Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Ониани, Ш. И. Тепловой режим глубоких шахт при гидравлической закладке выработанного пространства и сложном рельефе поверхности

.pdf
Скачиваний:
2
Добавлен:
22.10.2023
Размер:
12.01 Mб
Скачать

ти в таблицах .преобразований Лапласа, воспользуемся сле­ дующим преобразованием [91]:

 

 

1

ехр Y-t^

 

+ Ах ехр

 

ехр

Y-t^

 

 

1-fA ехр ( - 2 ^ / ^ - 1 ,

со

( - / » ! > е х р

( 2 т - 1 ) | ;

(5.53)

т =1

Ряд (5.53) быстро сходится, так как абсолютная ^величина hx всегда меньше единицы.

Таким образом, изображения (5.51) и (5.52) с учетом; (5.53) можно переписать следующим образом:

1,(х,р)=

~~

+

••о

—a^i +

X

 

Р

 

г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

со

 

 

 

 

 

 

m=\

 

 

 

 

 

+

ехр {

- y \

[ ( 2 m -

x] } ,

(5.54)

Ux,

p) =

 

— ^.

e - V' - 'i) -

(* - у +

yV

"+

p

 

p-OyGi

X

p

 

 

 

 

 

 

P - W i

X

m=l

140

- е х р ( -

Ъпк

| / - £ - ) } е х Р

[ -

j / j j -

(х - / , ) ] +

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

X

 

 

+

-

7

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X j e x p

- ( 2 т - 2 ) / х

| /

 

+

ехр ( -

2ml,

j

/ - £ - | } Х

 

X

ехр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(5.55)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При /и =

1 сумма

первого ряда

последнего

выражения

прини­

мает вид

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1-ехр {-Ж/-£-)]

 

 

 

 

 

.exp[-]/~JL{X-l,i)

 

(5.56)

После умножения и деления показателя

степени 2 /х

| /

а3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

выражения

(5.56)

на

у

S— имеем

 

 

 

 

 

 

^ _ ехр ( -

2

/

X

"

/

X ] . ехр[ -

/

^

- к

)

 

=

е

х

р [

-

| /

( х

-

У

 

ехр

 

2'*/

^+

 

+ * - < 0 i / i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Поэтому для значений т =

1, 2,

3, 4 и т. д. сумма перво­

го ряда

в выражении

(5.55)

принимает вид

 

 

 

 

 

2 < -

 

{ е х Р [ ~

( 2 т

- 2

^ ] / '

Р_

 

 

 

 

а3

 

 

 

m= 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- е х р ( - 2 т ^ | / ^ ) )

e x p f - j / - ^ * - / , )

141

 

 

 

 

 

со

 

 

 

е

х р [ - ] /

- ( i - ^ ^ C - ^ ) " 1

- 1

х

 

 

 

 

 

m=l

 

 

 

 

X

exp

(2ml-^.x + x—

"1/

°y

 

(5.57)

 

 

L

 

Г

 

 

 

После аналогичных преобразований сумма второго

ряда

то­

го

же

уравнения перепишется так:

 

 

 

 

 

( -

А,)»-! ( ехр ^ -

(2m -

2)/х ] /

+

 

 

т=\

 

 

 

 

 

 

+ е х р ( -

2 - ^ j / - £ - ) } е Х р [ _ | / " Х . ( х _ у

 

= « p [ - l / ~ ( * - y

 

 

т - г

x

 

 

/п=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X exp

 

 

 

 

(5.58)

где

С учетом (5.57) и (5.58) изображение (5.55) окончательно перепишется следующим образом:

 

й

8,

 

Г у

 

?у(*> Р) =

-^-i.

е - ^ - У

~{х-к)

-

 

р

р-Оуа*

 

р

 

'о 'о

 

8

 

 

 

- (

р—

ауо\ )' 1 + Д'.

 

 

+ - 7 =

142

со

X ? | ( - A ] 3 M - 1 exp (2ml1x1+x-l1) у Г - m=l

(5.59) % Теперь воспользовавшись таблицей преобразований Лап­

ласа [61], оригиналы изображений (5.54) и (5.59), т. е. ис­ комые функции, запишем в виде

 

Цх,

т) =

f0

+ 1 +

Кг V , ( _ / z x )

 

- 4

erfo

(2m—

l)lx

x

 

m

2 / , #, x

 

 

 

 

 

t l

t l

 

 

 

 

 

 

 

 

+

erf.

(2m—l)/x

- f x

bx

exp

{ % o f t } ,

\ ' 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X e x p ^ m - l ^ - ^ a J X

 

 

 

 

 

 

( 2 т - 1 ) / х - х

 

 

 

т-ехр{[(2т— ^/j.-r-xKo-^X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

(2m—l)l1

+ x

 

 

 

 

 

(5.60>

 

 

erfc

 

 

 

 

 

 

 

*,(*, t)

= f0

-

Si exp { - a ^ - y

+ flyojT} -

Г у ( х - / 1 ) - ( ^ - ^ )

X

 

X

1+Ki

 

2 ] / % t

 

 

 

am

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

m=l

 

 

 

 

х-1г+2т1гу.г

5JL exp {ауТ^т}

exp { — а х

( х - У }

X

X

^

 

21/HyT

 

 

 

 

 

 

x — lx

 

 

 

 

 

 

 

x — /х

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Zyt

 

+

1/0,6»*

] ~ ( Г д а

 

 

 

 

 

 

 

 

14a

(х-1х-\-2т1гкг ,

(5.61)

Совершенно аналогичным путем получаются .и решения уравнений (5.7) и (5.8) с краевыми условиями (5.9) — (5.12)

'для системы тел порода—слой закладки толщиной 12:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2т-\)12

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

от=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

оо

 

 

 

 

 

+

erfc

( 2 т - 1 ) / а + И

 

 

52 ехр {апа|т}

(- К)™-^

X

 

 

 

 

 

2 ] / а, т

 

 

 

1 + ^ 2

т = 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

{ ехр {[(2т -

1)/3 -\х\]

х3 а2

erfc

 

^

+

 

 

 

 

 

 

 

+

ехр {[(2т - 1)/, + |л'|]х2а2[

X

 

 

 

 

 

X

 

( 2 т - 1 ) / 2

+ Ы

 

 

 

 

 

 

(5.62)

 

 

ег/с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*«( - * . ^) = ^ - 5 2

е х р { - а 2 ( | х | - / 2

) + а п а = т ) + Г п

( И - д - ( ^ - ^ )

X

 

 

 

 

К,

 

 

 

 

 

 

 

оо

 

 

 

 

 

 

X

 

ег/с

\A-_U

 

- ( 1 + Ая)

> i ( - A 8 ) m

- 1

X

 

 

1

 

т

 

 

 

 

 

 

2 ] / а п

 

 

 

 

 

 

 

X

er/c

|х|—Z2 +2m/3 x2

Ч

52 ехр К а | т }

ехр { - <т 2 (М - у}

X

 

2 ]

^

 

 

 

о

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/

|JC! —

/ В

 

 

 

\

 

 

 

 

 

 

 

х

e r f c

{ W ^ ~ v

l ^ x

) ~ h

2

е х р

 

х

 

 

 

х

e r / c

и т ^ + т ^

 

] - ( Т + # ^ (

- Л а Г " 1

х

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/п=1

 

 

 

Хехр

{ ( М

- / 2 +

2 т к

ч )

а з }

.е , / с

(M ^ ± f / ' X '

+

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(5.63)

144

где К2 = г ^ —критерий, характеризующий тепловую ак-

тивность закладки относительно песчаников;

Решения (5.60), (5.61), (5.62) и (5.63) полностью удов­ летворяют соответствующим дифференциальным уравнениям и краевым условиям. Следовательно, согласно теореме един­ ственности решения, других решений поставленной задачи, отличающихся от полученных, не может быть.

§ 3- Анализ решения

Рассматриваемую систему тел нейтральная плоскость ус­ ловно делит на две подсистемы. Температурное поле каждой 'Из них является составной частью температурного поля сис­ темы в целом. Связующим звеном между рассмотренными выше процессами теплоотдачи от угольного массива к слою закладки толщиной 1\, с одной стороны, и от породного мас­ сива к слою закладки толщиной 12, с другой, может служить характер изменения теплового состояния нейтральной плос­ кости во времени.

Температура на границе раздела зон ^ и U, т. е. на нейт­ ральной плоскости в любой момент времени с обеих сторон одинакова. Следовательно совместное рассмотрение решений (5.60) и (5.62) даст возможность возвратить подсистемы, ус­ ловно принятые за самостоятельные, в одну общую реальную

систему.

В силу

равенства

 

 

 

*з(+0, т) = / 3 ( - 0 , т )

(5.64)

можно

написать

 

 

 

 

 

со

 

 

X

a{2j{-KT-" erfc

(2т-

о) \

Л

 

 

1 +

m=l

 

 

 

 

 

 

 

т

 

 

 

 

{2m-\)lx

X

(-/г,)7 ""1 ехр

{ ( 2 m - 1 ) / ^ , } - e r f ,

10. Ш. Ониани

145

 

 

со

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

ехр (оп а| т) V I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1+/С.

2 ^ (

~

Г

~ К

 

 

е х Р К 2 ' " - 1 ) / 2 ^ 2 }

х

 

2

/«=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г (2/п-1}/„

 

 

 

 

 

1

 

 

 

Х

е Г

[ С [ 2У~,

 

'

+

 

 

 

 

I

 

 

 

или

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/71=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2/7/

-

1)/„

 

 

 

/л=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СО

 

 

 

 

 

 

 

 

-

5i e xp{fl,aiT} • ^

 

 

( - ^ ) ' " - i

 

 

 

 

 

 

 

 

m=l

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о2 ехр пф)

 

 

 

( -

Л,)'"-1

 

 

 

 

 

 

 

 

m=l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г(2т

-

1)/г

,

 

'

 

ехр {2т-1

)/1 х1 а1 )

erf с

 

2

у

+ ]

/ %

а ? Т j +

^

X

 

 

 

 

 

 

 

 

~ 1 ) / г - 1 _ А

I !

+ ^ '

ехр {(2/я—1)/2 х2 а2 )

erf с

{

2

т

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(5.65)

Таким образом,

толщина

 

зон теплового

(влияния

примы­

кающих к закладке массивов угля и породы зависит не толь­ ко от соотношения тепловых активностей этих сред по отно­

шению к закладке и от начального распределения

температу­

ры,

но и от времени т.

 

:

Вторым уравнением для определения двух

неизвестных

U и

h служит равенство

 

146

^ + / 2 = / .

(5.66)

С помощью выражений (5.65) и (5.66)

методом последо­

вательных приближений можно определить

неизвестные U и

12, а затем, пользуясь полученными решениями, постротть ис­ комое температурное поле всей системы.

В результате изменения влажности теплофизичеакие свой­ ства закладки могут изменяться в довольно широких преде­ лах и при этом стать равными теплофизическим свойствам 'Одной из примыкающих к закладке сред. Кроме того, при решении практических задач потребуется построение темпе­ ратурного поля неограниченной пластины, помещенной ме­ наду угольным массивом и старой закладкой. В подобных случаях К2 становится равным единице, а Л2 —нулю. Тогда во всех полученных решениях множитель {h2)m~1 п[и т — \ прев­ ращается в неопределенность вида 0°. Если она не имеет предела, то искомые функции при К = 1 не будут определены и задача остается нерешенной. Поэтому необходимо раскрыть полученную

неопределенность.

Указанной неопределенности можно придать вид

у - 1 - ц ^ - [ - т + £ )

( 5 - 6 7 )

Как известно, lim \nY = In lim Y, поэтому сначала проло-

*гарифмируем выражение (5.67), а затем попытаемся найти его предел [16]:

ЫУ = ( m - l ) l n

К2-\

 

1 2

lim lnF=lhn

(m— l)ln

/ c 2 - i

 

2

- >

 

2

-1

 

 

K

 

/<Г-

 

 

 

 

 

 

m-

 

 

 

lim I -

In

 

1

 

 

1

+К»

 

dm \m—l

 

 

 

 

147

 

~2{m-l)2'

0

 

 

; nm

~0~

 

 

I'J.

 

 

 

 

 

1

 

 

Повторное лриманание правила Лолита ля дает

 

Цт—1)

О

 

lim

 

 

 

~2КГ~

 

 

К»

 

 

т-

-1

 

 

т. е. Hm lnY = In UmK = О, ШУ = e°

1 и

 

lim ( - Л в ) д а - 1 =

1.

 

 

m->-l

 

(5.68)

 

 

 

Таким

образом, рассматриваемая

неопределенность в

пределе равна единице. Следовательно, полученные выше ре­ шения имеют вполне определенные конечные числовые зна­ чения и справедливы при любых тепловых свойствах, вхо­ дящих в рассматриваемую систему тел.

При К = 1 (А = 0) в полученных решениях и в выражении (5.65) суммы всех последующих членов, за исключением пер­ вого, равны нулю, т. е. бесконечный ряд в этих выражениях заменяется соответствующим первым членом. В результате

все выражения существенно упрощаются и практическое

при­

менение их для инженерных расчетов облегчается.

 

После истечения

бесконечно

большого времени (т- со) ре-

шение (5.60)

принимает

вид

 

 

Цх,

х)\х.

=

П + tl-fa

- со • 0 = %,

(5.69)

так как

 

 

 

 

 

 

(2т—-f

х

 

 

а все^остальные члены с erf с выражения (5.60) при т->оо

прев-

148

 

 

 

 

 

ращаются в нуль

а неопределенность

 

 

 

т = 1

 

 

 

 

со.О в данном

случае имеет нулевой предел:

 

 

lim

(oo-0) = lim

.

X

 

 

т с о

t - э - с о

1

" А х

 

 

 

X

^

( - А ^ - ^ е х р

{[(2777-l)/1 -J C ]x1 a1 }

X

 

 

/л=1

 

 

 

 

 

 

 

X

ег/с

 

 

 

 

 

 

 

 

2 / а 3

 

 

 

 

2

( _

A 1 )" ,

- i . exp {[(2/п -

-

лфсл}

 

Jim

 

 

 

 

 

 

• X

 

"Т—J-со

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2777— 1)/!— ^+2ауа»т

 

 

 

 

х -

 

 

2x1^7саух

 

 

X

 

 

 

 

-(1 +

KJayal.o^

 

 

 

 

 

 

 

Хехр

_

'(2т— 1)' — Л :

 

 

 

 

 

-

= — I - [ ( 2 т - 1 ) / х

- л : ] х Л }

= 0 . (5.70)

 

 

 

2 ] /

fl3t

 

 

 

 

Для того же условия решение (5.61) перепишется так:

*у(*. * W c o = ^ - S 1 e x p { - a 1 ( x - - / 1 ) + f l y a ? t } - r y ( x - / 1 ) - ( ^ - ^ ) X

X

 

o.expjflyg^t)

~T~

о

m=l

 

 

X [ e x p { - a 1 ( . v - / 1 ) ) . 2 ] = ^ - 5 х е х р { _ 0 l ( * — у + О у а - Ч } -

— Гу (х — /х ) +

о\ exp { — ax(jf — lx) -f- ayjjt} =

= ^ - Г у ( х - / х ) ,

 

(5.71)

149

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ