3236
.pdfЭлектропроводность жидких сред определена с помощью мостика Коль-
рауша. Электропроводность католита была на 62% ниже, чем нейтральной сре-
ды, в свою очередь, электропроводность анолита - на 3% выше, чем нейтраль-
ной среды.
Таблица 2
Физико-химические показатели ЭАС
|
|
|
Показатели |
|
|
|
Рабочие |
Плотность, |
Электро- |
Поверхност- |
Общая жё- |
Водород- |
|
среды. |
провод- |
ное натяже- |
сткость, |
ный по- |
||
кг/м3 |
ность, |
ние, |
||||
|
ммоль/дм^3 |
казатель |
||||
|
|
Ом'-1 |
Н/м |
|||
|
|
|
|
|||
Католит |
995 |
21 x 10-5 |
71,06 |
1,65 |
10 |
|
Ней- |
|
|
|
|
|
|
тральная |
995 |
34 x 10-5 |
71,06 |
3 |
7 |
|
среда |
|
|
|
|
|
|
Анолит |
995 |
35x 10-5 |
71,06 |
1,85 |
4 |
Поверхностное натяжение для анализируемых сред определялось методом наибольшего давления пузырька. Поверхностное натяжение у всех трёх сред одинаково.
Используя объёмный комплексометрический метод, определена общая жесткость исследуемых сред. Из таблицы 2 видно, что общая жёсткость нейтральной среды значительно больше (~ на 82%) жёсткости ЭАС.
Водородный показатель сред определялся с помощью иономера ЭВ - 74, а также с помощью лакмусовых бумажек. Низкий рН был у анолита, а наиболее высокий - католита.
Ионный состав жидких сред определялся с применением ионной хроматографии. Результаты анализа приведены в таблице 3.
Как видно, ионный состав ЭАС и нейтральной среды сильно отличается. В частности, в анолите ионов железа содержалось в ~ 5 раз больше, чем в нейтральной среде, и в 27 раз больше, чем в католите. Ионов хлора в анолите содержалось в 1,6 раза больше, чем в нейтральной среде и в ~ 3,5 раза больше, чем в католите. Нитратов в анолите было в ~ 1,6 раза больше, чем в нейтральной среде, и в ~ 2,6 раза больше, чем в католите. Сульфатов содержалось в анолите в 1,5 раза больше, чем в нейтральной среде, и в 3 раза больше, чем в католите.
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
Таблица 3 |
|
Ионный состав жидких сред. |
|
|
|
|
|
Ионный состав |
|
|
Вид пробы |
Fe3+, |
|
NO3-, |
SO42-, |
|
мг/л |
мг/л |
мг/л |
мг/л |
Анолит |
1,700 |
14,9 |
7,34 |
47,7 |
Нейтральная среда |
0,320 |
9,10 |
4,56 |
30,6 |
Католит |
0,064 |
4,30 |
2,78 |
16,0 |
Как видно из таблицы 3, самым бедным по количественному составу ионов был католит, в анолите концентрация ионов была высокой, численно она превосходила нейтральную (исходную) среду и по содержанию других анионов (нитратов, сульфатов, хлору), и по содержанию катионов железа.
Также анализировалась способность сохранения рН среды во времени. Полученные результаты приведены на рисунке 4.
Рис. 4, Зависимость рН от времени выдержки пробы.
Как видно из рисунка, рН с течением времени (месяца) изменяется. Для анолита это изменение незначительно (десятые доли рН). рН католита в течение месяца уменьшился почти на две единицы. Однако, численное значение рН католита и после месячного срока хранения оставалось достаточно высоким (рН>8).
Показатель преломления определялся по стандартной методике с помощью рефрактометра ИРФ-22. Результаты исследований приведены в таблице 4.
Как видно из таблицы, максимальный показатель преломления был у водопроводной воды. У анолита - самый низкий, он ниже показателя преломления
11
дистиллированной воды. Показатель преломления католита равен показателю преломления дистиллированной воды.
|
Таблица 4 |
Результаты измерения показателя преломления. |
|
Исследуемые среды |
Показатель преломления |
Дистиллированная вода |
1,333 |
Водопроводная вода |
1,335 |
Анолит |
1,331 |
Католит |
1,333 |
Для оценки бактерицидности жидких ЭАС проведены исследования в ла-
боратории городской инфекционной больницы г. Пензы и Центре Госсанэпиднадзора в Пензенской области. При этом использовался метод культивирования микроорганизмов. Результаты исследований приведены в таблице 5.
|
|
|
Таблица 5 |
|
Результаты исследований бактерицидных свойств ЭАС. |
||||
Культура |
|
Число колоний |
|
|
Анолит |
Нейтральная среда |
Католит |
||
|
||||
Sf. aureus |
5 колоний |
Сливнойрост |
200 колоний |
|
E. coli |
Роста нет |
Сливнойрост |
Сливной рост |
|
Micrococe |
Роста нет |
Сливнойрост |
Сливной рост |
|
Cor. xcrosis |
Роста нет |
Сливнойрост |
Сливной рост |
|
Sf. cinreus |
Роста нет |
Сливной рост |
500 колоний |
Как видно из таблицы, анолит действовал на микроорганизмы угнетающе, т.е. роста числа колоний не было, а католит способствовал развитию микроорганизмов. Таким образом, экспериментально подтверждено различное биологическое влияние жидких электроактивированных сред на микроорганизмы, способных существовать в воздушной среде.
С целью изучения влияния ЭАС с разным рН на тепловлажностную обработку воздуха проведена серия экспериментов с использованием математического метода планирования экспериментов. Исследования проводились по схеме полного факторного эксперимента типа ПФЭ
На первой стадии эксперимента определялись независимые переменные - факторы, которые могли значимо влиять на тепловлажностную обработку воздуха. Они выбирались на основании теоретических данных и корреляционного анализа.
12
Витоге для экспериментов были выбраны следующие факторы: коэффициент орошения - В, водородный показатель рН. Определены их численные значениявцентрепланаиуровниварьирования.
Уровни варьирования представляют собой границы исследуемой области по данному технологическому параметру. Сведения о них приводятся в таблице 6.
Вкачестве выходящих величин - функций отклика приняты: коэффициент эффективности — YI,
изменение относительной влажности - Y2. Коэффициент эффективности определялся по уравнению
(И)
где t1, t2,-температура воздуха по сухому термометру на входе и выходе из установки соответственно, 0C;
tM1 - температура воздуха по мокрому термометру на входе в установку, 0C.
|
|
|
|
Таблица 6 |
Исходные данные для планирования экспериментов. |
||||
Факторы |
|
Коэффициент орошения |
Водородный показатель |
|
|
|
рН |
||
|
|
|
|
|
Исходные данные для планирования эксперимента |
pH=4... 7 |
|||
Верхнийуровень |
|
1,7 |
|
7 |
Нижний уровень |
1 |
0,6 |
|
4 |
Шаг варьирования |
|
0,55 |
|
1,5 |
Исходные данные для планирования эксперимента рН= 7...10 |
||||
Верхний уровень |
|
1,7 |
|
10 |
Нижний уровень |
|
0,6 |
|
7 |
Шаг варьирования |
|
0,55 |
|
1,5 |
Все опыты были рандомизированы во времени и дублировались. Исследо-
вания проводились в режиме адиабатного увлажнения воздуха.
Процессы тепловлажностной обработки изображались на I - d диаграмме
влажного воздуха с предварительным нанесением базовых точек, характери-
зующих состояние воздушной среды на входе - выходе из установки УБС. На-
13
чальное состояние воздушной среды в опытах было стабилизировано путём ре-
циркуляции внутреннего воздуха с использованием сплит-системы «Samsung».
При этом начальные параметры воздуха соответствовали t1=19 ± l°C,
= 65 ± 3%. На рисунке 5 приведены типовые лучи процессов тепловлажностной обработки воздуха (опыт 1). На их основе вычислялся коэффициент эффек-
тивности Еа и изменение относительной влажности Δρ в опытах.
План проведения экспериментов и результаты его реализации приведены
в таблицах 7 и 8. На основе регрессионного анализа экспериментальных данных
получены уравнения регрессии, которые адекватно описывают поверхности от-
клика при уровне значимости 0,05. Уравнения в кодированных переменных приведены ниже.
При рН=4..7 |
|
Y1=0.485+0.035*X1 |
(12) |
Y2 =13.84+ 0.63* X1 |
(13) |
При рН=7..10 |
|
Y1 =0.63+0.04*X1+0.02*X2 |
(14) |
Y2 =15.3+ X1+1.5*X2 |
(15) |
ψ =66% |
ф=64% |
|
d,г/кг d, г/кг
Рис. 5 Процессы тепловлажностной обработки воздуха.
а) процессы тепловлажностной обработки воздуха средами с рН=4...7; б) процессы тепловлажностной обработки воздуха средами с рН=7... 10. 1-2 - луч процесса, построенный на основе критериальных уравнений; 1-2 - процесс, построенный по экспериментальным данным.
Все расчеты проводились с применением математической системы Math-
CAD и пакета программ Microsoft Excel.
№
1
2
3
4
№
1
2
3
4
Матрица планирования экспериментов ПФЭ 22
|
Факторы |
Функции отклика |
Y1 |
|
|
X2 |
Y1 |
Y2 |
|
Xl |
|
|||
|
|
0,55 |
16 |
0,53 |
+ |
+ |
0,50 |
14 |
|
|
|
0,54 |
14 |
|
|
|
0,53 |
14 |
0,51 |
+ |
- |
0,49 |
15 |
|
|
|
0,50 |
14 |
|
|
|
0,45 |
14 |
0,46 |
- |
+ |
0,48 |
14 |
|
|
|
0,46 |
13 |
|
|
|
0,46 |
13 |
0,44 |
- |
- |
0,44 |
12 |
|
|
|
0.41 |
13 |
|
Σ 1,94
Таблица 7
и результаты её реализации (рН=4 — 7)
0,00070 |
0,52 |
14,7 |
1,34 |
14,5 |
0,00045 |
0,52 |
14,3 |
0,34 |
14,5 |
0,00025 |
0,45 |
13,8 |
0,72 |
13,2 |
0,00065 |
0,45 |
12,7 |
0,34 |
13,2 |
Σ 0,00205 |
|
Σ55,34 |
Σ 2,74 |
|
Матрица планирования экспериментов ПФЭ 22 |
и результаты её реализации (рН=7 -10) |
|
|||||||||
Факторы |
|
Функции отклика |
|
Y1 |
|
|
|
|
|
||
Xl |
X2 |
Y1 |
|
Y2 |
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
+ |
+ |
0.70 |
|
18 |
|
0,690 |
0,00020 |
0,69 |
18,5 |
0,5 |
17,8 |
|
19 |
|
|
||||||||
|
|
0.68 |
|
|
|
|
|
|
|
14,8 |
|
+ |
- |
0,65 |
|
13 |
|
0,645 |
0,00005 |
0,65 |
14,0 |
2,0 |
|
0,64 |
I |
|
15 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
_ |
+ |
0,60 |
|
15 |
|
0,615 |
0,00045 |
0,61 |
15,0 |
О |
15,8 |
0.61 |
|
15 |
|
|
|||||||
_ |
- |
|
|
0,575 |
0,00005 |
0,57 |
13,5 |
0,5 |
12,8 |
||
0,58 |
|
14 |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.57 |
|
13 |
|
|
Σ 0,00075 |
|
Σ61,0 |
Σ 3,0 |
|
|
|
|
|
|
|
Σ 2,525 |
|
|
Преобразуем уравнения регрессии из безразмерных координат в нату-
ральный масштаб. |
|
При рН=4...7 |
|
Ea =0.485+ 0.035. (1.15+ 0.55. В) = 0.52+ 0.019· В |
(16) |
Δφ = 14.56+ 0.63. (1.15+ 0.55. В) = 14.56+ 0.35. В |
(17) |
ПрирН=7...10 |
|
E, =0.63+ 0.04. (1.15+ 0.55 . В)+ 0.02 . (8.5+ 1.5. рН) = |
|
= 0.85+ 0.022. В +0.03. рН |
(18) |
Δφ = 15.3 +1.15 + 0.55 . В +1.5. (8.5 +1.5. рН) = |
|
=19.1+0,55·Β+2.25·ρΗ |
(19) |
Как видно из уравнения 12, при использовании среды с рН<7 на коэффициент эффективности значимо влиял только один фактор - коэффициент орошения. В частности, с увеличением коэффициента орошения коэффициент эффективности возрастал, хотя это влияние в условиях опыта было небольшим. Изменение относительной влажности воздуха также зависело от коэффициента орошения. Характер его влияния аналогичен предыдущему случаю, изменение влажности также увеличилось (коэффициент составил +0,63).
При ЭАС с рН>7, как видно из уравнения (14), на коэффициент эффективности значимо влияли коэффициент орошения и рН среды. Для наглядности на основе уравнений 14, 15 построены графические зависимости функции отклика от выбранных факторов (рис. 6 и 7). С увеличением коэффициента орошения от 0,6 до 1,7 коэффициент эффективности возрастал от 0,65 до 0,70, рост составил более 7,5%. При увеличении щёлочности среды, т.е. рН с 7 до 10, коэффициент эффективности вырос с 0,77 до 0,83, т.е. на 7,8% (рис. 6).
Как видно из уравнения 15, изменение относительной влажности воздуха также зависело от коэффициента орошения и рН, причём, при повышении коэффициента орошения в указанном интервале изменение относительной влажности увеличилось на 7%. С повышением рН с 7 до 10 изменение относительной влажности возросло на 17,5% (рис. 7).
16
Рис. 6. Зависимость коэффициента эффективности от коэффициента орошения и рН.
1 - зависимость коэффициента эффективности от рН; 2 - зависимость коэффициента эффективности от коэффициента орошения.
Рис. 7. Зависимость изменения относительной влажности от коэффициен та орошения и рН.
1 -изменение относительной влажности от рН; 2 - изменение относитель ной влажности от коэффициента орошения.
На основании проведённых лабораторных исследований также полученых
критериальные уравнения тепломассообмена для конкретных условий:
Nu = 0.027·(Re)09 ·(Pr)033 |
·(Gu)0.175 |
(20 |
Nu = 0.0248 · (Re)0'.9 · (Pr')0.33 · |
(Gu)0.135 |
(21 |
где Re - критерий Рейнольдса;
Pr и Pr'- критерии Прандтля термический и диффузионный,
соответственно;
Gu - критерий Гухмана.
17
Эти уравнения справедливы при Re= 4.8·104 /13.7 · 104.
На основе уравнений (20), (21) построены процессы тепловлажностной
обработки воздуха. Эти линии изображены на рис. 5.
Из рисунка 5 видно, что угол наклона луча процесса обработки воздуха при экспериментальных исследованиях незначительно отличается от угла наклона луча процесса, построенного на основе критериальных уравнений. Причем, лучи процессов обработки воздуха жидкими средами с рН=4...7 и рН=7..10 имеют одинаковую закономерность. Таким образом, для практического применения могут быть использованы как регрессионные, так и критери-
альные уравнения.
Итак, проведённые эксперименты подтверждают эффективность применения ЭАС при тепловлажностной обработке воздуха. Как видно, применяя ЭАС, можно эффективно воздействовать на параметры воздушной среды в системах кондиционирования воздуха качественно, причём, влияние анолита и ка-
толита на тепловлажностную обработку воздуха различно.
С целью достижения области оптимума использовался метод крутого восхождения. Для этого проведены дополнительные эксперименты по тепловлажностной обработке воздуха электроактивированной средой с рН=4. Условия проведения экспериментов и результаты крутого восхождения приведены в таблице 9. На основании табличных данных построены графические зависимости
(рис. 8 и 9). |
|
|
|
|
|
|
Таблица 9 |
|
Результаты крутого восхождения. |
|
|
№опыта |
X1 |
Y, |
Y2 |
1 |
1,70 |
_ |
|
|
|
||
2 |
2,25 |
0,64 |
18 |
3 |
2,80 |
0,70 |
21 |
4 |
3,35 |
0,70 |
17 |
18
\φ
25
1.0 |
1.5 |
2.0 |
2.5 |
3.0 |
3.5 В |
|
|
Рис. 8 Изменение Eа |
при |
Рис. 9 Изменение φ при |
|||||
движении по градиенту. |
|||||||
движении по градиенту. |
|||||||
|
Как видно из рис. 8, 9, оптимальными условиями работы установки УБС является режим адиабатного увлажнения воздуха при В=2,8 (3,0).
С целью изучения влияния ЭАС на бактерицидность воздушной среды проведена 2-я серия экспериментов. На основании анализа априорной информации в качестве основных параметров были выбраны водородный показатель (рН) и продолжительность воздействия (τ). Сведения о них приводятся ниже.
Таблица 10
|
В качестве функции отклика было принято число колоний микроорганиз- |
мов, |
содержащихся в 1м3 воздуха. Для оценки влияния указанных факторов |
на функцию отклика был реализован полный факторный эксперимент ПФЭ 22. Матрица планирования эксперимента и результаты её реализации приве-
дены в таблице 11.
Все опыты дублировались и были рандомизированы во времени.