wentylacja I-ściąga, wykłady, wentylacja, Minikowski, egzamin, opracowane pytania


POWIET. KOPALN.

Roztwór powietrza atmosferycznego i gazów wydzielających się w kopalni. Zgodnie z prawem górniczym powietrze powinno zawierać co najmniej 19%(objętościowo)tlenu oraz do 1% CO2. zawartość szkodliwych gazów w powietrzu świeżym: CO-0,0026%, NO2-0,00026, SO2-0,00075, H2S-0,0007, CH4-0,5. W praktyce powietrze kopalniane jest powietrzem wilgotnym. Woda w powietrzu może być w trzech stanach skupieniu (lotny, ciekły, stały). Parametrem stanu wilgotnego powietrza jest zawartość wilgoci

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic
DYSSYPACJA ENERGII W ISTNIEJĄCEJ BOCZNICY SIECI. Wychodząc z równania 0x01 graphic
można wyprowadzić równanie różniczkowe char. przepływ powietrza w bocznicy sieci wentylacyjnej

0x01 graphic
lfv- dyssypacja energii (praca tarcia) na 1m3 powietrza o gęstości ρn=1,2 kg/m3 przy czym dlfvn dlf oraz lfvn lf ; ρn- średnia gęst. Masy pow. w bocznicy sieci. Całkując równanie wzdłuż zmiennej s od przekroju przepływu d do przekroju wypływu w otrzymujemy wzór przybliżony na dyssypację energii mechanicznej w bocznicy sieci

0x01 graphic
pd,pw- ciśnienie (stat. bezwzgl.) w przekroju dopływu i wypływu,

ww,wd- średnie prędkości w tych przekrojach, zd zw- wysokości (niwelacyjne) środków tych przekro,

ρm- śr. gęst. m. pow.0x01 graphic

Zazwyczaj dyss. energii mechanicznej wyrażamy w J/m3, tj. jako pracę tarcia przypadającą na 1m3 powietrza o gęst. średniej ρm w bocznicy sieci aktywnej.

0x01 graphic
przy czym lfvm lf . wzory :

0x01 graphic
nadają się do stosowania tylko wtedy, gdy można zmierzyć ciś.pow pd,pw oraz prędkość wd,ww tj. w kopalni istniejącej.

OPÓR SIECI I DYSSYPACJA ENERGII W BOCZNICY PROJEKTOWANEJ. Jeśli w bocznicy sieci wentylacyjnej występuje ustalony stan dynamiczny i termiczny, to prędkość średnia powietrza w dowolnie obranym przekroju poprzecznym tej bocznicy jest wielkością niezmienną, niezależną od czasu(wm=w=idem) przepływ burzliwy uważa się wówczas za ustalony. W wyrobisku górniczym główną składową oporu przepływu powietrza jest tarcie powietrza o ściany tego wyrobiska. Chropowatość ścian wyrobis gór. Wpływa w sposób zasadniczy na wartość oporu tarcia. Jeśli chropwat. ścian jest większa od grubości warstwy przyściennej to następuje wzrost tarcia cząstek powietrza o ściany wyrobiska i zwichrzenie zewnętrznych linii prądu powietrza. Podczas tego przepływu jednostkowa praca tarcia dl jest wyrażona równaniem Darcy'ego - Weisbacha. 0x01 graphic

λf- liczba oporu bocznicy sieci wentylacyjnej,

De- średnia równoważna bocznicy sieci, gdzie:

0x08 graphic
0x01 graphic
0x01 graphic

0x01 graphic

przy zależności dlfvndlf , lfvnlf wynika wzór

0x01 graphic

wielkość zdefiniowaną wzore

0x01 graphic
nazywamy współcz. oporu właściwego. Opór właściwy jest natomiast dany wzorami:

0x08 graphic
0x01 graphic
0x01 graphic

kojarząc wzory dlfv i rf to

0x01 graphic
, po całkowaniu otrzymujemy :

0x01 graphic
; gdzie L= sw-sd (dług. wyrobiska)

między oporem właściwym bocznicy rf a oporem właściwym tej bocznicy zachodzi zależność Rf=rfL wielkość zdefiniowana przez wzór 0x01 graphic

jest nazywana oporem normalnym bocznicy sieci wentylacyjnej. Kojarząc wzór

0x01 graphic
i0x01 graphic

uzyskujemy zależność

0x01 graphic
umożliwiającą wyznaczenie dyssypacji energii w bocznicy sieci aktywnej. Ze wzorów wynika że znając współcz. Oporu właściwego α wyrobiska, jego długość (sw-sd) pole przekroju poprzecznego A i obwód B opór właściwy tego wyrobiska Rf możemy wyznaczyć z zależności

0x01 graphic

PRAWO DLA WĘZŁÓW SIECI WENTYLACYJNEJ

I prawo Kirchhoffa

Suma strumieni masy dopływających do węzła powinna być równa sumie masy wypływającej z tego węzła.

0x01 graphic
DLA OCZEK SIECI WENTY

II prawo Kirchhoffa

Dla sieci pasywnej - suma algebraiczna dyssypacji energii i algebraiczna suma dyssypacji w oporach lokalnych w danym oczku powinna być równa algebr sumie spiętrzeń całkowitej energii wentylatorów działających w tym oczku.

0x01 graphic

Dla sieci aktywnej - suma algebraiczna dyssypacji energii i algebraiczna suma dyssypacji w oporach lokalnych w danym oczku powinna być równa algebr sumie spiętrzeń całkowitej energii wentylatorów i algebr sumie lokalnych depresji działających w tym oczku.

0x01 graphic

Sieć aktywna - to taka sieć w skład której wchodzi choć jedna bocznica źródłowa. W tej sieci rozróżnia się dwa rodzaje bocznic. Bocznica pozioma - nie występuje w niej lokalna depresja naturalna. Bocznica nie pozioma - występuje lokalna depresja naturalna.

Depresja naturalna - praca wszystkich czynników naturalnych(zmiany cieplne w prądzie powietrza zmiana składu powietrza kopalnianego) odniesiona do 1kg lub 1m3 pow. Jest ona równoznaczna takiej samej depresji mechanicznej przy której przez to samo wyrobisko płynie taki sam wydatek powietrza jak w działaniu depresji naturalnej. Występuje też ona gdy pracuje wentylator w kopalni.

RODZAJE PRZEPŁYWÓW

Laminarny(uwarstwiony) - przepływ spokojny powolny i warstwowy. Oddzielne warstwy powietrza przesuwają się równolegle do osi wyrobiska i względem siebie i nie mieszając się między sobą. Turbulętny(bużliwy) - cechuje ustawiczne przemieszczanie się jednych części prądu powietrza względem drugich wskutek czego powstają ciągłe chaotyczne zaburzenia.

RODZ. SIECI WENTYLAC (SYSTEMY PRZEWIETRZE)

Nie rozgałęzione i rozgałęzione ( proste- normalne(ściśle rozwiązalne) i przekątne(ści roz)

złożone- normalne(ściś. rozwią)

przekątne(ściś. rozwiązalne)

System przewietrzenia składa się z elementów którymi są źródła depresji oraz tamy wentylacyjne i bocznice które mogą być normalne lub przekątne. Bocznica normalna- to taka w

której kierunek prądu nie zależy od oporu bocznic sąsiednich. Bocznica przekątna - kierunek zależy od oporu bocznic sąsiednich.

ROZTWORY GAZOWE

Doprowadzenie do zetknięcia się 2 lub więcej różnych czynników termodynamicznych powoduje mieszanie się ich drobin. W technice ma się do czynienia z roztworami gazow. Pr.Daltona

0x01 graphic
Skład roztw. gaz. można określić 3 sposobami: za pomocą udziałów objętościo, masowych, kilogramowych.

Udział objętościowy 0x01 graphic

Vi- obj. skł. pod ciś. p i w temp. T zwana objęt. składnikową

V - obj. roztworu w tych samych warunkach termicznych,

Po skojarzeniu wzoru 0x01 graphic
z zależnością

0x01 graphic

i po uwzględnieniu zależności ri otrzymujemy pi= ri p wynika z tego że ciś. składnikowe pi dowol skład. w roztworze gaz równa się iloczynowi jego udziału objętościow. ri i ciś. roztworu p.

Udział masowy 0x01 graphic

mi - ilość masy składnika, gdzie m= m1+m2+....+mn=0x01 graphic

oznacza całkowitą masę roztwor.

Ponadto zachodzi zależność:

0x01 graphic

co oznacza że suma udziałów kilogramowych jest równa jedności.

Udział kilogramowy jest to stosunek ni (kmol) składnika do całkowitej ilości n (kmol) roztworu 0x01 graphic
suma udziałów molowych jest równa 1

Dla i-tego składnika roztworu równanie pV=mRT ma postać:

0x01 graphic
podzieleniu mamy0x01 graphic
który jest równoważny z równaniem 0x01 graphic
ponieważ

0x01 graphic

to 0x01 graphic

Mi,Ri- masa drobinowa i stała gazowa roztworu. Powyższe równanie umożliwia przeliczenie udziałów masowych na objętościowe i przeciwnie. Przy stosowaniu równ pV=n(MR)T do i-tego składnika roztworu mamy: piV=ni(MR)T z podzielenia przez równanie wcześniejsze wynika:

0x01 graphic
czyli 0x01 graphic
co oznacza że udział objętościowy i molowy składnika w roztworze gazów doskonałych lub półdosko wyraża ta sama liczba.

GAZ DOSK. I PÓŁDOSK.

Gaz doskonały to taki gaz w którym cząstki to doskonałe sprężyste kulki w ciągłym chaotycznym ruchu, zderzające się między sobą i ze ściankami zbiornika, nie ma oddziaływań między nimi z wyjątkiem przekazu energii podczas zderzeń zaniedbuje się objętość cząstecze śr. energia kinetyczna cząstek jest bezpośrednią miarą temp. i gazu. pv=RT R- indywidualna stała gazowa, zależna tylko od rodzaju gazu, przy czym

0x01 graphic

to rów. CLAPEYRONA po pomnożeniu obu stron przez liczbę kg (m) i uwzględnieniu związku V=mv otrzymujemy rów. dla całk. Objęt. gazu pv=mRT wzoru nie można stosować dla gazów o wysokim ciśnieniu lub temp. w której można je skroplić. Iloczyn stałej gazowej i masy cząst. każdego gazu doskonałego i półdoskonał ma jednakową wartość -uniwersalna stała gazowa (MR)=8314,51J/(kmol•K)

mnożąc pn=RT przez masę drobinową p(Mv)=(MR)T

mnożąc przez liczbę n kmoli gazu p(nMv)=n(MR)T ponieważ m=nM to pmv=n(MR)T po uwzględnieniu wzoru V=mv mamy pV=n(MR)T jest to uniwersalne równanie stanu gazów doskonałych i półdosk

WŁ. KOP. SIECI WENTYL.

Kop sieć wentyl. w której występ ustalony stan termiczny i dynamiczny ma właściwości: 1.Strumień masy w szczelnej bocznicy sieci jest wielkością niezmienną, niezależną od miejsca w tej bocznicy m=idem,

2.Strumień masy w szczelnym oczku bezwęzłowym sieci jest wielkością niezmienną niezależną od miejsca w tym oczku m=idem.

3.Strum. masy w bocznicy nieszczelnej jest wielkością zmienną zal. od miejsca w twj bocznicy m=var

4.Strum. masy w oczku węzłowym sieci jest wielk. zmienną zależną od miejsca w tym oczku m=var

5.Wysokość niwelacyjna „z” jest wielkością zmienną zależną od miejsca w sieci wentylacyjnej z=var

6. Różnica ciśnień powietrza na różnych wysokościach są tak duże że wskutek ściśliwości Gęstość powietrza jest wielk. zmienną zależną od miejsca w sieci wentylacyjnej ρ=var

7. Skład chemiczny powietrza i jego masa drobinowa w kopalnianej sieci wentyl. zależą od miejsca w sieci wentylacyjnej M=var

GĘSTOŚĆ 0x01 graphic

Ciężar właściwy-stosunek ciężaru ciała do jego objętości

0x01 graphic

Ciśnienie 0x01 graphic

WYKRES h-X MOLLIERA

Na wykresie entalpia jest określona dla mieszaniny 1kg powietrza suchego oraz X kg pary wodnej według wzoru

0x01 graphic
Osie wykresu tworzą ze sobą kąt 135o. Na wykresie naniesione są siatki linii X=idem, h=idem, t=idem, ϕ=idem. Linia ϕ=1 jest najważniejszą linią stałej wilgotności względnej. Linia ta dzieli wykres na dwie części. Powyżej mamy powietrze nie nasycone wilgocią (para wodna przegżana). Poniżej leży obszar mgły. Na krzywej nasycenia są podane wartości temp. mokrej, przy czym w punkcie przecięcia z krzywą nasycenia t=tϕ (temp. punktu rosy).

ZASADA ZACHOWANIA ILOŚCI MASY. Dla układu w stanie nieustalonym równanie bilansu materialnego ma postać

0x01 graphic

w odniesieniu do nm3 gazu uzyskuje się równanie

0x01 graphic

jeżeli układ znajduje się w stanie ustalonym to przyrost masy tego układu jest równy zeru

0x01 graphic
, 0x01 graphic

masa strumienia 0x01 graphic

w przekroju dopływowym (d) układu równa się masie 0x01 graphic
w przekroju wypływowym (w) tego układu tj

0x01 graphic
i 0x01 graphic

wynika z tego że dla przepływu ustalonego jednowymiarowego w przewodzie szczelnym zachodzi zależność; 0x01 graphic
lub 0x01 graphic
0x01 graphic
- strumień objętości czynnika i jego gęstość,

0x01 graphic
strum. objętości gęstoś

s - współrzędna bieżąca

PRZEP. POW. W BOCZNICY SIECI WENTYL RÓWNANIE PRZEPŁYWU. Z równania I zasady termodynamiki. 0x01 graphic

Otrzymujemy 0x01 graphic
po uwzględnieniu zależności

0x01 graphic
wynika

0x01 graphic
przyjmując że (dw2)=0 mamy

0x01 graphic
gdy dq+dqf=dqc ; dqc=dh-vdp to

0x01 graphic

wobec tego otrzymujemy

0x01 graphic
gdy dlf=dqf oraz dzieląc przez ds

uzyskujemy równanie różniczk

0x01 graphic
jest to równanie ruchu gazów rzeczywistych w szczelnych przewodach w których nie występują opory lokalne i źródła energii. Jeżeli występuje opór miejscowy ienergia mechaniczna

0x01 graphic
gdzie

0x01 graphic
- dystrybucje delta Diraca

0x01 graphic
- współrzędne bieżąca, oporu miejscowego i wentylatora.

OPÓR BOCZNICY SIECI

Znając współczynnik oporu właściwego 0x01 graphic
wyrobiska, jego długość(sw-sd) pole przekroju poprzecznego A i jego obwód, opór właściwy tego wyrobiska możemy wyznaczyć z zależności

0x01 graphic

znając liczbę oporu 0x01 graphic
wyrob. gór jego długość pola przekroju poprzecznego A i obwód B opór właściwy Rf wygląda tak

0x01 graphic

opór właściwy możemy także wyznaczyć korzystając z oporu stumetrowego odcinka wyrobiska

0x01 graphic

między współczynnikiem oporu właściwegoαf wyrobiska górniczego jego polem przekroju A obwodem B i oporem właściwym 100 rf stumetrowego odcinka zachodzi relacja:

0x01 graphic

Między liczbą oporu 0x01 graphic
wyr. Gór a współczynnikiem oporu 0x01 graphic
tego wyrobiska zachodzi związek

0x01 graphic

DYSSYPACJA ENERGII W OPORZE MIEJSCOWYM.

Gdy w wyrobisku gór. Występuje opór miejscowy np. tama dławiąca to dyssypację energii możemy wyznaczyć z

0x01 graphic
Wychodząc z wymienionego równania przyjmujemy że:

0x01 graphic
i 0x01 graphic

więc równanie ma postać

0x01 graphic

przyjmujemy że ρ=ρm=idem i całkujemy równanie

0x01 graphic

gdze 0x01 graphic

ρm- średnia gęstość masy pow. w oporze miejscowym między przekrojami dopływu i wypływu.

Gdy wysokości niwelacyjne zd i zw są jednakowe i prędkości średnie powietrza w tych przekrojach są równe to

0x01 graphic

w kopalni projektowanej dyssypacje energii można wyznaczyć z

0x01 graphic

0x01 graphic
liczba oporu miejscowego

0x01 graphic
prędkość średnia

PRACA TECH. WENTYLAT.

Rozważając pracę wentylatora i przyjmując że

0x08 graphic
0x01 graphic
0x01 graphic

to równanie ruchu gazów jest

0x01 graphic
0x01 graphic
gdzie 0x01 graphic

po całkowaniu

0x01 graphic

zakładając że wd=ww , zd=zw oraz ρmn to wielkości Δp=ltv ma postać Δp=pw - pd nazywa się spiętrzeniem statycznym wentyla

0x01 graphic
to spiętrzenie całkowite wentyl

0x01 graphic
spiętrzenie całkowitej energii wentylatora

DEPRESJA NATURALNA

Miarą depresji naturalnej wynikającej z niejednorodności gęstości powietrza kopalnianego generowanej w oczku sieci jest pole obiegu termodynamicznego

0x08 graphic
0x01 graphic

Elementarna depresja naturalna

0x01 graphic

v- obj. właściwa powiet. =1/ρ

vs - obj. właściwa powietrza

biorąc pod uwagę ciśnienie i objętość właściwą można napisać równanie Poissona w postaci

0x01 graphic

równanie to jest równaniem adiabaty odwracalnej przechodzącej przez przekrój dopływu (0) powietrza do kopalni. W równaniu tym κ=1,4 jest przybliżonym współczynnikiem adiabaty powietrza wilgotnego. Po założeniu 0x01 graphic

otrzymujemy wzór na depresję naturalną w 0x01 graphic
POTENCJAŁ AERODYNAMICZNY POWIETRZA KOP.

Potencjał ten wyprowadza się

0x01 graphic
przedstawionego w postaci

0x01 graphic
odejmując od obu stron

0x01 graphic

otrzymujemy 0x01 graphic

oraz

0x01 graphic
wychodząc ze wzorów

0x01 graphic

0x01 graphic

otrzymujemy wzór na potencjał aerodynamiczny

0x01 graphic



Wyszukiwarka