NUMERICAL SIMULATION OF AIR DUST FLOW IN A DUST COLLECTING NOZZLE WHEN DRILLING FLAT SURFACES
Authors: Тирон Олег Викторович , Логачев Иван Николаевич , Логачев Константин Иванович 
Published: September 2021

В процессе сверления стеновых конструкций электродрелями возникают значительные пылевыделения, негативно влияющие на здоровье человека и загрязняющие окружающее пространство. Актуальным является разработка компактных насадков-пылеуловителей, снижающих пылевыделения. Предложена конструкция пылеулавливающего насадка - отсоса для локализации пылевыделений при сверлении электродрелями плоских поверхностей. Для выбора необходимого расхода отсасываемого из насадка воздуха и наиболее рациональных его размеров разработана компьютерная модель движения пылевоздушного потока с учетом влияния вращения сверла. Использовался программный комплекс SolidWorks с расширением Flow Simulation, где численно решались уравнения Навье-Стокса и неразрывности, замкнутые при помощи k - ε модели турбулентности. Динамика пылевых частиц определялась численным решением дифференциального уравнения их движения с коэффициентом сопротивления Хендерсона. Для проверки адекватности и достоверности модели проведены экспериментальные замеры скорости воздушного потока, увлекаемого вращающимся сверлом. При помощи обработки полученных экспериментальных и расчетных значений скорости по статическим критериям оценены достоверность, адекватность модели, воспроизводимость экспериментов, теснота связи. В качестве критерия эффективности улавливания пыли насадком, используется величина максимального диаметра улавливаемых пылевых частиц. Выявлены закономерности изменения величины максимального диаметра от угловой скорости вращения сверла, изменении радиуса всасывающего отверстия и его удаленности от края насадка. В результате численного моделирования показано, что если не учитывать количество воздуха, увлекаемого вращающимся сверлом, то возможны значительные погрешности при определении максимального диаметра уловленных частиц. Разработанная компьютерная модель и выявленные закономерности улавливания пылевых частиц могут быть использованы для создания эффективного пылеулавливающего насадка.
In the process of drilling wall structures with electric drills, significant dust emissions occur, which negatively affect human health and pollute the surrounding space. Development of compact nozzles-dust collectors that reduce dust emission is urgent. We offer a new design of a dust-collecting nozzle - suction for the localization of dust when drilling flat surfaces with electric drills. To select the required flow rate of air sucked out of the nozzle and its most rational dimensions, a computer model of the movement of the dust-air flow has been developed, taking into account the influence of the rotation of the drill. We used the software package SolidWorks , in the Flow Simulation extension where the Navier-Stokes and continuity equations were numerically solved using the k - ε turbulence model. The dynamics of dust particles was determined by numerically solving the differential equation of their motion with the Henderson drag coefficient. We carried out a number of experimental measurements of the speed of the air flow activated by the rotating drill to check the adequacy and reliability of the model. By processing the obtained experimental and calculated values of the velocity according to static criteria we assessed the reliability, adequacy of the model, reproducibility of experiments and tightness of the connection. As a criterion for the efficiency of dust collection by the nozzle, the value of the maximum diameter of the captured dust particles is used. As well we revealed some regularities of the change in the value of the maximum diameter from the angular speed of rotation of the drill, the change in the radius of the suction hole and its distance from the edge of the nozzle. As a result of numerical simulation, it is shown that not taking into account the air flow created by the rotating drill leads to significant errors, reaching 68%. The developed computer model and the revealed patterns of trapping dust particles can be used to create an effective dust-collecting nozzle.