥3𝑇3, показатель адиабаты для смеси в сечении 3:

𝑘𝑚𝑖𝑥3 = 𝑘1

(1 + 𝐺1(1 − 𝑘𝑝3)𝐶𝑝1

𝐺2𝐶𝑝2)

(𝑘1𝑘2 + 𝐺1(1 − 𝑘𝑝3)𝐶𝑝1

𝐺2𝐶𝑝2)


конденсацией в сечениях 3 и 4 (𝒌𝟑 ≠ 𝟎 и 𝒌𝟒 ≠ 𝟎)

Аналогично пункту 1.4.3 записываем закон сохранения масс,

уравнение энергии для сечения 1 и 3, параметры 3его сечения так же не

изменяться:

1. G3=G1+G2 – закон сохранения масс.

2. Уравнение энергии для сечения 1:

𝐼 = 𝐺1 (𝑖𝑣(𝑇1) +𝑤12

2) + 𝐺2(𝑖2(𝑇2) +

𝑤22

2)

3. Уравнение энергии для сечения 3:

𝐼 = 𝐺1(1 − 𝑘𝑝3) (𝑖𝑣(𝑇3) +𝑤32

2) + 𝐺1𝑘𝑝3 (𝑖𝑝(𝑇3) +

𝑤32

2) + 𝐺2(𝑖2(𝑇3) +

𝑤32

2),

4. Закон сохранения импульсов для 1-3:


2(𝑆3 − 𝑆2 − 𝑆1),

Параметры смеси и сечения с учетом конденсации для 3:

25

𝑆3 = 𝐺2+𝐺1(1−𝑘𝑝3)



𝑃3

𝑅𝑚𝑖𝑥3𝑇3, при 𝑅𝑚𝑖𝑥3 =

𝑅0

𝑀𝑚𝑖𝑥3,

молярная масса: 𝑀𝑚𝑖𝑥3 = 𝐺2+𝐺1(1− 𝑘𝑝3)𝐺1(1−𝑘𝑝3)

𝑀𝑣+𝐺2𝑀2

.

В рассматриваемой математической модели, в сечении 4, присутствует

конденсат, поэтому уравнения энергии запишем аналогично уравнению для

сечения 3:

𝐼 = 𝐺1(1 − 𝑘𝑝4) (𝑖𝑣(𝑇4) +𝑤42

2) + 𝐺1𝑘𝑝4 (𝑖𝑝(𝑇4) +

𝑤42

2) + 𝐺2(𝑖2(𝑇4) +

𝑤42

2)

Уравнение для закона сохранения импульсов остается без изменений:

𝜑4(𝐺1𝑤1 + 𝐺2𝑤2) + 𝑃1𝑆1 + 𝑃2𝑆2 + 𝑃3+𝑃2

2(𝑆3 − 𝑆2 − 𝑆1) = 𝐺𝑤4 + 𝑃4𝑆4 −

𝑃4+𝑃3

2(𝑆4 − 𝑆3),

Параметры сечения 4 определяются из известных формул, однако в

данном случае учитывается конденсация:

𝑆4 = 𝐺2+𝐺1(1−𝑘𝑝4)



𝑃4


𝑅0

𝑀𝑚𝑖𝑥4 , где

𝑀𝑚𝑖𝑥4 = 𝐺2 + 𝐺1(1 − 𝑘𝑝4)

𝐺1(1 − 𝑘𝑝4)𝑀𝑣

+𝐺2𝑀2

Критическая скорость и показатель адиабаты определяются аналогично

пункту 1.4.3.:

𝑤3 = √𝑘𝑚𝑖𝑥3𝑅𝑚𝑖𝑥3𝑇3, 𝑘𝑚𝑖𝑥3 = 𝑘1(1+

𝐺1(1−𝑘𝑝3)𝐶𝑝1

𝐺2𝐶𝑝2)

(𝑘1𝑘2 + 𝐺1(1−𝑘𝑝3)𝐶𝑝1

𝐺2𝐶𝑝2)

26

1.2.4 Решение математических моделей

1.2.4.1 Замкнутые математические модели

Для дальнейшего решения систем уравнений необходимо

сформулировать замкнутые математические модели.

I. Без конденсации в сечениях 3 и 4 (k3=0 и k4=0).

1. 𝐺 = 𝐺1 + 𝐺2

2. 𝑖𝑣 = 𝐶𝑝1(𝑇 − 𝑇𝑏𝑎𝑠𝑒) + 𝑄𝑣 + 𝐶𝑝𝑎𝑟𝑡(𝑇 − 𝑇𝑏𝑎𝑠𝑒)

3. 𝑖2 = 𝐶𝑝2 ∗ 𝑇

4. 𝐼 = 𝐺1 (𝑖𝑣(𝑇1) +𝑤12

2) + 𝐺2(𝑖2(𝑇2) +

𝑤22

2)

5. 𝐼 = 𝐺1 (𝑖𝑣(𝑇3) +𝑤32

2) + 𝐺2(𝑖2(𝑇3) +

𝑤32

2)

6. 𝜑3(𝐺1𝑤1 + 𝐺2𝑤2) + 𝑃1𝑆1 + 𝑃2𝑆2 = 𝐺𝑤3 + 𝑃3𝑆3 −𝑃3+𝑃2

2(𝑆3 − 𝑆2 − 𝑆1)

7. 𝑆1 = 𝐺1

𝜌1𝑤1

8. 𝑆2 = 𝐺2

𝜌2𝑤2

9. 𝑃1 = 𝜌𝑣𝑅1𝑇1

10. 𝑃2 = 𝜌2𝑅2𝑇2

11. 𝑆3 =𝐺

𝜌𝑚𝑖𝑥3𝑤3

12. 𝜌𝑚𝑖𝑥3 =𝑃3

𝑅𝑚𝑖𝑥3𝑇3

13. 𝑅𝑚𝑖𝑥3 = 𝑅0

𝑀𝑚𝑖𝑥3

14. 𝑀𝑚𝑖𝑥3 = 𝐺

𝐺1𝑀𝑣+𝐺2𝑀2

15. 𝐼 = 𝐺1 (𝑖𝑣(𝑇4) +𝑤42

2) + 𝐺2(𝑖2(𝑇4) +

𝑤42

2)

16. 𝜑4(𝐺1𝑤1 + 𝐺2𝑤2) + 𝑃1𝑆1 + 𝑃2𝑆2 + 𝑃3+𝑃2

2(𝑆3 − 𝑆2 − 𝑆1) = 𝐺𝑤4 +

𝑃4𝑆4 −𝑃4+𝑃3

2(𝑆4 − 𝑆3)

17. 𝑆4 =𝐺


27

18. 𝜌𝑚𝑖𝑥4 =𝑃4


19. 𝑅𝑚𝑖𝑥4 = 𝑅0

𝑀𝑚𝑖𝑥4

20. 𝑀𝑚𝑖𝑥4 = 𝐺


21. 𝑤3 = √𝑘𝑚𝑖𝑥3𝑅𝑚𝑖𝑥3𝑇3

22. 𝑘𝑚𝑖𝑥3 = 𝑘21+

𝐺2𝐺1

𝐶𝑝2

𝐶𝑝1

𝑘2𝑘1+ 𝐺2𝐺1

𝐶𝑝2

𝐶𝑝1

23. 𝑤1 = √𝑇01𝑅

𝑀𝑣

2𝑘1

(𝑘1−1)(1 − (

𝑃01

𝑃1)𝑘1−1

𝑘1 )

24. 𝑃1 = 𝑃2

В данной системе уравнений большинство функций задано явно и их

решение не представляет большой сложности. Поэтому систему можно

свести к системе из четырех уравнений:

𝐺1 (𝑖𝑣(𝑇1) +𝑤12

2) + 𝐺2 (𝑖2(𝑇2) +

𝑤22

2) = 𝐺1 (𝑖𝑣(𝑇3) +

𝑤32

2) + 𝐺2(𝑖2(𝑇3) +

𝑤32

2)

𝐺1 (𝑖𝑣(𝑇1) +𝑤12

2) + 𝐺2 (𝑖2(𝑇2) +

𝑤22

2) = 𝐺1 (𝑖𝑣(𝑇4) +

𝑤42

2) + 𝐺2(𝑖2(𝑇4) +

𝑤42

2)

𝜑3(𝐺1𝑤1 + 𝐺2𝑤2) + 𝑃1𝑆1 + 𝑃2𝑆2 = 𝐺𝑤3 + 𝑃3𝑆3 −𝑃3 + 𝑃22

(𝑆3 − 𝑆2 − 𝑆1)

𝜑4(𝐺1𝑤1 + 𝐺2𝑤2) + 𝑃1𝑆1 + 𝑃2𝑆2 + 𝑃3+𝑃2

2(𝑆3 − 𝑆2 − 𝑆1) = 𝐺𝑤4 + 𝑃4𝑆4 −

𝑃4+𝑃3

2(𝑆4 − 𝑆3)

Из первых двух уравнений системы, используя известные параметры

эжектирумого и эжектирующего газов, можно выразить уравнения для

𝑤2 (из первого уравнения закона сохранения) и 𝑃3 (из второго уравнения

закона сохранения, используя энтальпию), оставшиеся два уравнения более

сложные и их решение будем искать, используя численные методы.

28

II. С конденсацией в сечении 3 (𝑘𝑝3 ≠ 0)

1. 𝐺 = 𝐺1 + 𝐺2


3. 𝑖𝑣 = 𝐶𝑝1(𝑇 − 𝑇𝑏𝑎𝑠𝑒) + 𝑄𝑣

4. 𝑖𝑝 = 𝐶𝑝𝑎𝑟𝑡(𝑇 − 𝑇𝑏𝑎𝑠𝑒)

5. 𝑖2 = 𝐶𝑝2 ∗ 𝑇

6. 𝐼 = 𝐺1 (𝑖𝑣(𝑇1) +𝑤12

2) + 𝐺2(𝑖2(𝑇2) +

𝑤22

2)

7. 𝐼 = 𝐺1(1 − 𝑘𝑝3) (𝑖𝑣(𝑇3) +𝑤32

2) + 𝐺1𝑘𝑝3 (𝑖𝑝(𝑇3) +

𝑤32

2) + 𝐺2(𝑖2(𝑇3) +

𝑤32

2)


2(𝑆3 − 𝑆2 − 𝑆1)

9. 𝑆1 = 𝐺1

𝜌1𝑤1

10. 𝑆2 = 𝐺2

𝜌2𝑤2

11. 𝑃1 = 𝜌𝑣𝑅1𝑇1

12. 𝑃2 = 𝜌2𝑅2𝑇2

13. 𝑆3 = 𝐺2+𝐺1(1−𝑘𝑝3)


𝜌𝑝𝑤3

14. 𝜌𝑚𝑖𝑥3 =𝑃3


15. 𝑅𝑚𝑖𝑥3 = 𝑅0

𝑀𝑚𝑖𝑥3

16. 𝑀𝑚𝑖𝑥3 = 𝐺2+𝐺1(1− 𝑘𝑝3)𝐺1(1−𝑘𝑝3)

𝑀𝑣+𝐺2𝑀2

17. 𝐼 = 𝐺1 (𝑖𝑣(𝑇4) +𝑤42

2) + 𝐺2(𝑖2(𝑇4) +

𝑤42

2)

18. 𝜑4(𝐺1𝑤1 + 𝐺2𝑤2) + 𝑃1𝑆1 + 𝑃2𝑆2 + 𝑃3+𝑃2

2(𝑆3 − 𝑆2 − 𝑆1) = 𝐺𝑤4 +

𝑃4𝑆4 −𝑃4+𝑃3

2(𝑆4 − 𝑆3)

19. 𝑆4 =𝐺


29

20. 𝜌𝑚𝑖𝑥4 =𝑃4


21. 𝑅𝑚𝑖𝑥4 = 𝑅0

𝑀𝑚𝑖𝑥4

22. 𝑀𝑚𝑖𝑥4 = 𝐺



24. 𝑇3 = 𝑇𝑠

25. 𝑘𝑚𝑖𝑥3 = 𝑘1(1+


𝐺2𝐶𝑝2)

(𝑘1𝑘2 + 𝐺1(1−𝑘𝑝3)𝐶𝑝1

𝐺2𝐶𝑝2)

26. 𝑤1 = √𝑇01𝑅

𝑀𝑣

2𝑘1

(𝑘1−1)(1 − (

𝑃01

𝑃1)𝑘1−1

𝑘1 )

27. 𝑃1 = 𝑃2

Как и в предыдущем случае, сводим систему к систем из четырех уравнений:

𝐺1 (𝑖𝑣(𝑇1) +𝑤12

2) + 𝐺2(𝑖2(𝑇2) +

𝑤22

2)

= 𝐺1(1 − 𝑘𝑝3) (𝑖𝑣(𝑇3) +𝑤32

2) + 𝐺1𝑘𝑝3 (𝑖𝑝(𝑇3) +

𝑤32

2) + 𝐺2(𝑖2(𝑇3) +

𝑤32

2)

𝐺1 (𝑖𝑣(𝑇1) +𝑤12

2) + 𝐺2(𝑖2(𝑇2) +

𝑤22

2) = 𝐺1 (𝑖𝑣(𝑇4) +

𝑤42

2) + 𝐺2(𝑖2(𝑇4) +

𝑤42

2)


(𝑆3 − 𝑆2 − 𝑆1)

𝜑4(𝐺1𝑤1 + 𝐺2𝑤2) + 𝑃1𝑆1 + 𝑃2𝑆2 + 𝑃3 + 𝑃22

(𝑆3 − 𝑆2 − 𝑆1) = 𝐺𝑤4 + 𝑃4𝑆4 −𝑃4 + 𝑃32

(𝑆4 − 𝑆3)

В данном случае из решения первого уравнения системы получим

уравнение для 𝑤2, а из второго зависимость для 𝑇4. Далее решатся система

из двух нелинейных уравнений.

30

III. C конденсаций в сечениях 3 и 4 (𝑘𝑝3 ≠ 0 𝑘𝑝4 ≠ 0)

1. 𝐺 = 𝐺1 + 𝐺2


3. 𝑖𝑣 = 𝐶𝑝1(𝑇 − 𝑇𝑏𝑎𝑠𝑒) + 𝑄𝑣

4. 𝑖𝑝 = 𝐶𝑝𝑎𝑟𝑡(𝑇 − 𝑇𝑏𝑎𝑠𝑒)

5. 𝑖2 = 𝐶𝑝2 ∗ 𝑇

6. 𝐼 = 𝐺1 (𝑖𝑣(𝑇1) +𝑤12

2) + 𝐺2(𝑖2(𝑇2) +

𝑤22

2)

7. 𝐼 = 𝐺1(1 − 𝑘𝑝3) (𝑖𝑣(𝑇3) +𝑤32

2) + 𝐺1𝑘𝑝3 (𝑖𝑝(𝑇3) +

𝑤32

2) + 𝐺2(𝑖2(𝑇3) +

𝑤32

2)


2(𝑆3 − 𝑆2 − 𝑆1)

9. 𝑆1 = 𝐺1

𝜌1𝑤1

10. 𝑆2 = 𝐺2

𝜌2𝑤2

11. 𝑃1 = 𝜌𝑣𝑅𝑇1

12. 𝑃2 = 𝜌2𝑅𝑇2

13. 𝑆3 = 𝐺2+𝐺1(1−𝑘𝑝3)


𝜌𝑝𝑤3

14. 𝜌𝑚𝑖𝑥3 =𝑃3


15. 𝑅𝑚𝑖𝑥3 = 𝑅0

𝑀𝑚𝑖𝑥3

16. 𝑀𝑚𝑖𝑥3 = 𝐺2+𝐺1(1− 𝑘𝑝3)𝐺1(1−𝑘𝑝3)

𝑀𝑣+𝐺2𝑀2

17. 𝐼 = 𝐺1(1 − 𝑘𝑝4) (𝑖𝑣(𝑇4) +𝑤42

2) + 𝐺1𝑘𝑝4 (𝑖𝑝(𝑇4) +

𝑤42

2) + 𝐺2(𝑖2(𝑇4) +

𝑤42

2)

18. 𝜑4(𝐺1𝑤1 + 𝐺2𝑤2) + 𝑃1𝑆1 + 𝑃2𝑆2 + 𝑃3+𝑃2

2(𝑆3 − 𝑆2 − 𝑆1) = 𝐺𝑤4 + 𝑃4𝑆4 −

𝑃4+𝑃3

2(𝑆4 − 𝑆3)

19. 𝑆4 = 𝐺2+𝐺1(1−𝑘𝑝4)


𝜌𝑝𝑤4

20. 𝜌𝑚𝑖𝑥4 =𝑃4


31

21. 𝑅𝑚𝑖𝑥4 = 𝑅0

𝑀𝑚𝑖𝑥4

22. 𝑀𝑚𝑖𝑥4 = 𝐺2+𝐺1(1− 𝑘𝑝4)𝐺1(1−𝑘𝑝4)

𝑀𝑣+𝐺2𝑀2


24. 𝑇3 = 𝑇𝑠(𝑃3)

25. 𝑇4 = 𝑇𝑠(𝑃4)

26. 𝑘𝑚𝑖𝑥3 = 𝑘1(1+


𝐺2𝐶𝑝2)

(𝑘1𝑘2 + 𝐺1(1−𝑘𝑝3)𝐶𝑝1

𝐺2𝐶𝑝2)

27. 𝑤1 = √𝑇01𝑅

𝑀𝑣

2𝑘1

(𝑘1−1)(1 − (

𝑃01

𝑃1)𝑘1𝑘1−1)

28. 𝑃1 = 𝑃2

Преобразуем систему к системе из четырех уравнений:

𝐺1 (𝑖𝑣(𝑇1) +𝑤12

2) + 𝐺2(𝑖2(𝑇2) +

𝑤22

2= 𝐺1(1 − 𝑘𝑝3) (𝑖𝑣(𝑇3) +

𝑤32

2)

+𝐺1𝑘𝑝3 (𝑖𝑝(𝑇3) +𝑤32

2) + 𝐺2(𝑖2(𝑇3) +

𝑤32

2)

𝐺1 (𝑖𝑣(𝑇1) +𝑤12

2) + 𝐺2(𝑖2(𝑇2) +

𝑤22

2= 𝐺1(1 − 𝑘𝑝4) (𝑖𝑣(𝑇4) +

𝑤42

2)

+𝐺1𝑘𝑝4 (𝑖𝑝(𝑇4) +𝑤42

2) + 𝐺2(𝑖2(𝑇4) +

𝑤42

2)


(𝑆3 − 𝑆2 − 𝑆1)

𝜑4(𝐺1𝑤1 + 𝐺2𝑤2) + 𝑃1𝑆1 + 𝑃2𝑆2 + 𝑃3 + 𝑃22

(𝑆3 − 𝑆2 − 𝑆1)

= 𝐺𝑤4 + 𝑃4𝑆4 −𝑃4 + 𝑃32

(𝑆4 − 𝑆3)

Из первых двух уравнений получаем зависимости для 𝑘𝑝4 и 𝑤4.

32

Далее сводим систему к системе из двух уравнений, которую решаем,

используя численные методы.

1.2.4.2 Аппроксимация табличных параметров газов

Некоторые параметры, необходимые для расчетов, заданы таблично:

теплоемкость, теплота парообразования, температура насыщения и

показатель адиабаты, и зависят от температуры или давления. Для

автоматического расчета и наиболее удобного использования в дальнейшем

была проведена аппроксимация экспериментальных данных полиномами в

среде Matlab 14.

При аппроксимации теплоемкости эжектируемых газов пренебрегаем

зависимостью от давления и рассматриваем только вклад температуры, т. К.

в зоне низких давлений, характерной для эжектируемых газов, изменение

данного параметра существенно не влияет на теплоемкость.

1. Воздух

Теплоемкость

𝐶𝑝 = −3.47 ∗ 10−10 ∗ 𝑇3 + 8.2 ∗ 10−8 ∗ 𝑇2 − 0.0003854 ∗ 𝑇 + 1.58

Рис. 1.6. Аппроксимация теплоемкости воздуха

Температура насыщения:

33

𝑇𝑠 = 1.59 ∗ 10−5 ∗ 𝑃5 − 0.001628 ∗ 𝑃4 + 0.06183 ∗ 𝑃3 − 1.089 ∗ 𝑃2 +

10.06 ∗ 𝑃 + 67.57

Рис. 1.7. Аппроксимация температуры насыщения воздуха

Показатель адиабаты:

𝑘 = −5.786 ∗ 10−11 ∗ 𝑇3 + 5.399 ∗ 10−8 ∗ 𝑇2 − 3.375 ∗ 10−5 ∗ 𝑇 + 1.402

Рис. 1.8. Аппроксимация показателя адиабаты воздуха

2. Азот

34

Теплоемкость:

𝐶𝑝 = 4.466 ∗ 10−13 ∗ 𝑇4 − 1.565 ∗ 10−9 ∗ 𝑇3 + 1.949 ∗ 10−6 ∗ 𝑇2

− 0.0008054 ∗ 𝑇 + 1.141

Рис. 1.9. Аппроксимация теплоемкости азота


𝑇𝑠 = −0.0002833 ∗ 𝑃4 + 0.02215 ∗ 𝑃3 − 0.6088 ∗ 𝑃2 + 7.902 ∗ 𝑃 + 67.74

Рис. 1.10. Аппроксимация темпрературы насыщения азота

35


𝑘 = 9.674 ∗ 10−11 ∗ 𝑇3 − 1.521 ∗ 10−7 ∗ 𝑇2 − 2.331 ∗ 10−5 ∗ 𝑇 + 1.403

Рис. 1.11. Аппроксимация показателя адиабаты азота

3. Углекислый газ


𝐶𝑝 = 1.907 ∗ 10−10 ∗ 𝑇3 − 8.483 ∗ 10−7 ∗ 𝑇2 + 0.001385 ∗ 𝑇 + 0.5097

Рис. 1.12. Аппроксимация теплоемкости углекилого газа

36


𝑇𝑠 = −6.127 ∗ 10−6 ∗ 𝑃4 + 0.001234 ∗ 𝑃3 − 0.09632 ∗ 𝑃2 + 4.284 ∗ 𝑃 + 197.9

Рис. 1.13. Аппроксимация темературы насыщения CO2.


𝑘 = −8.147 ∗ 10−11 ∗ 𝑇3 + 3.315 ∗ 10−7 ∗ 𝑇2 − 0.000462 ∗ 𝑇 + 1.391

Рис. 1.14. Аппроксимация показателя адиабаты CO2.

37

5. Вода (пар)


1. При P = 0.1 бар:

𝐶𝑝 = 2.501 ∗ 10−12 ∗ 𝑇4 − 5.136 ∗ 10−9 ∗ 𝑇3 + 3.852 ∗ 10−6 ∗ 𝑇2

− 0.000573 ∗ 𝑇 + 1.94

2. При P = 1 бар:

𝐶𝑝 = 5.973 ∗ 10−12 ∗ 𝑇4 − 1.262 ∗ 10−8 ∗ 𝑇3 + 9.724 ∗ 10−6 ∗ 𝑇2

− 0.002574 ∗ 𝑇 + 2.196

3. При P = 10 бар:

𝐶𝑝 = −1.358 ∗ 10−13 ∗ 𝑇5 + 3.67 ∗ 10−10 ∗ 𝑇4 − 3.879 ∗ 10−7 ∗

𝑇3 + 0.0002012 ∗ 𝑇2 − 0.05103 ∗ 𝑇 + 7.159

Рис. 1.15. Аппроксимация теплоемкости пара при различном давлении.

38

Теплоемкость конденсата:

𝐶𝑝 = 3.948 ∗ 10−10 ∗ 𝑇4 − 1.454 ∗ 10−7 ∗ 𝑇3 + 2.961 ∗ 10−5 ∗ 𝑇2

− 0.001852 ∗ 𝑇 + 4.213

Рис. 1.16. Аппроксимация теплоемкости конденсата.


𝑇𝑠 = 34.58 ∗ 𝑃0,167 + 184.3

Рис. 1.17. Аппроксимация температра насыщения пара.

39

Теплота парообразования:

𝑄𝑣 = −7.771 ∗ 10−5 ∗ 𝑇3 + 0.02672 ∗ 𝑇2 − 4.923 ∗ 𝑇 + 2549

Рис. 1.18. Аппроксимация температра насыщения пара.

40

1.2.5 Численные методы решения

Для всех предложенных ММ можно применить одинаковый метод

решения системы уравнений.

После некоторых алгебраических преобразований, учитывая, что

многие уравнения заданы явно, полученную систему можно привести к

системе, состоящей из двух нелинейных уравнений:

для решения которой требуется использование численных методов.

Существует огромное количество методов решения нелинейных

уравнений, мы рассмотрим только основные численные методы решения

СНАУ, к которым относятся:

Метод простых итераций

Метод Ньютона

Так же можно применить более грубые и медленные методы решения

системы уравнений, такие как Метод деления пополам и Метод подбора,

которые при некоторых заданных параметрах эжектора, могут давать лучший

результат чем методы описанные выше.

{ 𝑓1(𝑥1, 𝑥2) = 0

𝑓2(𝑥1, 𝑥2) = 0

41

1.2.5.1 Метод простых итераций

Для применения метода требуется привести систему F(x) = 0 к

равносильному виду:

xx

где 𝑥 = (𝑥1, … , 𝑥𝑛)𝑇 , Ф(𝑥) = [𝜑1(𝑥1),… , 𝜑𝑛(𝑥𝑛)]

𝑇 , функции 𝜑𝑖(𝑥𝑖)

определены и непрерывны в окрестности изолированного решения 𝑥∗

системы.

Алгоритм метода:

1. Задать начальное приближение 𝑥(0) = (𝑥10, 𝑥20, … , 𝑥𝑛0)𝑇 и малое

положительное число ε (точность). Положить 𝑘 = 0 .

2. Вычислить 𝑥(𝑘+1) по формуле:

𝑥(𝑘+1) = 𝛷(𝑥𝑘)

или

𝑥1(𝑘+1)

= 𝜑1(𝑥1𝑘, 𝑥2

𝑘 … , 𝑥𝑛𝑘)

3. Если 𝛥(𝑘+1) = max𝑖 |𝑥𝑖(𝑘+1)

− 𝑥𝑖𝑘| ≪ 𝜀 , процесс завершен и 𝑥∗ ≅

𝑥(𝑘+1) . Если 𝛥(𝑘+1) > 𝜀 , то положить 𝑘 = 𝑘 + 1 и перейти к п.2.

42

Характеристики метода:

1. Сходимость.

Локальная, то есть метод сходится при выборе начальных приближений

достаточно близко к точному решению.

2. Выбор начального приближения

Начальные значения переменных должны выбираться близко к точным.

3. Скорость сходимости линейная.

4. Критерий окончания итераций.

Определяется по формуле: 𝛥(𝑘+1) = max𝑖 |𝑥𝑖(𝑘+1)

− 𝑥𝑖𝑘| ≪ 𝜀

1.2.5.2 Метод Ньютона

Метод Ньютона – наиболее популярный численный метод решения

систем нелинейных уравнений.

Формула для нахождения решения:

𝑥(𝑘+1) = 𝑥𝑘 −𝑊−1(𝑥𝑘) − 𝐹𝑘 , 𝑘 = 0,1,2,…

где 𝑊(𝑥) =

(

𝜕𝑓1(𝑥)

𝜕𝑥1⋯

𝜕𝑓1(𝑥)

𝜕𝑥𝑛

⋮ ⋱ ⋮𝜕𝑓𝑛(𝑥)

𝜕𝑥1⋯

𝜕𝑓𝑛(𝑥)

𝜕𝑥𝑛 )

— матрица Якоби.

Так как процесс вычисления обратной матрицы является трудоемким,

сделаем следующее преобразование:

𝛥𝑥𝑘 = −𝑊−1(𝑥𝑘) ∙ 𝐹(𝑥𝑘), 𝑘 = 0,1,2, …

где 𝛥𝑥𝑘 = 𝑥(𝑘+1) − 𝑥𝑘 — поправка к текущему приближению 𝑥𝑘 .

Умножим последнее выражение слева на матрицу Якоби 𝑊(𝑥𝑘)

43

𝑊(𝑥𝑘) ∙ 𝛥𝑥𝑘 = −𝑊(𝑥𝑘) ∙ 𝑊−1(𝑥𝑘) ∙ 𝐹(𝑥𝑘) = −𝐹(𝑥𝑘)

В результате получена система линейных алгебраических уравнений

относительно поправки 𝛥𝑥𝑘. После ее определения вычисляется следующее

приближение 𝑥(𝑘+1) = 𝑥𝑘 + 𝛥𝑥𝑘.

Алгоритм метода

1. Задать начальное приближение 𝑥0 и малое положительное число ε

(точность). Положить 𝑘 = 0 .

2. Решить систему линейных алгебраических уравнений относительно

поправки 𝛥𝑥𝑘:

𝑊(𝑥𝑘) ∙ 𝛥𝑥𝑘 = −𝐹(𝑥𝑘)

3. Вычислить следующее приближение:

𝑥(𝑘+1) = 𝑥𝑘 + 𝛥𝑥𝑘

4. Если 𝛥(𝑘+1) = max𝑖 |𝑥𝑖(𝑘+1)

− 𝑥𝑖𝑘| ≪ 𝜀, процесс закончить и

положить. Если процесс завершен и 𝑥∗ ≅ 𝑥(𝑘+1) . Если 𝛥(𝑘+1) > 𝜀 , то

положить 𝑘 = 𝑘 + 1 и перейти к п.2.

Характеристики метода:

1. Сходимость.

Локальная, то есть метод сходится при выборе начальных приближений

достаточно близко к точному решению.

2. Выбор начального приближения

Начальные значения переменных должны выбираться близко к точным.

3. Скорость сходимости квадратичная.

44

4. Критерий окончания итераций. Аналогично методу простой

итерации.

Данные численные методы подходят для решения многих классов

нелинейных уравнений, в том числе и систем нелинейных степенных

уравнений, примером которых является наша система.

В дипломной работе предпочтение будет отдано методу Ньютона, т. к.

данный метод обеспечивает наиболее быструю сходимость, а так же при

расчете эжектора можно задать достаточно хорошее начальное приближение,

проанализировав физическую сторону задачи, но также будут рассмотрена

возможность решения системы другими методами.

45

1.2.6 Алгоритм расчета параметров эжекторов

1.2.6.1 Алгоритм расчета параметров эжектора

1.2.6.1.1 Режим работы без конденсации

В рассмотренной выше математической модели критического

эжектора без конденсации большинство уравнений имеют явный вид,

наибольшую сложность для решения представляют уравнения для закона

сохранения энергии и импульса.

𝐺1 (𝑖𝑣(𝑇1) +𝑤12

2) + 𝐺2 (𝑖2(𝑇2) +

𝑤22

2) = 𝐺1 (𝑖𝑣(𝑇3) +

𝑤32

2) + 𝐺2 (𝑖2(𝑇3) +

𝑤32

2)

𝐺1 (𝑖𝑣(𝑇1) +𝑤12

2) + 𝐺2 (𝑖2(𝑇2) +

𝑤22

2) = 𝐺1 (𝑖𝑣(𝑇4) +

𝑤42

2) + 𝐺2 (𝑖2(𝑇4) +

𝑤42

2)


(𝑆3 − 𝑆2 − 𝑆1)

𝜑4(𝐺1𝑤1 + 𝐺2𝑤2) + 𝑃1𝑆1 + 𝑃2𝑆2 + 𝑃3+𝑃2

2(𝑆3 − 𝑆2 − 𝑆1) = 𝐺𝑤4 + 𝑃4𝑆4 −

𝑃4+𝑃3

2(𝑆4 − 𝑆3)

Данные уравнения можно свести к двум, выразив из первого уравнения

давление в критическом сечении 𝑃3 и 𝑤2 (скорость эжектируемого газа) из

второго уравнения закона сохранения энергии.

Поскольку 𝑃3 входит явно в равнение закон сохранения энергии, для начала

выразим энтальпию пара в сечении 3.

𝑖1(𝑇3) =𝐺1 (𝑖𝑣(𝑇1) +

𝑤12

2 )+ 𝐺2 (𝑖2(𝑇2) +

𝑤22

2 )− 𝐺2 (𝑖2(𝑇3) +

𝑤32

2 )

𝐺1−𝑤32

2

Энтальпия пара без конденсации записывается как:

𝑖𝑣(𝑇3) = 𝐶𝑝1(𝑇3 − 𝑇𝑏𝑎𝑠𝑒) + 𝑄𝑣 + 𝐶𝑝𝑎𝑟𝑡(𝑇𝑠𝑡 − 𝑇𝑏𝑎𝑠𝑒),

46

Зависимость энтальпии от давления обусловлена членом 𝑇𝑠𝑡 (для которого в

пункте 1.5.2. была получена формула зависимости), соответственно,

выражая температуру насыщения получаем:

𝑇𝑠𝑡 = 𝑖𝑣(𝑇3) − 𝐶𝑝1(𝑇3 − 𝑇𝑏𝑎𝑠𝑒) − 𝑄𝑣

𝐶𝑝𝑎𝑟𝑡+ 𝑇𝑏𝑎𝑠𝑒

Соответственно, зависимость давления от температуры насыщения

записывается как:

𝑃3 = 6,623 ∗ 10−30 ∗ 𝑇𝑠𝑡

13,29

Зная данные формулы, легко получаем явную формулу для давления в

критическом сечении.

Скорость входит во второе уравнение закона сохранения энергии явно,

выражая ее получаем:

𝑤2 =√2 ∗ (

𝐺1 ∗ (𝑖𝑣(𝑇4) +𝑤42

2) + 𝐺2 ∗ (𝑖2(𝑇4) +

𝑤42

2) − 𝐺1 ∗ (𝑖𝑣(𝑇1) +

𝑤12

2)

𝐺2− 𝑖2(𝑇2))

Благодаря полученным формулам, задача сводится к решению двух

уравнений, в которых в качестве неизвестных выступают переменные

𝑇3 и 𝑇4:


(𝑆3 − 𝑆2 − 𝑆1)

𝜑4(𝐺1𝑤1 + 𝐺2𝑤2) + 𝑃1𝑆1 + 𝑃2𝑆2 + 𝑃3+𝑃2

2(𝑆3 − 𝑆2 − 𝑆1) = 𝐺𝑤4 + 𝑃4𝑆4 −

𝑃4+𝑃3

2(𝑆4 − 𝑆3)

Данная система уравнений решается методом Ньютона.

1.2.6.1.2 Режим работы с конденсацией в сечении 3

Аналогично предыдущему пункту для оптимизации расчетов сводим

систему из четырех уравнений: уравнения закона сохранения энергии и

47

уравнения закона сохранения импульса, к системе, включающей в себя два

уравнения.

𝐺1 (𝑖𝑣(𝑇1) +𝑤12

2) + 𝐺2 (𝑖2(𝑇2) +

𝑤22

2)

= 𝐺1(1 − 𝑘𝑝3) (𝑖𝑣(𝑇3) +𝑤32

2) + 𝐺1𝑘𝑝3 (𝑖𝑝(𝑇3) +

𝑤32

2) + 𝐺2(𝑖2(𝑇3) +

𝑤32

2)

𝐺1 (𝑖𝑣(𝑇1) +𝑤12

2) + 𝐺2(𝑖2(𝑇2) +

𝑤22

2) = 𝐺1 (𝑖𝑣(𝑇4) +

𝑤42

2) + 𝐺2(𝑖2(𝑇4) +

𝑤42

2)


(𝑆3 − 𝑆2 − 𝑆1)

𝜑4(𝐺1𝑤1 + 𝐺2𝑤2) + 𝑃1𝑆1 + 𝑃2𝑆2 + 𝑃3 + 𝑃22

(𝑆3 − 𝑆2 − 𝑆1)

= 𝐺𝑤4 + 𝑃4𝑆4 −𝑃4 + 𝑃32

(𝑆4 − 𝑆3)

В данном случае, с учетом присутствия конденсации на сечении 3,

температура в критическом сечении равна температуре насыщения пара,

(которая, в свою очередь, есть функция от давления), в связи с этим

условием, невозможно использовать уравнение для давления, полученное в

первом пункте. Для упрощения поставленной задачи, выразим из первого

уравнения закона сохранения энергии скорость эжектируемого газа 𝑤2, а из

четвертого уравнения 𝑇4.

Скорость эжектируемого газа входит в рассматриваемое уравнение в

явном виде, поэтому выражается очевидно:

𝑤2 =√(𝐺1 ∗ (1 − 𝑘𝑝3) ∗ (𝑖𝑣(𝑇3) +

𝑤32

2 ) + 𝐺1 ∗ (𝑘𝑝3) ∗ (𝑖𝑝(𝑇3) +

𝑤32

2 ) + 𝐺2 ∗ (𝑖2(𝑇3) +

𝑤32

2 )

𝐺2

√−𝐺1 ∗ (𝑖𝑣(𝑇1) +

𝑤12

2 )

𝐺2 − 𝑖2(𝑇2)) ∗ 2

Температура в сечении 4 не входит явно в уравнение закона

сохранения импульса, однако, от нее зависит размер сечения.

Следовательно, в первую очередь выражаем параметр 𝑆4:

48

𝑆4 = ((𝜑4 ∗ (𝐺1 ∗ 𝑤1 + 𝐺2 ∗ 𝑤2) + 𝑃1𝑆1 + 𝑃2𝑆2 +𝑃3 + 𝑃22

∗ (𝑆3 − 𝑆2 − 𝑆1)

− 𝐺𝑤4) ∗ 2 − 𝑆3(𝑃3 + 𝑃4)) / (𝑃4 − 𝑃3)

Используя уравнение неразрывности и уравнение Менделеева-Клайперона

выразим значение сечения четыре:

𝑆4 =𝐺 ∗ 𝑇4 ∗ 𝑅𝑚𝑖𝑥𝑤4 ∗ 𝑃4

Соответственно, температура будет зависеть от размера сечения следующим

образом:

𝑇4 =𝑆4 ∗ 𝑤4 ∗ 𝑃4𝐺 ∗ 𝑅𝑚𝑖𝑥

Используя данные формулы, находим выражение для расчета температуры в

сечении четыре.

Благодаря проделанным вычислениям задача сводится к решению двух

уравнений, неизвестными в которых выступают значения 𝑘𝑝3 и 𝑃3

𝐺1 (𝑖𝑣(𝑇1) +𝑤12

2) + 𝐺2(𝑖2(𝑇2) +

𝑤22

2) = 𝐺1 (𝑖𝑣(𝑇4) +

𝑤42

2) + 𝐺2(𝑖2(𝑇4) +

𝑤42

2)


(𝑆3 − 𝑆2 − 𝑆1)

В данном случае решение данной системы уравнений будем искать,

используя численный метод – метод Ньютона.

1.2.6.1.3 Режим работы с конденсацией в сечениях 3 и 4

Режим эжектора, в котором происходит конденсация в критическом

сечении, а так же в выходном сечении диффузора описывается

аналогичными уравнениями, рассмотренными в пунктах выше, однако, в

данном случае во втором уравнении закона сохранения появляется член 𝑘𝑝4

и накладывается условие на температуру, которая должна ровняться

температуре насыщения пара при заданном давлении.

49

𝐺1 (𝑖𝑣(𝑇1) +𝑤12

2) + 𝐺2 (𝑖2(𝑇2) +

𝑤22

2) = 𝐺1(1 − 𝑘𝑝3) (𝑖𝑣(𝑇3) +

𝑤32

2)

+𝐺1𝑘𝑝3 (𝑖𝑝(𝑇3) +𝑤32

2) + 𝐺2(𝑖2(𝑇3) +

𝑤32

2)

𝐺1 (𝑖𝑣(𝑇1) +𝑤12

2) + 𝐺2(𝑖2(𝑇2) +

𝑤22

2= 𝐺1(1 − 𝑘𝑝4) (𝑖𝑣(𝑇4) +

𝑤42

2)

+𝐺1𝑘𝑝4 (𝑖𝑝(𝑇4) +𝑤42

2) + 𝐺2(𝑖2(𝑇4) +

𝑤42

2)


(𝑆3 − 𝑆2 − 𝑆1)

𝜑4(𝐺1𝑤1 + 𝐺2𝑤2) + 𝑃1𝑆1 + 𝑃2𝑆2 + 𝑃3 + 𝑃22

(𝑆3 − 𝑆2 − 𝑆1)

= 𝐺𝑤4 + 𝑃4𝑆4 −𝑃4 + 𝑃32

(𝑆4 − 𝑆3)

Вследствие чего, для упрощения решения в этом случае будем выражать из

первого уравнения для закона сохранения энергии скорость эжектируемого

газа (аналогично пункту 1.8.2.), а из второго уравнения для закона

сохранения энергии - 𝑘𝑝4.

𝑤2 =√(𝐺1 ∗ (1 − 𝑘𝑝3) ∗ (𝑖𝑣(𝑇3) +

𝑤32

2 ) + 𝐺1 ∗ (𝑘𝑝3) ∗ (𝑖𝑝(𝑇3) +

𝑤32

2 ) + 𝐺2 ∗ (𝑖2(𝑇3) +

𝑤32

2 )

𝐺2

√−𝐺1 ∗ (𝑖𝑣(𝑇1) +

𝑤12

2 )

𝐺2 − 𝑖2(𝑇2)) ∗ 2

Член, показывающий долю конденсата в данном сечении, явным образом

входит в рассматриваемое уравнение, и, выражая его, получаем:

50

𝑘𝑝4 =𝐺1 (𝑖𝑣(𝑇1) +

𝑤12

2) + 𝐺2 (𝑖2(𝑇2) +

𝑤22

2) − 𝐺2 (𝑖2(𝑇4) +

𝑤42

2) − 𝐺1 (𝑖𝑣(𝑇4) +

𝑤42

2)

𝐺1 (𝑖𝑝(𝑇4) +𝑤42

2) − 𝐺1 (𝑖𝑣(𝑇4) +

𝑤42

2)

Таким образом, подставляя полученные данные, получаем систему,

состоящую из двух равнений, неизвестными в которой являются переменные

𝑘𝑝3 и 𝑃3:


(𝑆3 − 𝑆2 − 𝑆1)

𝜑4(𝐺1𝑤1 + 𝐺2𝑤2) + 𝑃1𝑆1 + 𝑃2𝑆2 + 𝑃3 + 𝑃22

(𝑆3 − 𝑆2 − 𝑆1)

= 𝐺𝑤4 + 𝑃4𝑆4 −𝑃4 + 𝑃32

(𝑆4 − 𝑆3)

Решение данной системы уравнений ищется аналогичным образом, с

использованием метода Ньютона для систем нелинейных алгебраических

уравнений.

1.2.6.2 Описание программы

В ходе выполнения дипломной работы в системе Visual Studio 2010,

было разработано интерфейсное приложение, позволяющее рассчитывать

параметры критического газового эжектора с использованием различных

эжектируемых газов. Поскольку функций, описывающих работу газового

эжектора довольно много, а также в силу их математической сложности, они

описываются в отдельном файле программы func.cpp .

1.2.6.2.1 Входные и выходные данные

На входе программа принимает начальные параметры эжектируемого и

эжектирующего газов, а так же параметры на выходе из эжектора.

Данные вводятся в сплывающее окно, из которых происходит

считывание значений программой.

Входными данными программы являются:

51

1. Параметры эжектирующего газа: 𝐺1- массовый расход эжектора,

𝑃01- полное давление газа, 𝑇01- температура торможения.

2. Параметры эжектируемого газа: 𝐺2- массовый расход эжектора,

𝑃02- полное давление газа, 𝑇02- температура торможения.

3. Параметры на выходе из эжектора: 𝑃4- давление газа смеси на

выходе из диффузора, 𝑤4- скорость смеси.

4. Коэффициенты потерь полного давления: 𝜑3 и 𝜑4

Так же в данном окне выбирается режим работы эжектора, в

зависимости от используемого газа и существования конденсации на

сечениях.

В выходном окне программы выводятся все параметры для каждого из

сечений газового эжектора 𝑤,𝑃, 𝑇, 𝑆.

1.2.6.2.2 Интерфейс программы.

Окно программы для входных параметров.

Рис. 1.19. Окно интерфейса программы.

52

Окно выходных параметров программы:

1.20. Окно выходных параметров эжектора.

53

Выводы В разработанном приложении был протестирован эжектор с

использованием азота в качестве эжектируемого газа. Главной сложностью

являлся выбор начальных параметров эжектора (при которых происходит

конденсация), т.к. требовалось одновременное выполнение следующих

условий:

1. Скорость в сечении 3 критическая.

2. Температура равна температуре насыщения при заданном давлении.

В случае, когда на сечении 3 и 4 не будет конденсации, при заданных

параметрах:

Рис.1.21. Входные параметры.

Рис. 1.22. Полученные данные

54

При заданных начальных и выходных параметрах эжектора не возможны

режимы работы с конденсацией в сечении 3, т.к. давление смеси выше

давления на линии насыщения при полученном значении температуры,

однако существует вероятность конденсации на выходе из диффузора.

55

2. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

56

Введение

В дипломной работе рассматривается задача, целью которой является

создание программного обеспечения для расчета газового эжектора при

различных сечениях и заданных параметрах. Как было показано ранее,

эжекторы широко используются в технической промышленности и

создаваемый продукт, позволяющий рассчитать основные параметры,

необходимые для оптимальной работы эжектора, будет являться

конкурентоспособным на рынке.

Экономическая часть дипломной работы представляет собой расчет

затрат на разработку и эксплуатацию программного продукта, а так же будет

произведена оценка экономической эффективности.

2.1 Расчет затрат на создание продукта

Для того чтобы рассчитать себестоимость продукта и оценить его

эффективность и конкурентоспособность необходимо учитывать все затраты

на ресурсы, использованные для создания данного дипломного проекта.

Затраты на разработку программы будут включать в себя:

Материальные затраты

Затраты на заработную плату

Социальные отчисления

Амортизация основных фондов

Прочие затраты

Рассмотрим подробнее каждую группу и все затраты, выраженные в

денежном эквиваленте, на создание данного дипломного проекта.

57

2.1.1 Материальные затраты

К материальным затратам относятся затраты на сырьё, материалы,

комплектующие, а также на неамортизируемое имущество (стоимостью

менее 10000 рублей и сроком полезного использования менее 1 года).

Материальными для данного продукта преимущественно являются

затраты на канцелярские товары. Затраты на шариковые ручки, скрепки,

файлы для бумаг, бумагу формата А4, тонер для картриджа. Перечень

материальных затрат приведен в таблице 2.1.

Таблица 2.1. Перечень материальных затрат

Товар Цена (руб) Количество (шт) Сумма (руб)

Ручка 40 10 400

Набор скрепок 30 1 30

Набор файлов для

бумаг

130 1 130

Пачка бумаги

формата А4

150 1 150

Папка для бумаг 240 1 240

Тонер для

картриджа

450 1 450

Итого 1400

Размер материальных затрат составляет 1400 рублей.

2.1.2 Расходы на оплату труда.

Для расчета затрат на оплату труда необходимо учитывать расход

материальных средств необходимых для выплаты заработной платы

персоналу, привлекающемуся для создания данного проекта. При написании

диплома привлекалось три человека, а именно: научный руководитель,

консультант по экономической части и консультант по части «охрана труда и

окружающей среды». Для того, что бы рассчитать расход на оплату труда ,

58

необходимо вычислить стоимость одного часа работы, а как же количество

часов, потраченных на создание рассматриваемого продукта.

Подробная информация и расчеты приводятся в таблице 2.2.

Таблица 2.2. Затраты на оплату труда.

Сотрудник Число

рабочих

часов в

месяц

Число

рабочих

часов на

одного

дипломника

Заработная

плата за 1

месяц (руб)

Заработная

плата за 1

час (руб)

Сумма

Руководитель

дипломной

работы

80 20 60000 750 15000

Консультант

по

экономической

части

80 2 40000 500 1000

Консультант

по разделу

«Охрана труда

и окружающей

среды»

80 2 40000 500 1000

Промежуточный итог 17000

Для того чтобы оценить итоговый расход на оплату труда, необходимо

учитывать средства, потраченные на выплату стипендии, в размере 2200

рублей на протяжении четырех месяцев.

Таким образом, суммарный расход на оплату труда сотрудникам будет

составлять:

𝑆𝛴 = 17000 + 2200 ∗ 4 = 25800

2.1.3 Социальные отчисления.

Суммарный размер отчислений в 2014 году в пенсионный фонд России,

фонды социального и медицинского страхования в соответствии с налоговой

декларацией составляет 30%:

Пенсионный фонд Российской Федерации – 22%

59

Федеральный фонд обязательного медицинского страхования – 5.1%

Фонд социального страхования Российской Федерации – 2.1%

В связи с этими данными расход на социальные отчисления составляет:

𝑆ЕСН = 25800 ∗ 0.3 = 7740

2.1.4 Амортизация основных фондов

Экономический смысл амортизации заключается в переносе стоимости

имущества стоимостью выше 10000 рублей и сроком полезного

использования свыше 1 года на стоимость продукции.

В нашем случае амортизируемым имуществом является ноутбук и

многофункциональное устройство (МФУ) с функциями принтера, сканера,

факсимильного устройства, копировального модуля. Срок полезного

использования ноутбука и МФУ составляет 5 лет.

Для определения себестоимости амортизация будет начисляться

линейным методом:

𝐴 = 𝐶о.с.𝑛

где А – амортизационные отчисления (руб.),

Со.с. – первоначальная стоимость основного средства (руб.),

n – срок полезного использования основного средства (мес.).

Расчет амортизационных отчислений приведен в таблице 2.3.

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%80%D0%B8%D0%BD%D1%82%D0%B5%D1%80

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BA%D0%B0%D0%BD%D0%B5%D1%80_%D0%B8%D0%B7%D0%BE%D0%B1%D1%80%D0%B0%D0%B6%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B9

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B0%D0%BA%D1%81

60

Таблица 2.3. Затраты на амортизационные отчисления.

Нематериальные

активы

Стоимость

основного

средства

(руб.)

Количество Срок

полезного

использова

ния (мес.)

Амортизационные

отчисления (руб.)

Ноутбук 25000 1 60 416

МФУ 14940 1 60 249

Итого в месяц: 665

Итоговая сумма амортизационных отчислений, затраченных при

разработке проекта составила:

𝐴𝛴 = 665 ∗ 4 = 2660 (руб)

2.1.5 Прочие затраты

К затратам, не учтённым в предыдущих пунктах, следует включить

затраты на электроэнергию и интернет.

Срок написания дипломного проекта составляет 4 месяца, учитывая,

что абонентская плата за интернет в месяц составляет 450 рублей, затраты на

интернет составляют 4·450 = 1800 рублей.

Рассчитаем затраты на электроэнергию. Тарифы на электроэнергию в

Москве составляют 4 руб/КВтч. В день работающий компьютер съедает 50

КВт за 4 часа работы, умножаем это на 7 дней недели, получаем 350 руб в

неделю, или 1400 руб/месяц. За 4 месяца, соответственно имеем 5600 руб.

Итоговая суммарная стоимость услуг, рассматривающийся в данном

пункте:

𝑆услуг = 1800 + 5600 = 7400 (руб).

61

2.2 Определение себестоимости продукта

Себестоимость разработанного продукта определяем как сумму всех

затрат учтенных ранее (Таблица 2.4.).

Таблица 2.4. Себестоимость разработанного продукта.

Наименование группы: Суммарная стоимость (руб)

Материальные затраты 1400

Затраты на заработную плату 25800

Социальные отчисления 7740

Амортизация основных фондов 2660

Прочие расходы 7400

Итого: 45000

62

2.3 Определение цены продукта

При определении цены готового продукта необходимо заложить в цену

прибыль, норма прибыли составляет 20%. Кроме того, необходимо

учитывать НДС, составляющий 18%. Значит, стоимость продукции будет

определяться по формуле:

𝑆 = 𝑃(1 + 𝑞)(1 + 𝑟), где

𝑃 − затраты на создание продукта;

𝑞 − норма прибыли;

𝑟 − коэффициент НДС.

Таки образом,

S = 45000 ∙ 1,2 ∙ 1,18 = 63720 (рублей)

Цена данного продукта будет составлять:

Ц =𝑆

𝑛 , где

S − стоимость продукции;

n − количество организаций, которые могут купить разрабатываемое

программное обеспечение.

Ц =𝑆

𝑛=63720

1= 63720 (рублей)

63

2.4 Экономическая эффективность

Экономическая эффективность использования программы

автоматизированного расчета газового эжектора заключается в следующем:

Обслуживание программы, не требует содержание специально

обученного сотрудника. Эксплуатация проходит по руководству

пользователя. Особенность данной программы в том, что она

узкоспециальная. Существующие программные продукты для расчета

газовых потоков довольно универсальны, но требуют

высококвалифицированного оператора для использования, и стоят

достаточно дорого.

Минимальные системные требования продукта:

Операционная система Windows XP / Vista / 7 / 8.

32-разрядный (x86) или 64-разрядный (x64) процессор с тактовой

частотой 1 гигагерц (ГГц) или выше;

1 гигабайт (ГБ) (для 32-разрядной системы) или 2 ГБ (для 64-

разрядной системы) оперативной памяти (ОЗУ);

16 гигабайт (ГБ) (для 32-разрядной системы) или 20 ГБ (для 64-

разрядной системы) пространства на жестком диске;

Капитальные вложения, связанные с внедрением в организации новой

программы, определим по формуле:

К = КЭВМ + Ц ,

где:

КЭВМ = 25000 руб. – капитальные вложения, связанные с покупкой ЭВМ и

ПО компании;

Из пункта 2.3. имеем Ц = 63720 руб.

Таким образом, 𝐾 = 88720 руб.

Расходы, связанные с эксплуатацией системы:

СП = ТЭВМ ∗ СЭВМ + СПР +Ц

𝑇𝐶 , где

64

СПР = 6000 руб – расходы на обслуживание;

СЭВМ = 7 руб./час – стоимость машинного времени;

ТС = 10 лет – срок службы программы;

ТЭВМ = 3000 – годовое машинное время сервера, необходимое для

применения внедряемой системы.

СП = 33372 руб.

Таким образом, эксплуатационный расход программного комплекса

составляет 33372 рублей в год.

Годовая экономия эксплуатационных расходов потребителя

определяется по формуле:

пб ССЭ , где:

𝐶б= 624000 руб/год – оценка эксплуатационного расхода по базовому

варианту (решение задачи без использования компьютерных средств), из

расчета, что в этом случае расчеты будут производиться вручную инженером

с з/п 52000 руб/мес.

𝐶𝑛= 33372 руб/год – эксплуатационный расход по новому варианту;

Рассчитаем годовую экономию эксплуатационных расходов:

Э = 624000 – 33372 = 590628 руб/год.

Срок окупаемости капитальных вложений в новом варианте, по

сравнению с прежними, определяется по формуле:

𝑇𝑜𝑘 =𝐾

Э=

88720

590628= 0.150213 (года).

65

Выводы

В данном разделе дипломной работы была произведена оценка затрат

на разработку и эксплуатацию продукта, а также экономическую

эффективность. При цене продукта, с учетом получение 20% прибыли, срок

окупаемости продукта составляет 0.150213 года.

66

3. ОХРАНА ТРУДА И

ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

67

Введение

Основная часть дипломной работы посвящена разработке

программного обеспечения для расчета одномерного газового эжектора с

учетом конденсации. Программное обеспечение создавалось на домашнем

персональном компьютере. Важно соблюдать правильную организацию

труда и следить за тем, чтобы параметры рабочего помещения и условия

труда соответствовали оптимальным, при которых нагрузка на человека

распределяется равномерно, и производительность труда максимальна.

Настоящая дипломная работа выполняется в помещении со

следующими размерами:

длина – 4.2 м, ширина – 3 м, высота – 2.5 м.

Для выполнения дипломной работы помимо достаточного рабочего

пространства требуется мощное компьютерное оборудование. В работе

используется ноутбук Acer Aspire 5930, питающийся от блока питания с

параметрами:

выходное напряжение – 19 В, мощность – 90 Вт, шум – 40 дБА.

3.1 Анализ условий труда

Основной рабочий процесс при написании диплома - работа на

персональном компьютере, что может оказать неблагоприятное воздействие

на организм человека и привести к опасным заболеваниям. Среди вредных

факторов выделяются три основные группы:

санитарно-гигиенические факторы;

эргономические факторы;

психофизиологические факторы.

Анализ условий труда поможет определить, какие мероприятия

необходимо провести для доведения условий труда до нормативных.

68

3.1.1 Санитарно-гигиенические факторы

К санитарно-гигиеническим факторам относятся: микроклимат,

освещение, электроопасность, шум, вибрация и электромагнитные излучения

(ЭМИ).

3.1.1.1 Микроклимат

Микроклимат — климатические условия, созданные в ограниченном

пространстве искусственно или обусловленные природными особенностями.

Основные параметры микроклимата: температура, относительная

влажность, скорость воздуха. Нормы производственного микроклимата

установлены системой стандартов безопасности труда ГОСТ 12.1.005-88

«Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны» и

СанПиН 2.2.4.548-96 «Гигиенические требования к микроклимату

производственных помещений».

Работа над дипломным проектом относится к категории Iа, так как

выполняется сидя и требует небольшого количества энергии: 75 ккал/час.

Для выяснения информации о том, соответствует ли рабочее

помещение указанным нормам, приводится таблица 3.1

.

Таблица 3.1.Оптимальные, допустимые и фактические значения параметров

микроклимата

Показатель Оптимальная

величина

Допустимая величина Фактическое

значение

Температура

воздуха, оС

22-24 >опт.вел. <опт.вел. 24

20,0-21,9 24,1-25,0

Влажность, % 40-60 15-75 54

Скорость

движения

воздуха, м/с

0,1 0,1 0,1

Рабочее помещение полностью удовлетворяет оптимальным условиям.

69

3.1.1.2 Освещение

Работа с компьютером сопровождается длительными зрительными

нагрузками. Правильно выполненное освещение рабочего места оказывает

положительное психофизиологическое воздействие на человека,

способствует повышению эффективности и высокой работоспособности.

Достижение оптимальных условий работы обеспечивается путем

естественного освещения в светлое время суток и благоприятного

искусственного освещения в темное время суток.

Для этого в системе освещения должны быть реализованы следующие

предварительные требования: равномерное освещение, оптимальная яркость,

отсутствие бликов и ослепленности, соответствующий контраст, правильная

цветовая гамма, отсутствие стробоскопического эффекта или пульсации

света.

Порядок работы с компьютером зависит от минимального размера

объекта различения, которым в данном случае является пиксель размером

0,264 мм. Контраст объекта с фоном равен контрастности монитора – 1000:1.

В соответствии с СНиП 23-05-95 работа над дипломным проектом

относится к III разряду зрительных работ (минимальный размер объекта

различения-толщина штриха буквы - 0.3 мм, отсюда разряд зрительной

работы – работа высокой точности) при большом контрасте и светлом фоне

(подразряд зрительной работы «г»).

Рабочее место освещается в светлое время суток через окно

(естественное боковое освещение). В темное время суток искусственное

освещение обеспечивается светильником с четермя лампами накаливания

мощностью 40Вт, что не обеспечивает требуемую освещенность для данного

типа зрительных работ в 300 лк.

3.1.1.3 Электроопасность

Согласно правилу устройства электроустановок существует три класса

помещений, различающихся по степени риска поражения электрическим

70

током: помещения без повышенной опасности, помещения с повышенной

опасностью и помещения особо опасные.

Рабочее помещение, в котором пишется дипломная работа, относится к

помещениям без повышенной опасности, так как оно не сырое (влажность

воздуха не превышает 75%), температура в нем не более +35 С (среднее

значение +24 С), и регулярно проводится уборка помещения, что не

позволяет образовываться токопроводящей пыли.

Персональный компьютер защищен от перепадов электроэнергии

предохранителем. В рассматриваемом помещении проведена однофазная

электрическая сеть с изолированной нейтралью. Рабочее напряжение в сети

220 В. Провода изолированы и расположены таким образом, что вероятность

случайного контакта человека с проводами значительно снижена.

3.1.1.4 Шум

Шум определяют как совокупность апериодических звуков различной

интенсивности и частоты. Шумы различаются по различным параметрам,

бывают такие, как: низко-, средне-, и высокочастотные, постоянные и

непостоянные, продолжительные и кратковременные.

Большое значение придается амплитудно-временным, спектральным и

вероятностным параметрам непостоянных шумов. Интенсивный шум

способствует снижению работоспособности, снижает концентрацию и

скорость работы.

В рабочем помещении источниками шума являются персональный

компьютер и его периферийные устройства. Согласно нормам шума ГОСТ

12.1.003-83 написание дипломной работы относится к категории:

"Творческая деятельность, руководящая работа с повышенными

требованиями, научная деятельность, конструирование и проектирование,

программирование, преподавание и обучение, врачебная деятельность:

рабочие места в помещениях дирекции, проектно-конструкторских бюро;

расчетчиков, программистов вычислительных машин, в лабораториях для

71

теоретических работ и обработки данных, приема больных в здравпунктах".

Допустимый уровень звука - 50 дБА. Согласно таблице 3.2. из ГОСТ

12.1.003-83 «Шум и общие требования безопасности» можно сделать вывод,

что уровень шума находится в норме.

Таблица 3.2. Шум и общие требования безопасности

Вид трудовой

деятельности,

рабочие места

Уровни звукового давления, дБ, в составных

полосах со среднегеометрическими частотами,

Гц

Уровни

звука,

ДБА

31,5 63 25 250 500 1000 2000 4000 8000

Предприятия, учреждения и организации

Творческая

деятельность,

руководящая работа

с повышенными

требованиями,

научная

деятельность,

конструирование и

проектирование,

программирование,

преподавание и

обучение:

86 71 61 54 49 45 42 40 38 50

рабочие места в

помещениях —

дирекции,

проектно-

конструкторских

бюро.

72

3.1.1.5 Вибрация

Вибрация - малые механические колебания, возникающие в телах под

воздействием физического поля. Сильная вибрация негативно сказывается на

здоровье человека. При воздействии вибрации ухудшается зрение,

координация, работа внутренних органов.

Нормы вибрационной безопасности описаны в следующих документах:

ГОСТ 12.1.012-90 «Вибрационная безопасность» и СН 2.2.4/2.1.8.566-96

«Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и

общественных зданий». Основными нормируемыми параметрами вибрации

являются средние квадратичные величины уровней виброскорости и

виброускорения в октавных полосах частот.

3.1.1.6 Электромагнитные излучения

Компьютер, как и все приборы потребляющие электроэнергию,

испускает электромагнитное излучение, которое имеет большее воздействие

с уменьшением расстояния от источника до объекта. Электромагнитное

излучение способствует расстройству нервной системы, снижению

иммунитета и негативно влияет на сердечно-сосудистую систему.

Различают четыре вида облучения: профессиональное,

непрофессиональное, облучение в быту, облучение в лечебных целях.

Степень воздействия ЭМИ определяется частотой излучения,

интенсивностью и продолжительностью воздействия, а также размером и

положением облучаемой поверхности тела, режима облучения и т.д.

Допустимые временные уровни электромагнитных полей нормируются в

приложении 2 к СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 «Гигиенические требования к

персональным электронно-вычислительным машинам и организации

работы». Таблица 3.3. показывает допустимые и фактические значения

временных уровней электромагнитных полей, создаваемых персональным

компьютером.

73

Таблица 3.3. Фактические и допустимые значения временных уровней

электромагнитных полей

Данные таблицы показывают, что рабочее помещение удовлетворяет

нормам СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03.

3.1.2 Эргономические факторы.

Правильная организация рабочего места может оказать значительное

влияние на производительность труда и концентрацию и позволить более

эффективно решать поставленные задачи.

Организация рабочего место обуславливается рекомендациями

СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03, "Гигиенические требования к персональным

электронно-вычислительным машинам и организации работы". Основное

внимание уделено эргономическим характеристикам рабочего стола и кресла.

а) Требования к помещениям для работы с ПЭВМ (приведены в

таблице 3.4.).

Параметры Допустимые

значения

Фактические

значения

Напряженность

электрического поля

в диапазоне частот

5 Гц - 2 кГц 25 В/м 7 В/м


2 кГц - 400 кГц 2,5 В/м 0,9 В/м

Плотность

магнитного потока


5 Гц - 2 кГц 250 нТл 90 нТл


2 кГц - 400 кГц 25 нТл 9 нТл

Напряженность электростатического

поля 15 кВ/м 6 кВ/м

74

С учетом техники безопасности при обращении с ПЭВМ помещения

должны быть просторными, хорошо проветриваемыми и освещенными.

Таблица 3.4. Требования к помещениям для работы с ПЭВМ

Параметр Фактические

значения Требуемые значения

Расстояние от экрана до глаз

пользователя, мм 620

600-700, но не меньше

500

Площадь на одно рабочее место

(при использовании ЖК-

мониторов), м2

12 4,5

Объем воздуха на одно рабочее

место, м3

33 19,5

Все требования для комфортной и безопасной работы над дипломным

проектом выполнены.

б) Требования к рабочему столу (приведены в таблице 3.5.).

Конструкция рабочего стола должна отвечать современным

требованиям эргономики и обеспечивать оптимальное размещение на его

рабочей поверхности оборудования с учетом его количества и конст-

руктивных особенностей и исходя из характера выполняемой работы.

75

Таблица 3.5. Требования к рабочему столу

Эргономические характеристики рабочего стола соответствуют требованиям.

в) Требования к рабочему стулу (приведены в таблице 3.6.).

Конструкция рабочего стула (кресла) должна обеспечивать поддержание

рациональной рабочей позы при работе на ПЭВМ, позволять изменять позу с

целью снижения статического напряжения мышц для предупреждения

развития утомления. Тип рабочего стула (кресла) следует выбирать с учетом

роста пользователя, характера и продолжительности работы с ПЭВМ.

Рабочий стул (кресло) должен быть подъемно-поворотным, регулируемым по

высоте и углам наклона сиденья и спинки, а также расстоянию спинки от

переднего края сиденья, при этом регулировка каждого параметра должна

быть независимой, легко осуществляемой и иметь надежную фиксацию.


значения

Требуемые

значения

Ширина стола, мм 1350 800-1400

Глубина стола, мм 870 800-1000

Высота стола, мм 730 725

Высота пространства для

ног, мм 695

не менее 600

Ширина пространства для

ног, мм 900 не менее 500

Глубина пространства для

ног на уровне колен, мм 750 не менее 450

Глубина пространства для

ног на уровне вытянутых ног, мм 970

не менее 650

76

Таблица 3.6. Требования к рабочему стулу

Практически все элементы рабочего стула удовлетворяют требованиям, и во

время работы дискомфорта не ощущается.


значения

Требуемые

значения

Ширина и глубина сиденья, мм 410 400

Поверхность сиденья с

закругленным передним краем да да

Высота поверхности сиденья,

мм

Регулируемая в

пределах

380-510

Регулируемая в

пределах

400-550

Угол наклона сиденья -

Регулируемый до

15 град. назад и до

5 град. вперед

Высота опорной поверхности

спинки, мм 340 300 20

Ширина опорной поверхности

спинки, мм 380 380

Угол наклона спинки 15º 30º

Расстояние спинки от

переднего края сиденья, мм 350

Регулируемое в

пределах

260-400

Размеры подлокотников, мм Длина 280,

ширина 30

Длина не менее

250,

ширина 50 - 70

77

3.1.3 Психофизиологические факторы

Исходя из Р 2.2.2006-5 «»Руководство по гигиенической оценке

факторов рабочей среды и трудового процесса. Критерии и классификации

условий труда» (Таблица 3.7.) заключаем, что выполнение дипломной

работы относится по тяжести трудового процесса к оптимальной категории

труда, по напряжению к допустимой категории (от 1 до 5 показателей

отнесены к 3.1 и/или 3.2 степеням вредности, а остальные показатели имеют

оценку 1-ого или 2-ого классов)

Таблица 3.7. Руководство по гигиенической оценке факторов рабочей среды

и трудового процесса.

№ Показатели Факт значения Kласс

1.

Физическая

динамическая

нагрузка (кг х м):

региональная -

перемещение

груза до 1 м

общая нагрузка:

перемещение

груза

- 1

1.1 От 1 до 5 м - 1

1.2 Более 5 м - 1

2

Масса

поднимаемого и

перемещаемого

вручную

2.1 при чередовании

с другой работой

- 1

2.2 постоянно в

течении смены

- 1

2.3 Суммарная масса

за каждый час

смены:

78

Продолжение таблицы 3.7.

№ Показатели Факт значения Kласс

с рабочей

поверхности 1

с пола 1

3

Стереотипные

рабочие

движения (кол-

во)

3.1 Локальная

нагрузка - 1

3.2 Горизонтальная

нагрузка - 1

4 Статическая

нагрузка (кгс х с):

4.1 Одной рукой - 1

4.2 Двумя руками - 1

5 Рабочая поза 1

6 Наклоны корпуса

(кол-во за смену) - 1

7

Перемещение в

пространстве

(км):

7.1 По горизонтали - 1

7.2 По вертикали - 1

79

Таблица 3.8. Окончательная оценка тяжести труда 1.

Показатели Класс условий труда

1 2 3.1 3.2 3.3

1. Интеллектуальные нагрузки

1.1 Содержание работы +

1.2 Восприятие сигналов и их оценка +

1.3 Распределение функции по

степени сложности задания +

1.4 Характер выполняемой работы +

2. Сенсорные нагрузки

2.1 Длительность сосредоточенного

наблюдения +

2.2 Плотность сигналов за 1 час

работы +

2.3 Число объектов одновременного

наблюдения +

2.4 Размер объекта различения при

длительности сосредоточенного

внимания

+

2.5 Работа с оптическими приборами

при длительности

сосредоточенного наблюдения

+

2.6 Наблюдение за экраном

видеотерминала +

2.7 Нагрузка на слуховой анализатор +

2.8 Нагрузка на голосовой аппарат +

3. Эмоциональные нагрузки

3.1 Степень ответственности за

результат собственной

деятельности. Значимость

+

3.2 Степень риска для собственной

жизни +

80

Продолжение таблицы 3.8.

Показатели Класс условий труда

1 2 3.1 3.2 3.3

3.3 Ответственность за безопасность

других лиц +

3.4

Количество конфликтных

производственных ситуаций за

смену

+

4. Монотонность нагрузок

4.1

Число элементов, необходимых

для реализации простого задания

или многократно

повторяющихся операций

+

4.2 Продолжительность выполнения

простых заданий или

повторяющихся операций

+

4.3 Время активных действий +

4.4 Монотонность производственной

обстановки +

5. Режим работы

5.1 Фактическая продолжительность

рабочего дня +

5.2 Сменность работы +

5.3 Наличие регламентированных

перерывов и их

продолжительность

+

Количество показателей в каждом

классе 18 1 1 3

Оценка напряженности труда +

81

3.2 Расчет освещенности

Расчет освещенности рабочего места сводится к выбору системы

освещения, определению требуемого светого потока.

Для определения количества светильников будем использовать

формулу:

Фл =𝐸 ∙ 𝑆 ∙ 𝐾з𝑈 ∙ 𝑛 ∙ 𝑁

,

где

𝐸 - требуемая горизонтальная освещенность, лк;

𝑆 - площадь помещения, м2;

𝐾з - коэффициент запаса;

𝑈 - коэффициент использования;

𝑛 - количество ламп в светильнике;

𝑁 –количество светильников;

Фл- световой поток одной лампы, лм.

Согласно гигиеническим требованиям, минимальная освещенность

должна составлять не менее 300 Лк.

Площадь комнаты 𝑆 составляет 12.6 м2.

Коэффициент запаса зависит от степени загрязнения помещения,

частоты технического обслуживания светильника, интенсивности

эксплуатации светильников и принимает значения от 1,2 до 2. В иностранных

нормах используется коэффициент эксплуатации maintenancefactor (MF),

обратный коэффициенту запаса MF = 1/Кз. В рассматриваемом случае

𝐾з = 1.2.

Для определения коэффициента использования предварительно

определим индекс помещения

𝜑 =𝑆

(ℎ1 − ℎ2)(𝑎 + 𝑏),

где

82

𝑆 - площадь помещения, м2;

a- длина помещения, м;

b- ширина помещения, м;

ℎ1- высота, на которой находится светильник(расположен на расстоянии 30

см от потолка), м;

ℎ2- высота расчетной поверхности, м.

В рассматриваемом случае

𝜑 =12.6

(2.2 − 0.8)7.2= 1.25,

Также согласно таблице с коэффициентами отражения имеем:

коэффициент отражения потолка - 0.7;

коэффициент отражения стен - 0.5;

коэффициент отражения пола - 0.3.

Далее, зная индекс помещения, а также коэффициенты отражения, с

помощью таблиц находим коэффициент использования (отношение

светового потока, падающего на расчетную поверхность, к суммарному

потоку всех ламп; зависит от характеристик светильника, размеров

помещения, окраски стен и потолка).

В данном случае коэффициент использования 𝑈 равен 0.52.

Таким образом, получаем

Фл =300 ∙ 12.6 ∙ 1.2

0.52 ∙ 4 ∙ 1= 2180.76 лм.

В то же время в настоящее время имеются лампы с Фл = 420 лм.

Отсюда можно сделать вывод о том, что требуются другие лампы с

большим световым потоком. Так как невозможно найти миньоны,

использующиеся на текущий момент для освещения, со световым потоком

более 2181 лм, то следует сменить светильник и, например, использовать

83

компактную люминесцентную лампу Navigator NCL-SH10-30-827-E27 со

световым потоком 2000 лм (необходим светильник с 5 лампами).

Следует отметить, что для правильного освещения помимо

использования правильной системы освещения необходимо размещать

компьютер так, чтобы свет (естественный или искусственный) падал сбоку

слева

84

Выводы

В данном разделе были рассмотрены вредные факторы,

воздействующие на пользователя компьютера, требования к организации

рабочего места и уровню освещенности.

В ходе работы было выяснено, что по многим параметрам имеющееся

рабочее место не подходит для длительной работы с компьютером:

недостаточная освещенность, плохая эргономичность рабочего места. Также

было выяснено, что следует сменить светильник и использовать, например,

компактную люминесцентную лампу Philips TLD 30 W/54 со световым

потоком 2000 лм.

Однако при соблюдении указанных норм и рекомендаций можно

обеспечить безопасные условия труда при работе с ПК, при которых уровни

перечисленных вредных воздействий сводятся к минимуму. Это позволяет

сохранить здоровье и высокую работоспособность при регулярной

длительной работе с ПК.

85

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В основной части дипломной работы было разработано приложение,

позволяющее рассчитать параметры оптимального критического газового

эжектора при одномерном течении (условие оптимальности описано Ю.Н.

Васильевым, 𝑃1 = 𝑃2), работающего при следующих условиях:

1. Критический эжектор (λ3=1), в котором на сечениях 3 и 4 конденсации нет

(k3=0 и k4=0)

2. Критический эжектор (λ3=1), в котором в сечении 3 присутствует

конденсация, а в сечении 4 - нет (𝑘3 ≠ 0 и k4=0).

3. Критический эжектор (л3=1), в котором на сечениях 3 и 4 присутствует

конденсация (𝑘3 ≠ 0 и 𝑘4 ≠ 0)

В качестве эжектирующего газа использовался водяной пар, а эжектируемым

газом являлись воздух, азот или двуокись углерода.

В экономической части была рассчитана эффективность дипломной

работы. С экономической точки зрения дипломный проект оказался очень

эффективным, при цене продукта 63720 рублей срок окупаемости составляет

менее 2 месяцев.

В части охраны труда и окружающей среды было проведено

исследование условий труда при работе над дипломным проектом,

рассмотрены все необходимые критерии минимальной нагрузки и

оптимизированы параметры отходящие от нормы.

86

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. М. Наука, 1976

2. Сборник работ по исследованию сверхзвуковых газовых эжекторов.

ЦАГИ, 1961

3. В. Ю. Александров, К.К. Климовский. Оптимальные эжекторы (теория

и расчет). М. Машиностроение, 2012

4. У. Г. Пирумов, Г. С. Росляков. Газовая динамика сопел. М. Наука, 1990

5. Ю. К. Аркадов. Новые газовые эжекторы. М. Физматлит, 2001

6. Л. Г. Лойцянский. Механика жидкости и газа.Л. Гос. Из-во Технико-

Теоритической Литературы, 1950

7. Е. Я. Соколов, Н. М. Зингер. Струйные аппараты. М. Энергоатомиздат,

1989

8. Н. с. Бахвалов, Н. П. Жидков, Г. М. Кобельков. Численные методы. М.

Наука, 1975

9. http://www.koerting.de/docs/default-source/broschures/k%C3%B6rting-

reference-data.pdf?sfvrsn=4

10. Н. К. Моисеева. Управление маркетингом: теория, практика,

информационные технологии. М.: Финансы и статистика, 2002.

11. В. А. Вдовин. Экономическая эффективность разработки

информационных систем и технологий. Учебное пособие. М.: Доброе

слово, 2006.

12. http://www.komus.ru/product/95427/



15. http://www.kanctanta.ru/catalog/9182/40711/


17. http://www.kyostore.ru/orm/toner/12100021.html

18. http://rabota.yandex.ru/salary.xml?text=инженер

19. http://www.kyostore.ru/copiers/bw_copiers/M2535dn.html

http://www.koerting.de/docs/default-source/broschures/k%C3%B6rting-reference-data.pdf?sfvrsn=4

http://www.koerting.de/docs/default-source/broschures/k%C3%B6rting-reference-data.pdf?sfvrsn=4

http://www.komus.ru/product/143505/

http://www.kanctanta.ru/catalog/9182/40711/

http://www.komus.ru/product/50595/

http://www.kyostore.ru/orm/toner/12100021.html

http://rabota.yandex.ru/salary.xml?text=инженер

http://www.kyostore.ru/copiers/bw_copiers/M2535dn.html

87

20. С.В. Белов "Безопасность жизнедеятельности" Учебник для вузов, М.:

Высшая школа, 2001.

21. Ю.Б. Айзенберг "Справочная книга по светотехнике" М.:

Энергоатомиздам, 1983.

22. Бобков Н.И. Голованова Т.В. Охрана труда на ВЦ: Методические

указания к дипломному проектированию. -М.:Изд-во МАИ,1995г.

23. Санитарные нормы и правила СНиП 23-05-95* «Естественное

и искусственное освещение», М.: Изд-во стандартов, 2003

24. Березин В.М.. Дайнов М.И. Защита от вредных производственных

факторов при работе с ПЭВМ. Учебное пособие. -М.:Изд-во

МАИ,2003г.

РЕФЕРАТ - mai

Documents