![](/user_photo/_userpic.png)
книги из ГПНТБ / Ониани, Ш. И. Тепловой режим глубоких шахт при гидравлической закладке выработанного пространства и сложном рельефе поверхности
.pdfти 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 |
'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-х |
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
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 {апф) |
• |
|
|
|
( - |
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 +К2 |
||||||
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