Сили, які формують рух повітря в кар’єрі.
План.
Енергія вітру.
Термічні сили.
Різниця статичних тисків.
Фактори технологічного характеру.
Висновок.
Енергія вітру.
Рух повітря в кар’єрі може бути викликаний енергією вітру, енергією термічних сил, різницею статичних тисків повітря в кар’єрі, деякими факторами технологічного характеру.
Енергія
вітру – це кінетична енергія мас повітря,
що рухається. Припустимо, що на маси
повітря, яке рухається зі швидкістю
діє
вітровий потік, в результаті чого їх
швидкість зростає до
.
В розглянутому випадку збільшення
кінетичної енергії мас повітря, що
рухаються з прискоренням, буде (див.
стор. 20, (2.9) – рівняння Бернуллі):
(5.1)
де:
- густина повітря.
Якщо
відсутні сили, що перешкоджають руху
залучаємих мас повітря, то формула (5.1)
визначає також ту енергію, яку втратив
повітряний потік, збільшуючи швидкість
залучаємих мас з
За наявності сил опору руху (наприклад,
сили тертя повітря по тверду поверхню)
втрата енергії вітрового потоку буде:
(5.2)
де:
-
втрата енергії вітрового потоку на
подолання сил опору руху мас повітря,
що залучаються.
Формула
(5.1) виражає зміну кінетичної енергії
одиниці об’єму повітря, тому розмірність
|
.
Енергія вітру є основним природним фактором, що забезпечує провітрювання кар’єру. Однак, по мірі поглиблення кар’єру її значення в природному провітрюванні зменшується. Деякі дані свідчать про те, що ефективне провітрювання кар’єрів енергією вітру можливе лише до глибини 200 м.
Термічні сили.
Термічні сили з’являються при підігріванні або охолодженні окремих об’ємів повітря, внаслідок чого густина цих об’ємів стає відмінною від густини довкілля. При цьому розвивається сила, що виштовхує (випихання) (див. стор. 16, 17 Основні закони аеростатики. Закон Архімеду.).
Термічна сила залежить головним чином від різниці температур різних об’ємів повітря, тобто визначається ефективністю тих теплоджерел, які діють в кар’єрі, і в першу чергу від інсоляції (опромінення сонцем) бортів і дна кар’єру.
Серед природних сил, що викликають рух повітря в кар’єрі, термічні сили мають другорядне значення після вітрових сил за значимістю в процесі провітрювання. Інтенсивність руху повітря в кар’єрі і його провітрювання при дії тільки термічних сил незначна. В той же час вони утруднюють або навіть призупиняють на тривалий період природне провітрювання кар’єрів, ящо відбувається сильне охолодження повітря в них або в усьому приземному шарі в районі кар’єру.
Різниця статичних тисків.
При різній освітленості поверхні кар’єру сонцем (в загальному випадку за різниці прогрівання атмосфери) між окремими зонами внутрішньокар’єрного простору можуть бути невеликі (до 50 Н/м2) різниці статичного тиску, які виникають внаслідок різниці ваги мас повітря, що знаходяться вище. Невелика різниця тисків між бортами може виникнути внаслідок динамічної дії вітру на один з них. Наявність цих різниць викликає потоки повітря невеликої інтенсивності від зон великого тиску до зон меншого.