И режима движения воздуха

9 10 11 12 13 14 15

Цель работы: закрепить навыки работы с измерительными при-

борами и обработки результатов измерений, научиться определять

режим движения воздуха в выработках.

Общие сведения

Движение воздуха по любому каналу может быть ламинарным

или турбулентным. Режим движения воздуха в воздухопроводе

определяется при помощи специального критерия – числа Рейнольд-

са

Re = v D / ν

(24)

где: v – средняя скорость движения воздуха в воздуховоде, м/c; ν –

кинематическая вязкость воздуха, ν = 1,5 10-5 м2/с; D – гидравличе-

ский диаметр воздухопровода, м.

D = 4S / P
(25)

где: S и P – соответственно площадь, м2 и периметр, м поперечного

сечения воздухопровода.

Экспериментально установлено, что в гладких трубах при Re

≥ 2300 устойчиво турбулентное движение, а при Re < 2300 устойчи-

во ламинарное движение. В горных выработках ламинарное движе-

ние воздуха переходит в турбулентное при Re = 1000 – 1500.

Закон движения воздуха в воздухопроводе описывается за-

висимостью

h=RQ
(26)

где: h – депрессия воздухопровода; R – аэродинамическое сопро-

тивление трения в воздухопроводе; Q – количество воздуха, прохо-

дящего по воздухопроводу, м3 /c; n – показатель степени, зависящий

от режима движения воздуха: при ламинарном режиме n = 1, при

турбулентном n = 2.

Таким образом, определив значение n в формуле (26), можно

установить в каком режиме движется воздух.

Показатель степени n в формуле (26) определяется логариф-

мированием уравнения (26) и подстановкой в полученное выраже-

ние двух пар соответствующих значений h1, Q 1, и h2, Q 2. Тогда при

постоянном значении R

lg h 1 = lg R + n lg Q 1;

lg h 2 = lg R + n lg Q 2.

Вычитая из первого уравнения второе, получим

lg h 1 - lg h 2 = n (lg Q 1 - lg Q 2),

откуда

n = (lg h 1 - lg h 2) / (lg Q 1 - lg Q 2)

(27)

При выполнении лабораторной работы замеры величины де-

прессии h1 и h 2 выполняются на участках 3–4 или 5–6. Каждый из

этих участков прямолинеен, по всей длине имеет постоянную пло-

щадь поперечного сечения и закреплен одинаковой крепью. Поэто-

му единственным видом сопротивления движению воздуха на этих

участках является аэродинамическое сопротивление трения R. Так

как скорость движения воздуха по всей длине каждого из этих

участков постоянна, то изменение скоростной депрессии здесь от-

сутствует. Поэтому депрессия, расходуемая на преодоление сопро-

тивления участка, равна измеренной на этом участке статической

депрессии, т.е. h ст 3-4 = h сопр 3-4 и h ст 5-6 = h сопр 5-6 (формулы (8) и (9)).

Одновременно с замером статической депрессии на исследу-

емом участке 3–4 или 5–6 выполняется замер статической депрессии

на входе в установку h ст 0-1 для того, чтобы определить количество

воздуха, поступающего в коллектор модели (см. работу 3). Если при

этом шибер 2 полностью закрыт, то весь воздух, поступающий в

коллектор, пойдет по верхней ветви и, следовательно, по участку

3–4, а если закрыт шибер 1 – по нижней ветви и участку 5–6.

При известном количестве воздуха средняя скорость его

движения в любом сечении модели определяется по формуле

v i =Q i /S i
(28)

где: Q i – расход воздуха в i-м сечении модели, м3 /с; S i – площадь

этого сечения, м2, принимается по табл.1.

План работы

1. Изучите общие сведения.

2. Вспомните устройство аэродинамической установки и

правила измерения депрессии в ее точках.

3. Подготовьте табл.3.

4. Исследуйте режим движения воздуха в верхней ветви мо-

дели на участке 3 – 4, выполнив перечисленные ниже действия.

4.1. На участках 0–1 и 3–4 при полностью закрытом шибере

2 и полностью открытом шибере 1 измерьте статическую депрессию

h ст 0-1 и h ст 3-4. Измерения производите одновременно, используя два

микроманометра или микроманометр и тягомер; при наличии одного

измерительного прибора замеры можно выполнять последовательно,

сохраняя неизменными все условия измерений. При обработке ре-

зультатов следует помнить, что величина депрессии h при замерах

микроманометром и тягомером определяется по разным формулам

(12) и (13). Исходные данные и результаты замеров занесите в

табл.3.

4.2. Выполните те же измерения и действия, прикрыв шибер

1 наполовину (так, чтобы показания приборов изменились).

4.3. По формулам (22) и (23) определите количество воздуха,

поступающего в коллектор, при каждом из 2-х положений шибера 1.

4.4. По формуле (28) определите среднюю скорость движе-

ния воздуха на участке 3–4 при каждом из 2-х положений шибера 1.

4.5. По формуле (25) определите гидравлический диаметр

выработки на участке 3-4 (значения S и P указаны в табл. 1).

4.6. По формуле (24) определите число Re для участка 3-4.

4.7. По формуле (27) и результатам замеров депрессии h ст 3-4

и расхода воздуха Q 3-4 при двух разных положениях шибера 1 опре-

делите значение показателя степени n.

5. Исследуйте режим движения воздуха в нижней ветви мо-

дели на участке 5-6. Для этого выполните те же замеры и расчеты,

что и в пункте 4, но при закрытом шибере 1 и открытом шибере 2.

6. Результаты сведите в табл.8. Сделайте выводы о режиме

движения воздуха в верхней и нижней ветвях модели.

7. Оформите и защитите отчет.

Таблица 8

Иссле-

дуемая

ветвь

моделиПоложение

регулирующе- мм. вод. ст.

го шибера

Расход скорость

воздуха на движения Рейнольд-

участке воздуха на

Q m-n,

3Средняя

участке

V m-n,

м/cЧисло

са

ReПоказа-

тель

степени

Иссле- дуемая ветвь модели	Положение регулирующе- мм. вод. ст. го шибера	Величина ста- тической де- прессии,	Расход скорость воздуха на движения Рейнольд- участке воздуха на Q m-n,	Средняя участке V m-n, м/c	Число са Re	Показа- тель степени n
h ст 0-1 h ст m - n м / с
1

Верхняя	Ш1 открыт Ш1 прикрыт
	Ш1 открыт