Совершенствование методов очистки вытяжного воздуха местных отсосов горячих цехов предприятий общественного питания

Статья посвящена результатам исследований по совершенствованию методов очистки вытяжного воздуха местных отсосов горячих цехов предприятий общественного питания. Отражены принятые технические решения, способствующие увеличению эффективности работы систем фильтрации. На основе программного комплекса ANSYS Fluent смоделированы течения воздушного потока, содержащего взвешенные частицы. Определена эффективность фильтра, встроенного в приточно-вытяжной зонт.

Ключевые слова: ANSYS Fluent, математическое моделирование, CFD-метод гидрогазодинамики, метод конечных элементов, фильтрация, пористая текстура, эффективность фильтра, функция пользователя.

Параметры воздушной среды в горячих цехах предприятий общественного питания чаще всего не соответствуют требуемым. Цеха оснащены технологическим оборудованием, способным в процессе эксплуатации, осуществлять выброс загрязняющих веществ (взвешенных частиц) в рабочую зону. Следовательно, функционирование цехов невозможно без правильно организованных местных систем вентиляции, работа которых обеспечивает не только требуемые параметры микроклимата, но и чистоту воздуха в помещении. Для повышения эффективности работы местных систем вентиляции (в частности, вытяжных зонтов) целесообразно в их составе предусматривать установку механических фильтров.

В механическом фильтре, конструкция которого полностью имеет антикоррозийное исполнение, загрязняющие частицы фильтруются двумя фазами:

– Воздушный поток течет через лабиринтную структуру фильтра (рис. 1).

Рис. 1. Лабиринтная структура фильтра (первая фаза фильтрации)

Лабиринтный фильтр предназначен для очистки воздуха от жиров, масел и пыли по принципу многократного изменения направления движения воздушного потока. Жировые частицы оседают на пластинах, затем стекают по желобам в специальную емкость паз, встроенный в подставку фильтра. Таким образом уменьшается вероятность засорения фильтра и снижаются перепады давления. Лабиринтные жироуловители являются фильтрами грубой (предварительной) очистки

Воздушный поток проходит сквозь тонкие нити из нержавеющей стали (рис. 2).

Рис. 2. Тонкие нити из нержавеющей стали (вторая фаза фильтрации)

Нити сшиты в специальный шаблон для получения большей поверхности охлаждения, способности отфильтровать оставшиеся частицы и уменьшения сопротивления воздуха. В процессе приготовления пищи большая часть жира переносится паром. Когда эта жиро паровая смесь проходит через фильтрующие клетки, жир задерживается на лабиринтной поверхности фильтра, что снижает шанс возникновения огня в воздуховоде.

Эффективность жирового фильтра (часть загрязняющих веществ, улавливаемая вытяжной частью зонта) в диапазоне частиц размером от 5 до 7 мкм должна быть не менее 40 % при расчетном расходе воздуха [1]:

где количество улавливаемых местным отсосом ВВ, кг/с;

интенсивность выделения ВВ от источника, кг/с.

На основе программного комплекса ANSYS Fluent через механический фильтр, встроенный в приточно — вытяжной зонт, моделируются течения воздушного потока, содержащего мелкие частицы загрязняющих веществ.

Рис. 3. Внешний вид проточной части элементарного объема фильтра

Расчёт движения частиц (потока и траекторий), моделируемых в «лагранжевой» постановке, в сплошной газовой среде, производится без учёта их взаимодействия с потоком воздуха [2].

Траектории частиц (треки) рассчитываются по шагам (штрихам) и представляют собой ломаные линии. Каждый отрезок (штрих) трека формируется путём анализа направления и величины скорости движения частицы в данный момент времени по 2

В качестве заданного условия для моделирования процесса фильтрации загрязняющих частиц на языке программирования С разработан UDF (User Defined Function ) — макрос, описывающий способность пористой текстуры (фильтра) задерживать частицы определенного размера.

Поверхностями выбивания загрязняющих частиц является технологическое оборудование. В рассматриваемом случае — регионы варочных поверхностей электроплиты (рис. 4).

Рис. 4. Отображение течения взвешенных частиц в режиме «Display»

Процент неуловленных вытяжным зонтом частиц (выбивающихся в стороны) составляет Показатель определяется методом статистики расчета треков — эффектом «прилипания» выбивающихся частиц на поверхности.

При каждом расчете в текстовом окне отображается таблица статистики расчёта треков (рис. 5).

Пользуясь этой информацией, можно понять, что из 1404 начатых треков, 1404 не были «закончены», следовательно, внедренный в расчет FLUENT скрипт выполняет поставленную задачу, и загрязненные частицы «улавливаются» расчетным объемом — фильтром.

Таким образом, с помощью математического моделирования определена эффективность фильтра, встроенного в приточно — вытяжной зонт:

Литература:

1. Р НП «АВОК» 7.3–2007. Вентиляция горячих цехов предприятий общественного питания. — М.: 2007. АВОК ПРЕСС.
2. Компьютерное моделирование типовых гидравлических и газодинамических процессов двигателей и энергетических установок в ANSYS Fluent : учеб. пособие / Л. С. Шаблий, А. В. Кривцов, Д. А. Колмакова. — Самара: Изд-во Самар. Ун — та, 2017. — 108 с.
3. Численное моделирование течения в фильтре/ А. А. Гарипов, С. Ю. Константинов, Д. Е. Тук, Д. В. Целищев/ «Вестник УГАТУ» Уфа, 2013 г. с. 153–158.