DisCollection.ru

Авторефераты и темы диссертаций

Поступления 07.06.2010

Материалы

загрузка...

Управление аэрогазодинамическими и тепломассообменными процессами при нормализации атмосферы карьеров

Нестеренко Геннадий Филиппович, 07.06.2010

 

в 4 раза, по сравнению с естественным ходом метеоэлементов.

Оценка результатов экспериментов по кондиционированию воздуха в атмосфере карьера ГБРУ, произведенная с помощью диаграммы комплексных температур, и пылеподавлению показала, что после обработки атмосферы карьера воздушно-газожидкостной струей НК-12КВ-1М в течение 0,42 ч почти на всех рабочих местах обеспечиваются комфортные условия, а запыленность воздуха снижается в 4 раза (рис.10).

На основании зондирования атмосферы карьера ЦГХК с помощью привязного радиозонда А-22 установлено, что в теплые периоды года при расходе воды в струе вентилятора НК-12КВ-1М Qв=0,05 м3/с относительная влажность воздуха в атмосфере карьера может быть увеличена на 3-6% за 10-15 минут работы, а температура снижена на 0,6-1(С. Режимы кондиционирования зон карьера можно варьировать в широком диапазоне за счет изменения расхода воды, режимов работы ТВД и скорости перемещения струй.

При работе НК-12КВ-1М в режиме генерирования парогазовоздушных струй («термиков») для определения количества воды необходимо учитывать ее фазовые превращения:

5. Исследования аэрогазодинамических и тепломассообменных процессов при массовых взрывах в карьерах

Основными интегральными параметрами, характеризующими взорванную горную массу и образующуюся при взрывах пыль, являются – коэффициент разрыхления, средняя крупность кусков, средний диаметр пылинок и объем взрываемого блока. Для описания функциональной зависимости количества пыли, попадающей в ПГО, от этих параметров предложена феноменологическая модель процесса пылеобразования при производстве массовых взрывов в

На основании допущения о пространственной однородности и масштабной инвариантности взорванного блока масса пыли, проникшей в ПГО, описывается формулой:

– средний размер пылинок, м; Dк – средний характерный размер, или крупность куска во взорванном блоке, м.

В предельных случаях количество пыли составляет:

где: D0 – средний характерный размер куска , принятый в модели, м.

описывается формулой:

где: Т* – температурная константа, К; Тw – температура окружающей среды,

На основе решения уравнения 36 установлено, что в интервале Тц = (2500–3000) К, Тw=(240–300)0К, (w=(1,3(1,25) кг/м3, Н=(5000(8400), lnH=8,52(9,04 nm=1,38(1,36.

После вычисления nm, соответствующего (S(max определяются объем газов (VГ) и температура (Ti0) ПГО:

Для пород I–II категорий суммарный объем газов, выброшенных в ПГО, составляет 49-56 %, а для пород III–V категорий – 31– 41%.

Начальный радиус ПГО определяется на основании формулы:

После выравнивания давления взрывных газов до атмосферного начинается динамический этап – подъем и развитие ПГО, параметры которого рассчитываются на основе I начала термодинамики и уравнений Мещерского (движение тел с переменной массой) с учетом эффекта смешения. Система уравнений, представляющая модель формирования и подъема ПГО как осесимметричного изотропного «термика» (пылегазовоздушного пузыря) после перехода к новой переменной (y=1+z/z*) принимает вид:

– начальный температурный перегрев ПГО, К; Т0 – температура воздуха в месте взрыва, К; y=1+z/z* – новая переменная.

В результате интегрирования получим изменение перегрева ПГО в процессе его подъема гиперболически-линейную зависимость:

– максимальный подъем ПГО в политропической атмосфере, м.

то уровень выравнивания температуры составит:

В результате получим общее решение уравнения скорости подъема ПГО – гиперболически-тригонометрическую зависимость:

После подстановки значения Wi из формулы 43 получим:

После преобразования подкоренного выражения в формуле 45 получим общее решение времени подъема ПГО – тригонометрическую зависимость:

По приведенным формулам произведены расчеты при следующих условиях: Тц=3000 0К; (3=750 кг/м3; kр=1,3; Т0=240 0К; (=-0,021 К/м; R=287 Дж/кгК;  (=0,04 м/с2К; nm=1,38. Результаты расчетов приведены на рис. 11.

Аналогичные расчеты можно выполнить при других условиях: к примеру, при прочих равных усло-виях, но при изотермии в атмо-сфере карьера ((=0), уровни вырав-нивания температур (zт) и конвек-ции (zк) увеличиваются на 55-65%, время достижения облаком этих уровней возрастает соответственно до 78,5 с и 157 с, объем ПГО на этих уровнях увеличивается в 2,2 раза, по сравнению с инверсионной страти-фикацией в атмосфере.

ния температур составляет dnmax=(1,22(1,64)10-4 м. Перед уровнем конвекции размер пылинок не превышает 2,1(10-5 м (21 мк), более крупные частицы по мере подъема облака осаждаются. На уровне конвекции масса пыли, проникшей в ПГО, не превышает 40%. Скорость гравитационного оседания пылевых частиц dn=2,1(10-5  м составляет 0,05 м/с, частицы меньших размеров имеют значительно меньшую скорость и могут длительное время витать в воздухе.

Условия равновесия легких (СО) и тяжелых (СО2, NОx) газовых примесей на уровне выравнивания температур определяются условиям:

где: g – ускорение свободного падения, м/с2; (СО, (СО2, (NO2 – плотность СО, СО2, NO2, кг/м3; VCO, VCO2, VNO2 – объем CO, СО2, NO2, м3; (н – плотность газовоздушной смеси в облаке на уровне zт, кг/м3; zт – уровень выравнивания температур, м; Wimax – скорость ПГО на уровне zт, м/с; Vн – объем облака на уровне zт, м3.

Следует учесть, что за счет активного вовлечения окружающего воздуха происходит активное окисление оксида азота и практически на уровне zт в ПГО остаются тяжелые оксиды азота (NO2, N2O4, N2O5).

Левая часть уравнений 47 представляет собой силу плавучести газовых примесей внутри облака, а правая – ускорение облака на уровне zт .

, то существование СО в облаке на уровне zт обусловлено силой плавучести, направленной вверх. Двуокиси азота и углерода, имеющие примерно одинаковые плотности на уровне zт начинают перемещаться в арьергардную часть (вниз) под действием отрицательной силы плавучести.

Время оседания тяжелых газовых примесей (NOх, CO2) из остановившегося облака можно определить по условию:

Для описания процессов рассеяния и распада ПГО после достижения им уровня конвекции была принята модель рассеяния и распада под действием диффузии осесимметричного изотропного «термика» (пылегазовоздушного пузыря), образовавшегося при движении тела переменной массы.

В рамках рассматриваемой модели принято, что на уровне конвекции действует закон сохранения массы, а коэффициент диффузии D = const.

), м; r – радиус облака за счет диффузии на уровне zк по истечении времени ? > ?к, м.

Из закона сохранения массы примесей на уровне zк имеем:

где: Ск – концентрация примесей в облаке на уровне zк , кг/м3; Cr – концентрация примесей в сфере ПГО радиусом r , во время ? > ?к, .

С учетом (50) из (49) определяется гиперболическая зависимость изменения относительной концентрации примесей от времени в результате диффузии после достижения облаком уровня zк за время ?к :

где: ? – время достижения концентрации примесей в ПГО уровня ПДК.