Файл: Шемаханов, М. М. Основы термодинамики и кондиционирования рудничной атмосферы учебник.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 19.10.2024
Просмотров: 123
Скачиваний: 0
внутри труб, осуществляется при обтекании их наружной поверх
ности теплоносителем.
П о п е р е ч н о е о б т е к а н и е т р у б ы . При поперечном об текании теплоноситель, обтекая трубу, разделяется на две струи, а за трубой создается вихревое движение потока. На поверхности трубы, вследствие различного характера обтекания, теплоотдача значительно изменяется по окружности. В передней части наблю дается плотное обтекание и образование ламинарного погранич ного слоя, ухудшающего теплообмен в задней части трубы (по потоку), вследствие завихрений коэффициент теплоотдачи повы шается.
Средний коэффициент теплоотдачи в этом случае определяется
из критериального уравнения |
|
|
|
|
|
Nux = cR eZ P ^ 8( ^ |
- J ’25. |
(!60) |
|
Причем для Re,K= 8-M 03 с = 0,59 |
и |
т = 0,47, |
а для Иеж = |
|
103-f-2-105 с= 0,21 |
и т = 0,62. |
|
|
|
Если имеются |
пучки труб, то |
коэффициенты |
теплопередачи |
|
рассчитывают по |
критериальным уравнениям, в |
зависимости от |
||
расположения труб и направления потока.
Коэффициенты теплоотдачи от стен шахтных выработок к воздуху
Институт технической теплофизики АН УССР дает следующую обобщенную зависимость для определения коэффициентов тепло отдачи от стен шахтных выработок к воздуху [22]:
|
|
Nu = 0,0195eRe°i8, |
(161) |
|
где б — коэффициент, |
учитывающий влияние шероховатости. |
|||
Формулу (161) |
для практических расчетов приводят |
к виду |
||
|
|
а = 2 |
е(1)° , у , 8ро,2 |
(162) |
|
|
р0,2 |
||
|
|
|
|
|
или |
|
Р(?0,8р0.2 |
|
|
а |
= |
|
(162а) |
|
2 -— -----, ккал/(м2 •°С •ч), |
||||
где со — скорость воздуха в выработке, м/с; Р — периметр, м;
F — площадь сечения выработки, м2; G — расход воздуха, кгс/ч;
у— удельный вес воздуха (возрастающий с глубиной), кгс/м3
Коэффициент е выбирается по табл. 8.
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
8 |
|
|
|
|
|
|
|
Значение е для |
|
|
|
О тносительные р азм е |
С остояни е стен выработки |
относительно |
стенки |
с ш ер о |
стенки с ш еро |
||||
ховатостью |
ховатостью |
||||||||
ры крепи |
|
|
|
гладкой стенки |
4 — |
= о , 0 3 |
Д |
0 ; 0 5 |
|
|
|
|
|
|
вы работки |
- ----------- |
|||
|
|
|
|
|
экв |
|
ЭКВ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
без крепи |
1,0 |
1.65 |
1.75 |
|
|||
|
|
s |
- |
14 |
1,85 |
2,10 |
2,20 |
|
|
|
|
— v— |
|
||||||
|
|
“кр |
|
|
|
|
|
|
|
*кр |
0,06 |
S |
= |
7 |
2,00 |
2,20 |
2,30 |
|
|
|
—7---- |
|
|||||||
|
|
^кр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S |
3,5 |
2.15 |
2.40 |
2.50 |
|
||
|
|
^кр |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S |
|
14 |
2.15 |
2.40 |
2.50 |
|
|
|
|
^кр |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S |
= |
7 |
2,30 |
2,50 |
2,60 |
|
|
|
|
^кр |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
•*кр |
0,09 |
S |
= |
3,5 |
2,50 |
2.65 |
2.75 |
|
|
|
^кр |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S |
= |
14 |
2,40 |
2,70 |
2,85 |
|
|
|
|
dкр |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 0,12 |
s |
= |
7 |
2,60 |
2,85 |
2,95 |
|
|
|
^кр |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-^кр |
= |
3,5 |
2,8 |
3,00 |
3,10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица составлена для стоек крепи круглой формы; при стойках квадратной формы приведенные в таблице значения сле дует увеличить на 8%. В таблице приняты следующие обозначе ния: А — высота выступов шероховатости; d9IiB— внутренний экви-
„ 4F |
. |
валентный диаметр канала, равный |
; акр— диаметр крепи; |
s — шаг крепи.
Для облегчения расчета можно пользоваться номограммой, приведенной в работе [22].
Для мокрых шахт вследствие испарения влаги с поверхности выработок, улучшающего отвод тепла воздухом, вводится при веденный коэффициент теплоотдачи апр, учитывающий также и массообмен р,
Р (Рс |
— Рв) г |
(163) |
toj |
tв |
|
133
где |
а — определяется по предыдущей формуле; |
|
|
|
|
|
|||||
|
Р — коэффициент массоотдачи |
(коэффициент |
испарения), |
||||||||
|
кгс/(м2-ч-мм рт. ст.), по рекомендации акад. А. Н. Щер- |
||||||||||
|
баня |
[22] р следует принимать для |
стволов |
0,01, для |
|||||||
|
капитальных откаточных выработок 0,015; для лав 0,03; |
||||||||||
|
р с — парциальное давление |
насыщенного |
пара |
в |
воздухе |
||||||
|
при температуре стенки мм рт. ст.; |
|
|
|
|
|
|||||
|
рв — парциальное давление пара в воздухе мм рт. ст.; |
|
|||||||||
|
г — теплота парообразования, |
принимается |
580 |
ккал/кгс; |
|||||||
|
tG— температура стенки, 0 С; |
|
|
|
|
|
|
||||
|
tB— температура воздуха по сухому термометру. |
|
|
|
|||||||
При прикидочных расчетах принимают |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
апр = а + |
1,ЗРг, |
ккал/(м2 •°С •ч). |
|
|
|
|
|
|
При аПр>30 температура стенки |
практически |
не |
отличается |
||||||||
от температуры воздуха. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Пр и м е р |
[22]. |
Определить |
коэффициент |
теплоотдачи |
для |
выработки |
сече |
||||
нием |
F = 6,3 |
м2 и |
периметром |
Р = 10 |
м при скорости |
воздуха |
<в = 3 |
м/с. |
|||
Р е ш е н и е .
Удельный вес у для данной температуры воздуха равен 1,25 кгс/м3, а е при нимаем по таблице шероховатых стенок, в этом случае е=2,2.
Таким образом, по формуле (162)
2,2 |
•З0'8 ■1,25°’8 • 10°-2 |
|
|
а = 2 -------------------------- |
--------------- = 9,2 ккал/(м3 •°С •ч). |
|
|
|
6,3°'3 |
|
|
Если учесть испарение влаги, то, принимая [3=0,015 и |
Р с — Рв |
, 3 , по |
|
|
|||
^ст
приближенной формуле получаем
апр = 9,2 -[- 1,3 •0,015 •580 = 20,5 ккал/(м2 •°С •ч).
Поток вентиляционного воздуха, передвигаясь по выработкам, соприкасается с поверхностью нагретых горных пород и воспри нимает тепло от них. При этом происходит конвективный про цесс теплообмена.
Остановимся на упрощенной методике расчета изменения тем пературы потока воздуха при движении по выработке, предло женной Л. Сухан [20].
Из уравнения Ньютона (146) получим
Q = aF' (tu0р — t) т, ккал,
где (пор— температура породы, ° С; |
|
|
|
|
t — температура воздуха °С; |
|
|
|
|
F' — поверхность теплообмена, м2; |
|
|
||
а ■— коэффициент теплоотдачи |
от породы |
к |
воздуху; |
|
ккал/(м2-° С- ч); |
|
|
|
|
х — время |
передачи тепла от |
поверхности |
пород |
к воз |
духу, |
ч. |
|
|
|
134
Количество тепла, отдаваемого в течение часа на участке дли ной dx,
dQ = ct (tBop — t) Pdx,
где P — периметр горной выработки на участке длиной dx.
При этом температура воздуха изменяется на dt. Количество
тепла, воспринимаемого воздухом, |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
dQ = Gcpdt. |
|
|
|
||||
Из условий теплового баланса |
|
|
|
|
||||||
|
|
Gcpdt = |
a (tnop.— t) Pdx, |
|
||||||
откуда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
; |
|
|
|
aPdx |
|
|
dt |
|
|
|
|
|
|
|
Gcp |
|
|
^пор |
^ |
|
|
|
При |
постоянной |
температуре |
^пор и |
неизменном |
|
|||||
после интегрирования имеем |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
Г |
a Pdx |
|
_ Г |
dt |
|
|
||
|
|
J |
Gcp |
|
|
J |
^пор |
^ |
|
|
|
а Рх |
= |
|
, |
,, |
|
|
+ С, |
|
|
|
|
„ |
|
1п(/пор — t) |
|
|||||
т. е. |
Gcр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
аР х |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
In- |
^пор |
t |
|
|
||
|
|
|
Gc„ |
|
|
|
|
|
||
Константа С определяется из условий при х = 0 и t = t\ |
(t\-— на |
|||||||||
чальная |
температура |
воздуха |
|
при входе в выработку). Поэтому |
||||||
|
|
|
о-Р х____j |
|
^ п о р ~ |
G |
|
|
||
|
|
|
Gcг |
|
|
|
^пор |
^ |
|
|
И Л И |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
аРх |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
qGCР |
= ^П°Р |
^ . |
|
|
|||
откуда |
|
|
|
|
|
^пор |
^ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
1 |
— |
'пор ' |
|
|
|
|
|
|
'пор |
|
1 |
аРх |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
~в7~ |
|
|
|
или |
|
|
|
|
|
|
е |
Р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t = t,пор |
|
'пор |
'1 . |
|
|||
|
|
|
|
а Рх |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
всп |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
е |
Р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а Р |
|
|
t |
= tпор |
|
|
|
|
~~ |
G c~ |
(164) |
|
|
■&10Р — к) е |
р |
||||||||
где I — длина, м.
135