Файл: Практикум санктпетербург 2003 Министерство образования Российской Федерации.doc

Работа 9. Исследование аэродинамического сопротивления сети горных выработок

Цель работы: изучить и оценить различные виды аэродинамического сопротивления выработок модели, получить практические навыки в определении реальной величины сопротивления сети горных выработок, изучить методику использования уравнения Бернулли для натурных условий.
Общие сведения
Уравнение Бернулли применительно к используемым аэродинамическим установкам имеет вид (8). Объектом исследования в данной работе является вся сеть выработок модели между точками 0 и 8, поэтому уравнение (8) можно записать в форме
h _{ст 0-8} + h _{ск 0-8} = h _{сопр 0-8} (38)
Величина h _{сопр 0-8} слагается из потери давления на преодоление сопротивления входа в коллектор модели h _{вх ,} на преодоление всех местных сопротивлений Σ h _мс , а также на преодоление аэродинамического сопротивления трения Σ h _тр на всем пути движения струи от точки 0 до 8, т.е. уравнение (38) можно записать в форме
h _{ст 0-8} + h _{ск 0-8} = h _вх + Σ h _мс + Σ h _тр = RQ ² , (39)
где: R-общая величина аэродинамического сопротивления, учитывающего все его виды в рассматриваемой сети выработок;

Q – количество воздуха, проходящего через эту сеть.
План работы
1. Освежите теоретические знания об аэродинамическом сопротивлении горных выработок и видах этого сопротивления.

2. Вспомните устройство аэродинамической установки и правила измерения депрессии в ее точках.

3. Подготовьте табл. 3.

4. Исследуйте сопротивление верхней ветви модели (0-1-2-3-4-8).Для этого выполните следующие действия.

4.1. С помощью двух микроманометров или микроманометра и тягомера одновременно измерьте статическую депрессию на участках 0-1 и 0-8. При измерениях шибер 1 должен быть полностью открыт, а шибер 2 – полностью закрыт. При наличии одного прибора депрессию на обоих участках можно измерять последовательно, но при неизменном положении шиберов. Исходные данные и результаты этих замеров занесите в табл.3.

4.2. По формуле (20) определите потерю давления на преодоление сопротивления входа h

---

_вх и рассчитайте величину сопротивления входа
R _вх = h _вх / Q ² (40)
4.3. По формуле (28) определите среднюю скорость движения воздуха перед каждым из трех поворотов (на участках 2-3 и 4-8) и в сечении, где расположена точка 8 (значения S принимаются из табл.1).

4.4. По формуле (35) определите сопротивление каждого из трех поворотов R _{мс i} Значения коэффициента местного сопротивления ξ примите по результатам работы 8. При этом значения ξ для двух первых поворотов на верхней ветви можно принять одинаковыми, а для третьего поворота – равным ξ для поворота на участке 1-5. При закрытом шибере 2 сопротивлением проходу воздуха на участке 1-2 мимо сопряжения с нижней ветвью можно пренебречь.

Определите суммарную величину сопротивления трех поворотов R _мс = Σ R _{мс i} и потери давления на преодоление этого сопротивления: Σh _мс = R _мс Q ²

4.5.Определите скоростную депрессию на участке 0-8:
h _{ск 0-8} = γ(v₀² – v₈²) / 2 g (41)
4.6. Определите суммарную потерю давления Σ h _тр на преодоление аэродинамического сопротивления трения на всем пути движения воздуха между точками 0 и 8 (по пути 0-1-2-3-4-8) и величину этого сопротивления R _тр. Депрессия трения каждого i-участка определяется с учетом формул (31) и (32), при этом необходимые для расчета геометрические параметры (S_i, P_i, L_i) принимаются по табл.1 и рис.1, а значения α _i – по материалам работы 7 или по указанию преподавателя.
Σ h _тр = h _{тр 1-2} + h _{тр 2-3} + h _{тр 3-4} + h _{тр 4-8}
R _тр = Σ h _тр / Q ²
4.7. Определите общее аэродинамическое сопротивление установки при закрытом шибере 2, т.е. при движении воздуха по пути 0-1-2-3-4-8.

R = R _вх + R _мс + R _тр
Контроль правильности замеров и расчетов:
R = (h _{ст 0-8} + h _{ск 0-8} ) / Q ²
5. Исследуйте сопротивление нижней ветви модели (по пути 0-1-5-6-8). Для этого выполните те же действия, что и в пункте 4, но при полностью закрытом шибере 1 и полностью открытом шибере 2.

6. Результаты замеров и расчетов сведите в табл.13.

Таблица 13

Исследуемый объект	Величина и знак депрессии			Расход воздуха Q, м3/ c	Величина аэродинамического сопротивления (общего и по видам)
					R		R вх		R мс		R тр
	h ст 0-1	h ст 0-8	h ск 0-8
					кμ	%	кμ	%	кμ	%	кμ	%
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
Верхняя ветвь						100
Нижняя ветвь						100

---

7. Оформите и защитите отчет.
Контрольные вопросы
1. Чем отличается фактор микроманометра от фактора тягомера?

2. Как изменятся показания тягомера, если вместо спирта в нем использовать воду?

3. На что расходуется энергия воздушного потока (депрессия) на участках 0-1, 2-3, 3-4?

4. Какой знак имеет скоростная депрессия h _ск на участках 0-8, 0-5, 5-6, 6-8 и почему?

5. Объясните причины различия величины сопротивления (общего и его видов) верхней и нижней ветви.

6. Различается ли сопротивление входа в модель R _вх для верхней и нижней ветви?

7. Можно ли исследовать сопротивление каждой из ветвей по предложенной методике, если оба шибера будут открыты?

8. Уменьшится или увеличится общее сопротивление модели, если открыть оба шибера? Почему?

9. В какой ветви модели расход воздуха больше и почему?

10. Депрессия h _{ст 0-8} больше при движении воздуха по верхней или по нижней ветви? Почему?

11. Депрессия h _{ст 0-1} больше при движении воздуха по верхней или по нижней ветви? Почему?

12. Какой вид сопротивления в модели преобладает?

---

Работа 10. Исследование аэродинамического сопротивления вентиляционного окна

Цель работы: оценить величину сопротивления окна, ее зависимость от площади окна и влияние окна на общее сопротивление сети или ее участка.
Общие сведения
В аэродинамических установках вентиляционные окна предусмотрены в каждой из ветвей. Площадь сечения этих окон можно изменять с помощью соответствующих шиберов. При полностью открытом шибере площадь окна S_ок равна площади выработки S, в которой окно предусмотрено; при полностью закрытом шибере S_ок=0.

В первом случае окно не создает сопротивления движению воздуха, т.е. R_ок = 0, во втором случае R_ок = ∞ и движение воздуха через окно невозможно (при отсутствии подсосов). Таким образом, меняя шибером площадь окна от 0 до S, можно менять его сопротивление от ∞ до 0.

Окно представляет собой местное сопротивление, поэтому, меняя его величину, мы меняем общее сопротивление сети выработок R_о и, следовательно, меняем количество воздуха Q, поступающего в эту сеть.

Объектом исследования в настоящей работе является вся сеть выработок модели от точки 0 до точки 8, т.е. участок модели 0-8. Для этого участка уравнение Бернулли (8) можно записать в виде
h _{с т 0-8} + h _{с к 0-8} = h _{сопр 0-8} = (R+R_ок)Q² = R_oQ² (42)
где: R- сопротивление исследуемой ветви модели при полностью открытом шибере, т.е. при сопротивлении окна R_ок = 0; R_o- общее сопротивление исследуемой ветви с учетом сопротивления окна, т.е. при неполностью открытом шибере и R_ок > 0; Q- расход воздуха в исследуемой ветви модели.

Из уравнения (42) может быть найдена величина общего сопротивления исследуемой ветви и величина сопротивления окна
R_o = (h _{сопр 0-8} ) / Q² (43)
R_ок = R_o – R (44)
План работы
1.Освежите теоретические знания об аэродинамическом сопротивлении горных выработок и отрицательном регулировании количества воздуха; изучите общие сведения к настоящей работе.

---

2. Вспомните устройство аэродинамической установки и правила измерения депрессии в ее точках.

3. Подготовьте табл.3.

4. Исследуйте сопротивление окна в верхней ветви модели. Для этого выполните следующие действия.

4.1. Измерьте статическую депрессию на участках 0-1 и 0-8 при полностью закрытом шибере 2 и четырех различных положениях шибера 1:

-полностью открытом (S_ок = S);

-прикрытом наполовину ( S_ок = 0,5S);

-прикрытом на 3/4 ( S_ок = 0,25S);

-прикрытом на 7/8 ( S_ок = 0,125S);

При наличии одного прибора каждую пару замеров можно выполнять последовательно. Исходные данные и результаты всех четырех пар измерений занесите в табл.3.

4.2. Для каждого из четырех положений шибера определите

-количество воздуха Q, поступающего в коллектор установки (формулы 22 и 23);

-среднюю скорость v₈ движения воздуха в сечении, где расположена точка 8 (формула 28);

-величину и знак скоростной депрессии на участке 0-8 (формула 41);

-величину депрессии h _{сопр 0-8,} затрачиваемой на преодоление всех сопротивлений движению воздуха между точками 0 и 8 (формула 42);

-величину общего аэродинамического сопротивления R_о исследуемой ветви (формула 43);

-величину аэродинамического сопротивления окна R_ок по формуле (44), имея в виду, что при полностью открытом шибере R_ок=0 и R_о=R.

Исходные данные и результаты расчетов занесите в табл.14.

5. Исследуйте сопротивление окна в нижней ветви модели. Для этого выполните все замеры, расчеты и действия, указанные в пункте 4, но при полностью закрытом шибере 1 и четырех различных положениях шибера 2, аналогичных положениям шибера 1 в пункте 4.1.

6. Оформите и защитите отчет.
Таблица 14

Исследуемая ветвь модели	Sок / S	Величина депрессии в мм вод. ст. и ее знак				Q, м3/ c	Величина сопротивления в киломюргах
		h ст 0-1	h ст 0-8	h ск 0-8	h сопр 0-8		R	Rо	Rок
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Верхняя	1 0,5 0,25 0,125 01
Нижняя	1 0,5 0,25 0,125 01

---