Оперативная оценка аэродинамических параметров вентиляционных трубопроводов и последующий прогноз проветривания подготовительных выработок
Рассмотрение задач определения аэродинамических параметров вентиляционных труб в ходе проведения выработки. Разработка формулы и метода прогноза утечек воздуха в зависимости от аэродинамических параметров трубопровода. Обсуждение результатов исследований.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 14.04.2019 |
| Размер файла | 73,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Оперативная оценка аэродинамических параметров вентиляционных трубопроводов и последующий прогноз проветривания подготовительных выработок
С.П. Казаков
Б.А. Гриценко
К.Х. Ли
В.Б. Попов
При проведении подготовительных выработок возникают ситуации, когда подача воздуха к забою и утечки воздуха при некоторой длине выработки не соответствуют нормативным. Это может быть связано или с отличием аэродинамических характеристик труб от регламентированных [1], или с некачественными соединениями звеньев труб. в любом случае необходимо достоверно прогнозировать подачу воздуха к забою в ходе дальнейшего проведения выработки. Для этого нужно знать фактические аэродинамические характеристики трубопровода, отличающиеся от нормативных, для последующей корректировки параметров проветривания.
Ниже приводится научная идеология методов оценки соответствующих параметров и прогноз состояния проветривания.
Уравнение, полученное из суперпозиции уравнений Д. Бернулли, соотношения масс и энергий потока имеет следующий вид [2]:
, (1)
где d0 - начальный диаметр трубопровода, м;
lзв - длина звена трубопровода, м;
rст - коэффициент аэродинамического стыка труб, приведенный к единице объема звена трубопровода, кг•с2/м8;
Q - расход воздуха в трубопроводе на расстоянии x от забоя, м3/с;
Q0 - расход воздуха, подаваемого к забою, м3/с;
r0 - удельное аэродинамическое сопротивление трубопровода, кг•с2/м9;
с - плотность воздуха, кг•с2/м4;
S0- начальное сечение трубопровода, м2;
б - коэффициент, характеризующий влияние давления воздуха в трубопроводе на деформируемость материала труб [3]:
б ; (2)
- коэффициент Пуассона материала труб, кг/м2;
L - длина трубопровода, м;
E - модуль Юнга материала труб, кг/м2;
- толщина стенок труб, м.
Если утечки воздуха еще малы (не более 10%), то фактическое удельное аэродинамическое сопротивление трубопровода можно определить из решения дифференциального уравнения:
(3)
Решение уравнения (3) в безразмерном виде следующее:
,
где , и зависит от одного безразмерного параметра б = . Оно хорошо (с расхождением не более 2 %) аппроксимируется функцией:
. (4)
Точное решение и аппроксимация (штрихованная кривая) представлены на рисунке 1.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рисунок 1. Зависимость y(б)
Возвращаясь к формуле (4), получаем:
. (5)
Здесь Р обозначает избыточное давление.
Таким образом, для обеспечения доставки воздуха в забой нужен меньший по мощности вентилятор, чем предлагается в [1].
В параметр б входят две неизвестные константы: коэффициент Пуассона н и модуль Юнга трубной ткани E. Коэффициент н для тканевых материалов варьируется в небольшом диапазоне (от 0,2 до 0,3), поэтому примем его средним: н = 0,25. Тем более, что (1- н)/Е входит в коэффициент б в виде отношения. Таким образом, на первом этапе необходимо определить параметры E и r0 трубопровода.
Для определения этих параметров необходимо провести два шахтных эксперимента с различными давлениями и расходами воздуха. В реальных условиях это можно осуществить с помощью использования режима с параллельным включением резервного вентилятора.
Обозначим через p1, Q1 и p2, Q2 давления и расходы воздуха при первом и втором режимах, величину Q2/Q1 обозначена через с.
Приходим к системе двух уравнений для определения неизвестных параметров - r0 и E:
; (6)
.
После этого по полученным зависимостям последовательно определяется вначале отношение воздухопровода:
(7)
а затем последовательно определяют удельное аэродинамическое сопротивление и модуль упругости E материала по формулам:
(8)
Знания об аэродинамических параметрах трубопровода позволяют определять и утечки воздуха в ходе проведения выработки. Для корректировки нормативов утечек воздуха решается уравнение (1).
Упростим уравнение, приняв во внимание следующие факты: параметр значение вычитаемого в правой части формулы (1) на порядки меньше уменьшаемого, и этими величинами можно пренебречь. Тогда уравнение существенно упростится и примет приближенный вид:
(9)
Начальное условие для решения уравнения: y(0) =1.
Обозначим безразмерный параметр в=. Для решения уравнения (9) сделаем замену . После разделения переменных получаем уравнение пониженного порядка:
(10)
Разделение переменных и интегрирование дают следующую формулу для расчета коэффициента утечек воздуха в трубопроводе:
Кут = (1 +1,6)3. (11)
Ее использование для определения коэффициента аэродинамического сопротивления стыков вентиляционных труб в ходе проведения выработки заключается в следующем. При некоторой длине выработки (трубопровода) замеряется коэффициент утечек воздуха и затем из формулы (11) определяется:
. (12)
После подстановки значений и других параметров в формулу (11) она может использоваться для последующего прогноза проветривания выработки.
Таким образом, после проведения выработки на 50 - 100 м по формуле (8) корректируются аэродинамические параметры вентиляционных труб; после проведения на 300 - 400 м - аэродинамические сопротивления стыков корректируются по формуле (12). Коэффициент утечек воздуха при последующем проведении выработки рассчитывается по формуле (11).
Существует и более простой, но менее точный способ прогноза коэффициента утечек воздуха, удобный для производственников. Суть его в следующем. На рисунке 2 приведена зависимость Кут (), построенная по формуле (11).
Рисунок 2. Зависимость Кут ()
Используя рисунок 2, по замеренному коэффициенту утечек Кут при L = L0 находим значение в0. Новый коэффициент утечек при длине L находится по рисунку с использованием формулы:
.
Результаты проведенных исследований повышают надежность проветривания подготовительных выработок шахт на весь период их проведения.
Библиографический список
аэродинамический вентиляционный труба
1. Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. - Макеевка-Донбасс, 1989. - 320 с.
2. Казаков, С.П. Математические модели шахтных вентиляционных трубопроводов / С.П. Казаков, В.А. Федорин, В.В. Аксенов, Н.В. Трубицына // Вестник Научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. - 2012. - № 1. - С. 98-103.
3. Справочник по сопротивлению материалов / Писаренко Г.С., Яковлев А.П., Матвеев В.В.; Отв. ред. Писаренко Г.С. - 2-е изд., перераб. и доп. - Киев: Наукова думка, 1988. - 736 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Расчет основных геометрических и аэродинамических параметров легкого одномоторного спортивного самолета "T-30 Katana"; построение зависимости коэффициента подъёмной силы от угла атаки и поляры для взлетного, крейсерского и посадочного режимов полёта.
курсовая работа [274,5 K], добавлен 21.11.2010Описание геометрии и фиксированных параметров крыла, параметров, изменяемых при оптимизации. Модельная задача оптимизации формы крыла в условиях стохастической неопределенности параметров набегающего потока. Анализ аэродинамических характеристик крыла.
дипломная работа [1,1 M], добавлен 09.07.2014Расчет объемов и энтальпий воздуха, а также продуктов сгорания топлива. Тепловой баланс котлоагрегата. Определение параметров теплообмена в топке. Порядок и методика расчета водяного экономайзера, аэродинамических параметров. Невязка теплового баланса.
курсовая работа [220,1 K], добавлен 04.06.2014Описание метода дискретных вихрей и исследование аэродинамических характеристик самолета "Цикада" с помощью программы Tornado. Построение поляры крыла и расчет коэффициентов отвала в зависимости от угла отклонения закрылка. Влияние разбивки на результат.
курсовая работа [798,0 K], добавлен 04.05.2011Выбор сечений крыла, в которые устанавливаются профили. Нейронная сеть как генератор геометрий и аппроксиматор аэродинамических характеристик крыла. Универсальный аппроксиматор в многомерном пространстве. Блок схема алгоритма робастной оптимизации крыла.
дипломная работа [1,2 M], добавлен 19.07.2014Материальный и тепловой балансы процесса сушки. Технические параметры сушилки. Расчет параметров горения топлива, удельных и часовых расходов теплоты и теплоносителя на процесс сушки. Подбор циклонов и вентиляторов, расчет аэродинамических сопротивлений.
курсовая работа [172,6 K], добавлен 24.06.2014Методика определения аэродинамических характеристик летательных аппаратов. Расчет зависимости между аэродинамическими коэффициентами и полярами самолета для различных режимов полета. Построение взлетных, посадочных, крейсерских кривых и полетных поляр.
курсовая работа [417,7 K], добавлен 05.05.2015Определение расхода тепловой мощности на отопление здания в течение отопительного периода. Выбор и компоновка системы отопления. Обоснование выбора расчетных параметров воздуха. Аэродинамический расчет вентиляционных систем и подбор оборудования.
курсовая работа [943,3 K], добавлен 05.02.2010Взаимосвязь параметров теплоносителя и рабочего тела, их влияние на показатели ядерной энергетической установки. Определение температуры теплоносителя на входе и выходе ядерного реактора. Общая характеристика метода определения параметров рабочего тела.
контрольная работа [600,3 K], добавлен 18.04.2015Характеристика метода определения параметров циркуляционных насосов ЯЭУ АЭС. Определение расхода электроэнергии на собственные нужды. Определение номинальных параметров насосов. Определение энергозатрат на их функционирование на эксплуатационных режимах.
контрольная работа [413,4 K], добавлен 18.04.2015Исследование общей схемы овальных трехщелевых траловых досок и тралового лова. Анализ технических характеристик аэродинамической трубы AT-12. Изучение изменения коэффициентов лобового сопротивления и подъемной силы, в зависимости от различных углов атаки.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 15.12.2013Методы расчета простых и сложных заземлителей в однородной и неоднородной среде. Обоснование необходимости определения показателей надежности при проектировании заземляющих устройств. Выбор метода контроля основных параметров заземляющих устройств.
дипломная работа [2,9 M], добавлен 13.06.2012Задачи расчёта трубопроводов с насосной подачей: определение параметров установки, выбор мощности двигателя. Определение величины потерь напора во всасывающей линии и рабочей точке насоса. Гидравлический расчет прочности нагнетательного трубопровода.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 26.02.2012Определение мощности электрокалорифера. Осуществление теплового расчета нагревательных элементов. Выбор вентилятора и определение мощности электродвигателя для его привода. Расчет конструктивных параметров нагревательного устройства и сети подключения.
курсовая работа [597,3 K], добавлен 17.01.2012Емкостной высокочастотный разряд: общие сведения, типы, способы возбуждения, построение простейшей модели, формы существования. Краткая теория метода зондов Ленгмюра. Система уравнений для определения параметров разряда. Измерение разрядного тока.
дипломная работа [2,6 M], добавлен 30.04.2011Разработка и определение основных технологических параметров котла-утилизатора для параметров газотурбинной установки ГТУ – 8 РМ. Тепловой конструктивный, гидравлический, прочностной расчет проектируемого аппарата, обоснование полученных результатов.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 20.03.2017Основные этапы проектирования электрического двигателя: расчет параметров якоря и магнитной системы машины постоянного тока, щеточно-коллекторного узла и обмотки добавочного полюса. Определение потери мощности, вентиляционных и тепловых характеристик.
курсовая работа [411,3 K], добавлен 11.06.2011Понятие плазмы тлеющего разряда. Определение концентрации и зависимости температуры электронов от давления газа и радиуса разрядной трубки. Баланс образования и рекомбинации зарядов. Сущность зондового метода определения зависимости параметров плазмы.
реферат [109,9 K], добавлен 30.11.2011Определение расчетных выходных параметров гидропривода. Назначение величины рабочего давления и выбор насоса. Определение диаметров трубопроводов, потерь давления в гидросистеме, внутренних утечек рабочей жидкости, расчёт времени рабочего цикла.
курсовая работа [73,4 K], добавлен 04.06.2016Методика расчета гидравлической системы с параллельными и последовательными линиями. Определение характеристик простых трубопроводов. Упрощение гидравлической системы. Построение характеристики насоса. Определение параметров рабочих циклов гидросистемы.
учебное пособие [429,5 K], добавлен 06.12.2011
