Mathematical modeling of air ion regime in premises at artifical air ionization

Authors

  • M. M. Beliaev National University of Railway Transport Named after academician V. Lazaryan, 2, akademika Lazariana str., Dnipropetrovsk 49010, Ukraine, Ukraine https://orcid.org/0000-0002-1531-7882
  • S. G. Tsygankova State Higher Educational Establishment «Pridneprovsk State Academy of Civil Engineering and Architecture», 24-а, Ghernishevskogo str., Dnipropetrovsk 49600, Ukraine, Ukraine https://orcid.org/0000-0002-9837-3109

Keywords:

CFD модель, аэроионный режим, концентрационное поле аэроионов

Abstract

Purpose. The providing of required air ion formula in working areas is a very important task in labor protection and environmental safety field. One method of solving this problem is the artificial ionization of the indoor air. Currently, there is a definite shortage of methods in Ukraine, which is allowing to obtain an adequate prognosis information to substantiate the ionization premises specific regime. Thus, the problem of special calculation methods creation, allowing a sufficient degree of operational efficiency to determine a rational arrangement of ionizers. Such models should take into account the aerodynamics of air jets in the room, the presence of furniture, equipment, transport of ions in an electric field – i.e. a set of factors that determine the intensity and shape of the field concentration of ions in the room. Accordingly, it is need to develop models for the prediction of CFD air ion regime in premises and work areas, which allows to take into account the most important physical factors that determine the formation of ions concentration field. Methodology. The proposed CFD prognosis model of air ion regime in premises based on the use of aerodynamics, electrostatics and mass transfer equations. This model allows you to quickly calculate the ions concentration field in the room and work areas with the influence of the walls, floor, ceiling and obstacles in the process of dispersion of air ions, the specific location of ion emission of different polarity, and their interaction. Findings. The calculated data on which to estimate the ions concentration of anywhere in the room with artificial air ionization was received. Ions concentration field represented as a matrix of values negative ions concentration indoors. The results are given in dimensionless form, where each number - is a concentration measure in percentage of the maximum concentration in the room. Originality. A new 2D CFD model for prognosis of indoor air ion regime, which is providing the possibility for a sufficiently low cost of computer time to determine the ions concentration in a given place in the room is proposed. Practical value. 2D CFD prognosis model of indoor air ion regime allows to calculate the ions concentration in the working areas of the premises, taking into account the basic physical factors determining the formation of ions concentration fields, which will enable the rational arrangement of ionizers in order to create the most favorable air ion regime for the staff.

Author Biographies

M. M. Beliaev, National University of Railway Transport Named after academician V. Lazaryan, 2, akademika Lazariana str., Dnipropetrovsk 49010, Ukraine

Dr. Sc. (Tech.),Prof., Department of Gydraulics and Water Supply

S. G. Tsygankova, State Higher Educational Establishment «Pridneprovsk State Academy of Civil Engineering and Architecture», 24-а, Ghernishevskogo str., Dnipropetrovsk 49600, Ukraine

Ass. Prof., Department of Water Supply, Drainage and Hydraulic

References

Бахрушин, В. Е. Моделирование распределения концентрации ионов вблизи ионизатора / В. Е. Бахрушин, М. А. Игнахина, Д. В. Вертинский, А. Ю. Евсюков // Складні системи та процеси. – 2002. – №1. – С.30–36.

Bahrushyn V. E., Ignakhina M. A., Vertinskii D. V., Yeevsiukov A. Yu. Modelirovanie raspredelenia kontsentratsii ionov vblizi ionizatora [Simulation of distributing concentration of ions nearly ionizator[. Skladni systemy ta procesy [Complex systems and processes], 2002, no. 1, pp. 30-36.

http://www.nbuv.gov.ua/ujrn/natural/Ssip/2002_1/F1Bah1.pdf

Беляев, Н. Н. Защита зданий от проникновения в них опасных веществ: Монография / Н. Н. Беляев, Е. Ю. Гунько, Н. В. Росточило. – Д.: «Акцент ПП», 2014. – 136 с.

Beliaev N. N., Hunko E. Yu, Rostochilo N. V. Zashchita zdanii ot proniknovenia v nikh opasnykh veshchestv [Protection of building from penetration in these hazardous substances]. Dnipropetrovsk, Aktsent Publ., 2014. 136c.

Глива, В. А. Визначення та прогнозування динаміки зміни аероіонного складу повітря виробничих приміщень / В. А. Глива, В. І. Клапченко, С. М. Пономаренко та ін. // Вісник національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут». Серія «Гірництво». – 2010. – Вип. 19. – С.161-168.

Hlyva V. A., Klapchenko V. I., Ponomarenko S.M. ta in. Vyznachennia ta prohnozuvannia dynamiky zminy aeriionnoho skladu povitria vyrobnychykh prymishchen [Determination and prediction of the ionic air composition change dynamics in industrial premises]. Visnyk natsionalnoho tekhnichnogo universitetu Ukrainy «Kyivskii politechnicheskii institut» [Bulletin of National Technical University of Ukraine «Kyiv Polytechnic Institute»], 2010, issue 19, pp. 161-168.

http://mining.kpi.ua/19/19_22.pdf

Запорожець, О. І. Нормування аероіонного складу повітря робочих приміщень та основні напрями його вдосконалення / О. І. Запорожец, В. А. Глива, О. В. Сидоров // Вісник національного авіаційного університету. – 2011. – №1. – С.139–143.

Zaporozhets O. I., Hlyva V. A., Sidorov O.V. Normuvannia aeroionnoho skladu povitria robochykh prymishchen ta osnovni napriamy yogo vdoskonalennia [The standardization of the ionic air composition in work premises and main directions of its improvement]. Visnyk natsionalnoho aviatsiinoho universitetu » [Bulletin of National Aviation University»], 2011, no 1, pp. 139-143.

http://jrnl.nau.edu.ua/index.php/visnik/article/view/2097

Запорожец, О. І. Принципи моделювання динаміки аероіонного складу повітря у приміщеннях / О. І. Запорожец, В. А. Глива, О. В. Сидоров // Вісник національного авіаційного університету. – 2011. – №2. – С.120–124.

Zaporozhets O. I., Hlyva V. A., Sidorov O.V. Printsypy modeliuvannia aeroionnoho skladu povitria u prymishchenniakh [The principles of modeling the ionic air composition in premises]. Visnyk natsionalnoho aviatsiinoho universitetu [Bulletin of National Aviation University»], 2011, no. 2, pp. 12-124.

http://jrnl.nau.edu.ua/index.php/visnik/article/view/24

Левченко, Л. О. Тривимірне моделювання просторових розподілів концентрацій аероіонів у повітрі приміщень / Л. О. Левченко, В. А. Глива, О. В. Сидоров // Управління розвитком складних систем. – 2012. – №11. – С.198-206.

Levchenko L. O., Hlyva V. A., Sidorov O.V. Tryvymirne modeliuvannia prostorovykh rozpodiliv kontsentratsii aeroioniv u povitri [Three-dimensional modeling of ions concentrations spatial distributions in indoor air]. Upravlinnia rozvytkom skladnykh system [Managing the development of complex systems], 2012,no. 11, pp. 198-206.

http://urss.knuba.edu.ua/files/zbirnyk-11/115-118.pdf

Толкунов, И. А. Біполярная іонізація повітряного середовища приміщень функціональних підрозділів мобільного госпіталю МНС / И.А. Толкунов // Проблемы надзвичайних ситуацій, 2014. –Вип. 14 - С.161-170.

Tolkunov I. A. Bipoliarnaia ionizatsia povitrianogo seredovyshcha primishchen funktsionalnykh pidrozdiliv mobilnogo hospitaliu MNS [Bipolaris ionization air environment of premises functional units mobile hospital of the Ministry of Emergencies]. Problemy nadzvychainykh situatsii [Problems of Emergencies], 2014, issue 14, pp. 161-170.

http://nuczu.edu.ua/sciencearchive/ProblemsOfEmergencies/vol14

Толкунов, І. О. Деякі аспекти забезпечення нормативного аероіонного режиму робочого середовища приміщень спеціального призначення МНС України / І. О. Толкунов, В. В. Маринюк, І. І. Попов, В. В. Пономар // Проблеми надзвичайних ситуацій. – 2008. – №8. – С.198-206.

Tolkunov I. A. ,Mariniukh V. V., Popov I. I., Ponomar V. V. Deiaki aspekty zabezpechennia normatyvnoho aeroionnoho rezhymu robochoho seredovyshcha primishchen spetsialnoho pryznachennia MNS Ukrainy [Some aspects of the regulatory ionic regime in working environment of the special purpose premises of the Ukrainian Ministry of Emergencies]. Problemy nadzvychainykh situatsii [Problems of Emergencies], 2008, no. 8, pp. 198-206.

http://nuczu.edu.ua/ukr/science/pub/arr/deyaki_aspekti_zabezpechennya_normativnogo_aeroionnogo_rezhimu_robochogo_seredovischa_primischen_specialnogo_priznachennya_mns/

Толкунов, І. О. Моделювання процесів формування полів концентрації аероіонів у повітряному середовищі приміщень спеціального призначення МНС України / І. О. Толкунов, І. І. Попов // Проблеми надзвичайних ситуацій. – 2010. – Випуск 12. – С. 175-184.

Tolkunov I. A., Popov I. I. Modeliuvannia protsesiv formuvannia poliv kontsetrtsii aeroioniv u povitrianomu seredovyshchi prymishchen spetsialnoho pryznachennia MNS Ukrainy [Simulation of the ions concentration fields formation in the air space of the special purpose premises of the Ukrainian Ministry of Emergencies]. Problemy nadzvychainykh situatsii [Problems of Emergencies], 2010, issue 12, pp. 175-184.

http://nuczu.edu.ua/rus/science/pub/arr/1223/

Толкунов, И. А. Теоретическое исследование процессов переноса аэроионов в потоках воздуха в помещениях специального назначения МЧС Украины / И. А. Толкунов, И. И. Попов, В. В. Барбашин // Проблеми надзвичайних ситуацій. – 2010. – Вип. 11. –С.137-145.

Tolkunov I. A., Popov I. I., Barbasin V. V. Teoreticheskhoe issledovanie protsessov perenosa ionov v potokakh vozdukha v pomeshcheniiakh spetsialnogo naznachenia MCHS Ukrainy [Theoretical study of the ions transport processes in the air flows in the special purpose premises of the Ukrainian Ministry of Emergencies]. Problemy nadzvychainykh situatsii [Problems of Emergencies], 2010, issue 12, pp. 137-145.

http://nuczu.edu.ua/ukr/science/pub/arr/21/

Drexler, Р. Numerical modeling of accuracy of air ion field measurement / Petr Drexler, Pavel Fiala, Karel Bartusek // Journal of Electrical Engineering. – 2006. – vol 57. – № 8/S – рр. 62-65.

Drexler, Р. Numerical modeling of accuracy of air ion field measurement / Petr Drexler, Pavel Fiala, Karel Bartusek // Journal of Electrical Engineering. – 2006. – vol 57. – № 8/S – рр. 62-65

http://iris.elf.stuba.sk/JEEEC/data/pdf/8s_106-16.pdf

Fletcher, L. A. Air ion behavior in ventilated rooms. / Fletcher L. A., Noakes C. J., Sleigh P. A., Beggs C. B., Shepherd S.J. Indoor and uilt Environment, 17 (2)., 2008. – pp. 173-182.

Fletcher, L. A. Air ion behavior in ventilated rooms. / Fletcher L. A., Noakes C. J., Sleigh P. A., Beggs C. B., Shepherd S. J. Indoor and uilt Environment, 17 (2)., 2008. – pp. 173-182.

http://core.ac.uk/download/pdf/50886.pdf

Noakes, C. J. Modelling the air cleaning performance of negative air ionisers in ventilated rooms / Noakes C. J, Sleigt P. A, Beggs C. // Proseedings of the 10th International Conference on Air Distribution in Rooms. – Roomvert 2007, 13 -15 June 2007, Helsinki.

Noakes, C. J. Modelling the air cleaning performance of negative air ionisers in ventilated rooms / Noakes C.J, Sleigt P.A, Beggs C. // Proseedings of the 10th International Conference on Air Distribution in Rooms. – Roomvert 2007, 13 -15 June 2007, Helsinki.

http://www.researchgate.net/publication/33042593_Modelling_the_air_cleaning_performance_of_negative_air_ionisers_in_ventilated_rooms

Downloads

Published

2015-09-23

Issue

No. 83 (2015)

Section

Life Safety

License

Редакція  Видання категорично засуджує прояви плагіату в статтях та вживає всіх можливих заходів для його недопущення. Плагіат розглядається як форма порушення авторських прав і наукової етики.

При виявлені у статті більш ніж 25% запозиченого тексту без відповідних посилань та використання лапок, стаття кваліфікується як така, що містить плагіат. У цьому випадку стаття більше не розглядається редакцією, а  автор отримує перше попередження.

Автори, в статтях яких повторно виявлено плагіат, не зможуть публікуватися в усіх журналах Видавництва ДВНЗ «Придніпровська державна академія будівництва та архітектури».

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

  1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
  2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
  3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).