Файл: Ониани, Ш. И. Тепловой режим глубоких шахт при гидравлической закладке выработанного пространства и сложном рельефе поверхности.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 17.10.2024
Просмотров: 147
Скачиваний: 0
О |
2 |
4 |
6 |
8 10 12 Т , дни. |
Рис 16. График изменения влажности закладки во времени
•
•
I
\
гг
is
••
f
I
|
|
|
|
|
] |
13Ю |
т» |
то |
1600 |
1700 |
isoo £кг/м*- |
Рис. 17. |
Зависимость |
влагонасыщенности |
( ы т а х ) |
закладочного. |
|
50 |
материала |
от объемного веса |
|
||
закладочных работ, значение ее колеблется в пределах 1600— 1900 кг/»!3 и для глубоких ишхт в среднем принимается рав ной 1800 кг/м3 [24, 104].
Основные результаты определения теплофизических свойств закладочных материалов в зависимости от влажности (со) и плотности ( 7 ) представлены на p?ic. 18—21.
В литературе встречается довольно много данных о влия нии влагосодержания .на теплофнзические свойства почв, пес ков, глин и других материалов [98, 142, 144, 174], И все эти данные подчиняются одной, вполне определенной закономер ности: с увеличением влажности материала до некоторой ве личины коэффициенты теплопроводности и температуропро водности неуклонно возрастают.
Однако нами получена несколько иная .картина изменения теплопроводности и температуропроводности с увеличением влагосодержания пород. Как видно из рис. 18, 19 и 21, при малых концентрациях влаги (до 1%) наблюдается заметное уменьшение температуропроводности, а иногда и теплопровод ности. Затем, с увеличением влагосодержания оба коэффици ента начинают расти, и при некотором значении влажности наблюдается уменьшение коэффициента температуропровод ности, в то время как коэффициент теплопроводности испыты вает лишь спокойное постепенное замедление роста [104].
Капиллярно-пористые тела отличаются сложным механиз мом переноса тепла, несмотря на то, что в отличие от анизо тропных тел их теплопроводность является величиной скаляр ной.
В каииллярно^пористых сыпучих материалах роль массопереноса в общем теплообмене предопределяется, главным (Образом, механизмом связи между жидкостью и чаетвдцами твердого тела. Поскольку природа этой связи и ее динамика
при изменении отдельных параметров (температура, порис тость, влагооодержание, давление и др.) окончательно еще не раскрыты, создание достоверной и реальной картины пере распределения влагасодержания в охлаждающем сыпучем ма териале и его влияния на теплообмен со средой си внутри те ла представляет довольно трудную задачу.
52
Некоторое уменьшение температуропроводности (иногда и теплопроводности). при малой .влажности может быть вьгз-
р н с . 19. Изменение безразмерных коэффициентов тепло- и темпера туропроводности с ростом влажности
ван'0 следующим обстоятельством. Рассматриваемые закла дочные материалы, как и всякие сыпучие материалы, харак теризуются сравнительно вышкой пористостью, значение ко торой определяется не наличием и (размерами /пор внутри зерен, а воздушным пространством между частицами твердо го вещества. В начальный период увлажнения, т. е. при малой влажности, влага в норовом пространстве испытуемого ма териала с размерами пор выше 10"5 ом не может находиться
5S
в виде жидкости, а |
существует только в виде пара |
[53—56, |
||
90], Так |
как температуропроводность |
и теплопроводность |
||
водяного |
пара при |
малых парциальных |
давлениях |
меньше, |
чем сухого воздуха, то незначительное увлажнение сыпучего материала должно вызвать некоторое снижение термических
.характеристик |
(а |
и X) |
испытуемого |
образца. Точкам 'миниму |
ма на кривых |
а = |
f (со) |
(см. рис. 18, |
19 и 21), по-видимому, |
(Соответствует такое состояние тела, при котором максималь ное количество влаги находится в образце в виде пара. При дальнейшем увеличении влажности приращение влагосодержания материала происходит за счет появления и увеличе ния вла,пи в виде жидкости. Последующее увеличение влагооодержания сопровождается повышением доли жидкостной влали и снижением влаги в парообразной .форме.
Теплоемкость водяного пара при всех условиях выше теплоемкости сухого воздуха. Поэтому увлажнение сыпуче го материала, независимо от фазового состояния влаги, всег да вызывает повышение его удельной теплоемкости. Харак тер изменения теплопроводности 'Определяется величиной и скоростью изменения температуротроводиости и удельной теплоемкости. Если iB начальный момент увлажнения увели чение удельной теплоемкости происходит -быстрее, чем умень шение температуропроводности, то теплопроводность увеличи
вается |
(в пределах |
изменения влажности от 0 до 2%)- В про |
||||
тивном |
случае |
теплопроводность |
остается довольно стабиль |
|||
ной |
величиной |
или уменьшается |
незначительно |
при |
||
<о= 1 — 1,5%. |
|
|
|
|
|
|
Исходя из |
вышеизложенного, |
можно предполагать, |
что |
|||
начальное незначительное понижение коэффициента тепло проводности при малом влагооодержаиии, а также доводьно четкое понижение коэффициента температуродровсаности объясняются характером изменения доли участия жидкост-
(ной и парообразной -влага в общем влагооодержаиии |
мате |
риала, так как незначительный перегрев образца (At |
= А—2 |
град) исключает возможность сколько-нибудь существенной миграции влаги и перераспределения температуры внутри ис пытуемого материала путем термопрадиентного маосопереноса.
54
В дальнейшем точечные контакты, между частицами су хого материала с воздушными прослойками заменяются бо
лее тесным |
соприкосновением посредством водных |
прослоек |
|||
и с ростам |
влажности происходит резкое |
увеличение |
тепло |
||
проводности |
и температуропроводности материала. При пере |
||||
ходе через предел связанной |
влаги и при наступлении |
облас |
|||
ти капиллярной вдали вода обволакивает каждую |
твердую |
||||
частицу вещества, и при достаточном увлажнении |
образца с |
||||
уменьшением количества воздуха в материале роль |
жидкости |
||||
в теплообмене снижается. |
Происходит |
замедление |
роста |
||
/коэффициента теплопроводности, а также уменьшение коэф фициента температуропроводности с ростом влажности ма териала.
Характер изменения коэффициентов тепло- и темнературшроводностй с ростом влажности для всех исследованных нами материалов примерно одинаков. Для большей нагляд ности все кривые а = /(ш) нанесены на один график (рис. 18). Сдвиг этих кривых вдоль оси ординат в ту или другую сто рону для разных материалов обусловлен лишь значением коэффициента температуропроводности этих материалов при нулевой влажности.
Благодаря этому в безразмерных .координатах удалось (построить характерные 'кривые, приведенные на рис. 19, от ражающие процесс изменения коэффициентов тепло- и темпе
ратуропроводности с ростом влагосодержания. Зная |
величи |
|||||
ну |
коэффициентов |
для сухого материала, с помощью этих |
||||
кривых можно определить значения коэффициентов |
при лю |
|||||
бой |
влажности |
(до |
12%). |
|
|
|
|
Коэффициент теплопроводности Хш при значении |
влажнос |
||||
ти от 0 до 2% |
можно |
определить по выражению [104]: |
||||
|
- Ц - (0,0014ш3 |
+ 0,0548'j)2 -0,0712co+ \)Х%, |
(2.9) |
|||
Г Д Е |
—значение |
теплопроводности |
при нулевой влажности; |
|||
для |
значений влажности от 2 до 12% |
формула, определяющая |
||||
ХЮ[, |
несколько |
изменяется |
|
|
||
|
= (-0,0011со3 + |
0,0153шг + 0,1175ш + 0,8)Ха о . . |
(2.10) |
|||
55
Соответственно, для определения коэффициента температу
ропроводности aa>i при влажностях 0—2% следует |
пользоваться |
|||||
выражением |
|
|
|
|
|
|
аШ ( |
= (0,0133 (Й3 + 0,02 ш 2 - 0,0933 ш + |
l)cf f l f l , |
|
(2.11) |
||
где a<B0 |
—температуропроводность при нулевой влажности; |
и вы |
||||
ражением |
|
|
|
|
|
|
a ( £ > i = ( - 0,0006ш 3 + 0,0042 мя + 0,1192 w -+ 0,75) aM o , |
(2.12) |
|||||
когда a),. == 2—12%. |
|
|
|
|
|
|
Проведенные исследования позволили также построить |
||||||
кривые, |
характеризующие |
изменения |
тегоюфизических свойств- |
|||
^о)0 и аи ,0 в зависимости |
от объемного |
веса |
(плотности) |
сухих |
||
|
|
|
|
• |
/ |
|
|
• о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a |
|
|
|
|
|
• |
. |
|
|
|
|
о |
/ |
|
\-33 |
• |
|
X |
о |
|
|
|
|||
|
|
|
• |
A. |
|
о,4YS5\ |
• |
|
|
||
"(J |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
It |
SO 0 |
1600 uoo |
mo . ffOQ |
me |
|
шо |
|
||||
Рис. 20. Зависимость тепло- и температуропроводно сти сухого (« = 0) закладочного материала от плот
ности
сыпучих материалов (рис. 20). Они могут быть выражены соответственно с помощью формул (для значений плотности в пределах 1300-1900 кг/м3 ):
56