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

%

Верхняя ветвь

Нижняя ветвь

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?