Работа 8. Определение и исследование коэффициентов местного сопротивления
Цель работы: закрепление навыков измерения депрессии; изучение методики экспериментального определения коэффициента ξ; установление зависимости величины ξ от вида местного сопротивления и параметров крепи.
Общие сведения
К местным сопротивлениям относятся внезапные сужения и расширения выработок, их разветвления, вентиляционные окна, кроссинги и т.п. Все местные сопротивления резко изменяют форму, размеры и положение границ воздушного потока. При этом энергия потока расходуется на образование вихрей и рассеивается в виде тепла.
Депрессия, расходуемая на преодоление местного сопротивления, определяется по формуле:
h мс = R мс Q2 (34)
где: R мс –величина местного сопротивления; Q – количество воздуха, проходящего через местное сопротивление, м3/с;
R мс = ξ γ /2gS2 (35)
ξ – коэффициент местного сопротивления, показывающий долю скоростного напора, расходуемую на преодоление местного сопротивления; γ – удельный вес воздуха (см. формулу 15); S –площадь поперечного сечения выработки до или после местного сопротивления, м2.
Так как Q/S = v, то из формул (34) и (35) следует h мс = ξ γ v2 / 2g , откуда
ξ = h мс 2g / γ v2 (36)
где: v – скорость движения воздуха перед местным сопротивлением или за ним, м/с.
Таким образом, зная величину параметров, входящих в формулу (36), можно определить величину коэффициента ξ , которая зависит от тех же факторов, что и α (см. работу 7), а также от вида местного сопротивления.
Объектами исследования в данной работе являются участки 2-3 и 1-5 модели, на которых имеются местные сопротивления в виде поворотов. На этих участках депрессия h сопр расходуется не только на преодоление местных сопротивлений (поворотов) h мс, но и на преодоление сопротивления трения воздуха на участках выработки с разными параметрами крепи h т р , т.е. h соп р = h м с + h т р
Тогда уравнение Бернулли (8) для исследуемых участков примет вид
h с т + h с к = h м с + h т р
откуда
h м с = h с т + h с к - h т р (37)
Измерение статической депрессии на участке 0-1 выполняется для того, чтобы определить количество воздуха, поступающего в коллектор установки и на исследуемый участок 2-3 или 1-5.
План работы
1.Изучите общие сведения, относящиеся к данной работе.
2.Вспомните основы шахтной аэромеханики, устройство аэродинамической установки и правила измерения депрессии в ее точках.
3.Подготовьте табл.3.
4.Определите значение коэффициента ξ на участке 2-3. Для этого выполните указанные ниже действия.
4.1.На участках 0-1 и 2-3 при открытом шибере 1 и закрытом шибере 2 выполните по три измерения статической депрессии h ст 0-1 и h ст 2-3 при различных расходах воздуха (расход воздуха нужно менять, прикрывая заслонку вентилятора). Исходные данные и результаты замеров занесите в табл.3.
Затем для каждого из трех положений заслонки вентилятора выполните следующее.
4.2.По формулам (22) и (23) определите скорость движения воздуха в коллекторе и расход воздуха на участке 2-3.
4.3. По формуле (28) определите среднюю скорость движения воздуха в начале и конце исследуемого участка 2-3.
4.4.По формулам (31) и (32) определите аэродинамическое сопротивление трения R тр 2-3 и депрессию h тр 2-3 , расходуемую на преодоление этого сопротивления на участке 2-3; значение коэффициента α примите по материалам работы 7, а геометрические параметры выработки (S,P,L) – по табл.1 и рис.1.
4.5. По формуле (30) определите скоростную депрессию h ск на участке 2-3.
4.6. По формуле (37) определите депрессию h мс, расходуемую на преодоление местного сопротивления на исследуемом участке 2-3.
4.7. По формуле (36) определите значение коэффициента ξ на участке 2-3; значение γ рассчитайте по формуле (15).
4.8. По трем вычисленным значениям ξ i определите среднеарифметическое значение ξ ср для участка 2-3. Разброс значений ξ i не должен превышать ± 5% от ξ ср. Значения ξ i с бόльшими отклонениями отбрасываются как ошибочные или производятся их повторные измерения и расчет.
4.9. Исходные данные и результаты расчетов сведите в табл.12.
5. Определите значение коэффициента ξ на участке 1-5. Для этого выполните такие же, как в пункте 4, измерения и расчеты на участках 0-1 и 1-5. При измерениях шибер 1 должен быть закрыт, а шибер 2 – открыт. Изменять расход воздуха можно шибером 2 или заслонкой вентилятора.
Таблица 12
| Участок модели | Геометрические параметры участка | Номер замера | Расход воздуха на участке Q, м3/ c | Средняя скорость движения воздуха v, м/ c | Величина депрессии на исследуемом участке, мм вод. ст. | Скорость движения воздуха у местного сопротивления v, м / c | Коэффициент местного сопротивления | |||||||
| в начале участка | в конце участка | h ск | h тр | h мс | ||||||||||
| L, м | S, м2 | P, м | ξ i | ξср | ||||||||||
| 2-3 | ||||||||||||||
| 1-5 |
Нужно учесть, что между точками 1 и 5 имеются участки i с разными параметрами крепи. Поэтому величину депрессии, расходуемой на преодоление аэродинамического сопротивления трения, между точками 1 и 5 следует рассчитывать как сумму депрессий, расходуемых на каждом i-ом участке, т.е. h т р 1-5 = Σ h т р i , где h т р i – депрессия, расходуемая на преодоление аэродинамического сопротивления трения на i-ом участке, рассчитывается по формулам (31) и (32); необходимые для расчета геометрические параметры (Si, Pi, Li) принимаются по табл.1 и рис.1, а значения α i – по материалам работы 7 или по указанию преподавателя.
6. Объясните причины различий в значениях ξ 2-3 и ξ 1-5 .
7. Установите зависимость величины коэффициента ξ от продольного калибра крепи Δ. Для этого нужно взять данные о значениях ξ у студентов, выполнивших эту работу на других моделях с иными значениями Δ и графически изобразить зависимость ξ = f (Δ) (аналогично рис.11 ).
8. Оформите и защитите отчет.
Контрольные вопросы
1. Что учитывает коэффициент ξ?
2. От каких факторов зависит величина ξ?
3. Какими мерами можно уменьшить значение ξ?
4. Зависит ли величина сопротивления и депрессии от величины ξ?
5. Можно ли по изложенному плану работы определить значение ξ , если оба шибера модели будут открыты? Обоснуйте Ваш ответ.
6. Можно ли по изложенной методике определить значение ξ 2-3, если расход воздуха изменять шибером 1? Обоснуйте Ваш ответ.
7. Изменится ли значение ξ 1-5, если расход воздуха изменять не шибером 2, а заслонкой вентилятора? Аргументируйте Ваш ответ.
8. Как определить величину местного сопротивления в реальной горной выработке?
9. Зависит ли величина местного сопротивления и коэффициента ξ от скорости движения воздуха?
10. Объясните, на что расходуется скоростная депрессия на участках 2-3 и 1-5?