Закон сопротивления. Режим движения воздуха в шахтах. Пограничный слой и его значение

Закон сопротивления выражается зависимостью между депрессией выра­ботки h и средней скоростью движения υ (или расходом Q) воздуха в выработке. Для шахтных условий где R – аэродинамическое сопротивление выработки; n – показатель степени. Движение воздуха по любому каналу может быть спокойным, характеризующимся обычно малыми скоростями, параллельными траекториями частиц и отсутствием обмена объемами между отдель­ными слоями потока, — ламинарным, либо бурным, харак­теризующимся беспорядочным изменением параметров течения во времени и пространстве и беспорядочным перемешиванием между слоями потока, — турбулентным. Определить режим движе­ния воздуха в выработке можно при помощи специального критерия — числа РейнольдсаRе: где и — средняя скорость движения воздуха в выработке; D — гидравлический диаметр выработки; υ — кинематическая вяз­кость воздуха. Число Rе безразмерно. Экспериментально установлено, что в гладких трубах при Rе ≥2300 устойчивым является турбулентное движение, т. е. при этом даже небольшие возмущения потока (внесение в поток постороннего тела, колебания стенки воздухопровода и т. п.) вызывают переход ламинарного движения в турбулентное, причем в дальнейшем движение остается турбулентным даже при устра­нении возмущений. При Rе< 2300 устойчиво ламинарное дви­жение. В шахтных выработках критическое значение числа Rе =1000÷1500. Переход ламинарного движения в турбулентное в отдельной точке происходит почти мгновенно, однако в пространстве между источником возмущения и сечением потока, где движение является полностью турбулентным, лежит переходная область, лишь ча­стично заполненная турбулентными вихрями. В шахтных условиях промежуточные режимы наблю­даются, например, при движении воздуха в выработанном про­странстве, через слой угля в бункерах, через герметизирующие сооружения. Однако даже при вполне развитом турбулентном движении у стенок воздухопровода сохраняется тонкий слой, в пределах которого движение ламинарно. Такой слой называется ламинарным пограничным слоем. При малых числах Rе толщина ламинарного слоя большая и в него оказываются погру­женными все выступы шероховатости (или большинство их). При этом они оказывают минимальное сопротивление потоку. С увеличением числа Rе толщина ламинарного слоя уменьшается, выступы шероховатости внедряются в турбулентное ядро потока, оказывая последнему все возрастающее сопротивление.

73Характеристика вентиляторов. Размерная характеристика вентилятора представляет собой график зависи­мости производительности вентилятора (Q_В, м³/с) от создаваемого им перепада давления (h_B, кгс/м²). Характеристика строится путем аэродинамических испы­таний вентилятора. Вид и форма ее зависят от конструктивных особенностей вентилятора, его размеров, частоты вращения и т. д. На рис приведена типичная характеристика вентилятора. Сплошной линией показан рабочий участок, в пределах которого вентилятор имеет достаточно высокий к. п. д. Пунктиром показаны те части характеристики, работа которых по разным причинам нецелесообразна (низкий к. п. д., неустойчивость и др.). Полная энергия, отдаваемая вентилятором по­току, расходуется на преодоление сопротивления движе­ния воздуха в сети или на участке воздуховода и на соз­дание динамического напора на выходе потока в атмо­сферу; часть ее затрачивается на потери давления в са­мом вентиляторе (внутренние потери давления или де­прессия вентилятора). Как уже отмечалось выше, на движение воздуха в сети затрачивается только статиче­ская депрессия, характеризующая потенциальную энергию потока. Кинетическая энергия, обеспечивающая динамический напор вентилятора, рассеивается в атмо­сфере. Полная депрессия вентилятора так же, как и ста­тическая, не зависит от места расположения вентилятора в воздухопроводе и имеет одинаковые значения как при работе вентилятора на всасывание, так и на нагнетание. Поэтому характеристики вентилятора одни и те же неза­висимо от способа проветривания. Подбор вентилятора для работы на воздухопро­вод с заданными параметрами заключается в том, что на характеристику вентилятора, накладывается построенная в тех же координа­тах и в том же масштабе характеристика сети. Точка пересечения двух кривых (рабочая точка) определит давление и производительность этого вентилятора при заботе в данной сети.