Науковий вісник НГУ

Математична модель руху повітряного потоку в моторованому фільтрувальному респіраторі

• 
• 

Рейтинг користувача:  / 0

ГіршийКращий 

Деталі

Категорія: Зміст №3 2023

Останнє оновлення: 27 червня 2023

Опубліковано: 30 листопада -0001

Перегляди: 1588

Authors:

С.І.Чеберячко, orcid.org/0000-0003-3281-7157, Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», м. Дніпро, Україна. e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

Д.В.Славінський, orcid.org/0000-0002-7540-2077, Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», м. Дніпро, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

Ю.І.Чеберячко*, orcid.org/0000-0001-7307-1553, Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», м. Дніпро, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

О.В.Дерюгін, orcid.org/0000-0002-2456-7664, Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», м. Дніпро, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

* Автор кореспондент e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

повний текст / full article

Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2023, (3): 097 - 103

https://doi.org/10.33271/nvngu/2023-3/097

Abstract:

Мета. Розробка математичної моделі руху повітряного потоку в моторованому фільтрувальному респіраторі (далі – МФР), що дозволяє забезпечити керування параметрами роботи вентилятора, з урахуванням зовнішніх і внутрішніх впливів на термін захисної дії та комфортні умови експлуатації.

Методика. Для опису лінійних об’єктів виду «вхід–вихід» зручно в якості математичних моделей використовувати їх передавальні функції. У цьому випадку для визначення математичного опису роботи МФР необхідно вирішити два завдання. Перше, пов’язане зі знаходження структури математичної моделі, а друге – полягає у визначенні коефіцієнтів поліномів, що стоять у чисельнику та знаменнику передавальної функції, яка описує рух повітряного потоку у МФР.

Результати. Розроблена математична модель руху повітряного потоку у МФР у вигляді передавальної функції, що має 3-й порядок і використана для розробки системи керування тиском повітря в підмасковому просторі відповідно до режиму праці користувача з метою забезпечення комфортних умов праці. Відмінністю представленої математичної моделі руху повітряного потоку у МФР від існуючих підходів є врахування впливу на експлуатаційні показники зовнішніх і внутрішніх параметрів системи: режиму праці користувача, атмосферного тиску, опору фільтрів, перепаду тиску в повітропроводах з ефектом накопичення повітря в підмасковому просторі на основі принципу «ємність–опір». Визначені числові коефіцієнти математичної моделі руху повітряного потоку в повітропроводі МФР, що дозволяють здійснювати корегування кількісті обертів вентилятора відповідно до часу експлуатації, зростання опору на фільтрах, режиму роботи.

Наукова новизна. Встановлено взаємозв’язок між зовнішніми та внутрішніми параметрами МФР: атмосферним тиском, перепадом тиску в повітропроводі, опором фільтрів, режимом роботи користувача з ефектом накопичення повітря в підмасковому просторі за принципом «ємність–опір».

Практична значимість. Встановлені параметри математичної моделі, що можуть бути використані при розробці системи керування рухом повітряного потоку у МФР: зміна витрати повітря у відповідності до різних умов фізичного навантаження користувача під час виконання професійної діяльності.

Ключові слова: моторований фільтрувальний респіратор, опір дихання, захисна ефективність

References.

1. Roberts, V. (2014). To PAPR or not to PAPR? Canadian journal of respiratory therapy, 50(3), 87-90. Retrieved from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4456839/.

2. Gorova, A., Pavlychenko, A., Kulyna, S., & Shkremetko, O. (2012). Ecological problems of post-industrial mining areas. Geomechanical Processes During Underground Mining, 35-40. https://doi.org/10.1201/b13157-7.

3. Kempfle, J. S., Panda, A., Hottin, M., Vinik, K., Kozin, E. D., Ito, C. J., & Remenschneider, A. K. (2021). Effect of Powered Air-Purifying Respirators on Speech Recognition Among Health Care Workers. Otolaryngology-Head and Neck Surgery, 164(1), 87-90. https://doi.org/10.1177/0194599820945685.

4. Gorova, A., Pavlychenko, A., Borysovs’ka, O., & Krups’ka, L. (2013). The development of methodology for assessment of environmental risk degree in mining regions. Annual Scientific-Technical Colletion – Mining of Mineral Deposit, 207-209. https://doi.org/10.1201/b16354-38.

5. Licina, A., Silvers, A., & Stuart, R. L. (2020). Use of powered air-purifying respirator (PAPR) by healthcare workers for preventing highly infectious viral diseases a systematic review of evidence. Systematic Reviews, 9, 173. https://doi.org/10.1186/s13643-020-01431-5.

6. Powell, J. B., Kim, J.-H., & Roberge, R. J. (2017). Powered air-purifying respirator use in healthcare: Effects on thermal sensations and comfort. Journal of Occupational and Environmental Hygiene, 14(12), 947-954. https://doi.org/10.1080/15459624.2017.1358817.

7. Bazaluk, O., Ennan, A., Cheberiachko, S., Deryugin, O., Cheberiachko, Y., Saik, P., Lozynskyi, V., & Knysh, I. (2021). Research on Regularitiesof Cyclic Air Motion through a Respirator Filter. Applied Sciences, 11, 3157. https://doi.org/10.3390/app11073157.

8. Cheberyachko, S., Cheberyachko, Y., Naumov, M., & Deryugin, O. (2022). Development of an algorithm for effective design of respirator half-masks and encapsulated particle filters. International Journal of Occupational Safety and Ergonomics, 2(28), 1145-1159. https://doi.org/10.1080/10803548.2020.1869429.

9. Kothakonda, A., Atta, L., Plana, D., Ward, F., Davis, C., Cramer, A., & Sorger, P. K. (2021). De Novo Powered Air-Purifying Respirator Design and Fabrication for Pandemic Response. Frontiers in bioengineering and biotechnology, 9, 690905. https://doi.org/10.3389/fbioe.2021.690905.

10. National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) (2005). Determination of air flow resistance of breath responsive, powered air-purifying respirators (PAPR’s) standard testing procedure (STP). Retrieved from https://www.cdc.gov/niosh/npptl/stps/pdfs/RCT-APR-0065-508.pdf.

11. Chopra, J., Abiakam, N., Kim, H., Metcalf, C., Worsley, P., & Cheong, Y. (2021). The influence of gender and ethnicity on facemasks and respiratory protective equipment fit: a systematic review and meta-analysis. BMJ global health, 6(11), e005537. https://doi.org/10.1136/bmjgh-2021-005537.

12. Coffey, C., Miller, C., & Szalajda, J. (2021). The history of the evaluation of particulate respirator fitting characteristics in U.S. approval requirements. Journal of Occupational and Environmental Hygiene, 18(10-11), 481-488. https://doi.org/10.1080/15459624.2021.1976411.

13. Sung, S.-M., Yang, J.-M., Park, T.-Y., Ji, D.-J., Oh, J., Lim, W.-S., & Jung, J.-H. (2021). A Study on a High-Purity Filter System of an Air Charger for an Air Respirator. Fire Science and Engineering, 35(5), 45-50. https://doi.org/10.7731/KIFSE.cf160bf0.

14. National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) (n.d.). Certified Equipment List Search. Retrieved from https://www2a.cdc.gov/drds/cel/cel_cbrn_results.asp?startrecord=1&maxrecords=50&Search=QS&cbrn=cbrn_papr.

15. Larraza, S., Dey, N., Karbing, D. S., Nygaard, M., Winding, R., & Rees, S. E. (2014). A mathematical model for simulating respiratory control during support ventilation modes. IFAC Proceedings, 47(3), 8433-8438. https://doi.org/10.3182/20140824-6-ZA-1003.01024.

16. Weiss, R., Guchlerner, L., Weissgerber, T., Filmann, N., Haake, B., Zacharowski, K., …, & Diensthuber, M. (2021). Powered air-purifying respirators used during the SARS-CoV-2 pandemic significantly reduce speech perception. Journal of Occupational Medicine and Toxicology, 16, 43. https://doi.org/10.1186/s12995-021-00334-y.

17. Warliah, L., Rohman, A. S., & Rusmin, P. H. (2012). Model Development of Air Volume and Breathing Frequency in Human Respiratory System Simulation. Procedia – Social and Behavioral Sciences, 67, 260-268. https://doi.org/10.1016/j.sbspro.2012.11.328.

18. Shi, Y., Ren, S., Cai, M., & Xu, W. (2014). Modelling and Simulation of Volume Controlled Mechanical Ventilation System. Mathematical Problems in Engineering, 2014, ID 271053. https://doi.org/10.1155/2014/271053.

19. Lazarevic, S., Čongradac, V., Andjelkovic, A., Kljajić, M. V., & Kanovic, Z. (2019). District heating substation elements modeling for the development of the real-time model. Thermal Science, 23(3B), 2061-2070. https://doi.org/10.2298/TSCI181226031L.

20. Xu, S.S., Lei, Z., Zhuang, Z., & Bergman, M. (2019). Numerical Simulations of Exhaled Particles from Wearers of Powered Air Purifying Respirators. Journal of the International Society for Respiratory Protection, 36(2), 66-76. Retrieved from https://www.isrp.com/the-isrp-journal/journal-public-abstracts/1165-vol-36-no-2-2019-pp-66-76-xu-open-access/file.

21. Holinko, V. I., Cheberiachko, S. I., Cheberiachko, Yu. I., Deryugin, O. V., Slavinskyi, D. V., Radchuk, D. I., & Klimov, D. H. (2006). Filtering respiratory apparatus with forced air supply (Ukrainian Patent No. u202006362). Ukraine. Retrieved from https://base.uipv.org/searchINV/search.php?action=search.

22. Hendryx, M., & Luo, J. (2020). Natural gas pipeline compressor stations: VOC emissions and mortality rates. The Extractive Industries and Society, 7(3), 864-869. https://doi.org/10.1016/j.exis.2020.04.011.

• < Попередня
• Наступна >