книги из ГПНТБ / Отепление шахтных стволов М. М. Шемаханов. 1960- 11 Мб

70

Коэффициент теплоотдачи а при принудительном движении воздуха можно определить по формуле проф. Б. М. Аше

Эта формула справедлива при 40 < Re < 4000.

Рис. 32. Зависимость а от скорости воздуха ш

На рис. 32 приведен график зависимости коэффициента теп­

лоотдачи конвекцией а нагревателей электрокалориферов в по­

перечном воздушном потоке от скорости последнего для экви­

валентных диаметров от 1 до 31 мм и температур воздуха от 0

до 500°.

График построен канд. техн, наук А. Д. Свенчанским и

инж. А. С. Малышевым по данным проведенной ими эксперимен­

тальной работы [19]. Эквивалентный диаметр взят потому, что

опыты проводились как для проволочных, так и для ленточных

нагревателей.

Длину проводника можно получить следующим образом.

71

затрачивается на преодоление всех сопротивлений, возникаю­

щих по пути движения воздуха.

При условии движения воздуха в системе без потерь уравне­

ние Бернулли будет иметь следующий вид:

Н= Лст + 7 = const,

т. е. общее давление в воздуховоде постоянно.

В действительности, как уже указано, всякое движение воз­ духа или другого газа в каналах и трубопроводах сопровож­

дается потерей энергии напора, которая проявляется в падении

напора.

Если сумму всех сопротивлений обозначить через АЛ, то пре­

дыдущее уравнение Бернулли примет следующий вид (при по­ стоянной температуре газа):

Представим канал постоянного сечения. В этом случае ско­ рости во всех сечениях будут равны, если, конечно, по пути газ

не расходуется, mi — ©2, и уравнение примет следующий вид:

меняется с изменением ее.

Возвращаясь к уравнению Бернулли без потерь

"ст + Т = const,

видим, что всякое изменение скорости неизбежно вызывает изме­ нение статического напора; иначе говоря, при уменьшении ско­

рости движения газов соответствующая часть динамического

напора переходит в статический и, наоборот, увеличение

скорости происходит за счет уменьшения статического напора. Динамический напор легко определяется по скорости движе­ ния. Что касается статического напора, то точно теоретически оп­

ределить его невозможно, так как он зависит от многих чисто

практических факторов: от формы каналов, степени их шерохо­

ватости и т. д.

Расчет воздуховодов

Расчет воздуховодов, по которым нагретый воздух поступает

в ствол шахты' сводится к определению площади их попереч­

ного сечения и потери статического напора на трение и местные сопротивления.

74

о> — скорость воздуха в воздуховоде,

Вкирпичных и бетонных каналах можно принимать скорость

«= 6—7 м/сек и как наибольшее значение 10 м/сек. В железных

.воздуховодах скорость и = 8—10 м/сек и как максимум допу­

скается до 15 м/сек.

Следует отметить, что потери на трение и местные сопротив­

Однако малые скорости движения воздуха снижают эксплуа­

тационные затраты и увеличивают стоимость сооружения каяала. Скорости движения воздуха следует выбирать исходя из

технико-экономического расчета таким образом, чтобы дополни­ тельные капитальные затраты окупались экономией эксплуа­

тационных расходов за определенный срок, при этом следует

принять во внимание также конструктивные соображения. Напор в калориферной установке, как это ясно из вышеизло­

женного, состоит из двух частей:

h = Ад -ф- Аст,

где Ад — динамический напор, расходуемый на создание скорости; Аст — статический напор, расходуемый на преодоление со­

противлений при движении воздуха в калориферной

установке.

75

В свою очередь величину /гст можно разложить на

Аст = hr -|- hz -ф Ак,

где hr— часть статического напора, расходуемого на преодо­

ление трения воздуха о стенки канала;

hz — часть статического напора, расходуемого на преодо­ ление местных сопротивлений, встречающихся на пути движения воздуха, как-то: повороты, задвижки, изме­ нения формы и величины поперечного сечения ка­ нала и т. д.;

Ак — часть статического напора, расходуемого на преодо­

ление сопротивления калорифера.

Рис. 33. Распределение скорости:

а — по сечению трубы при ламинарном движении; б — по сечению трубы при турбулент­ ном движении

Указанный напор 1г должен быть создан вентилятором, про­ гоняющим воздух через калориферную установку.

Сопротивление трению. Чтобы облегчить усвоение

материала, излагаемого ниже, разберем вопрос движения воз­

духа по трубе. Течение газа по трубам подчиняется законам

движения жидкости. В результате практических наблюдений

и опытных исследований установлено, что существуют два раз­

личных режима движения газов по трубопроводам и каналам*:

ламинарный и турбулентный.

В первом случае отдельные струи потока движутся парал­ лельно друг другу, не смешиваясь и спокойно огибая все препят­ ствия без образования вихрей. В прямой и гладкой трубе ча­

стицы движутся прямолинейно.

Во втором случае поток движется в виде беспорядочной

массы, сильно возмущенной вихрями. Каждая частица, участ­ вуя в общем продольном движении, совершает дополнительноеще поперечные колебания, двигаясь по некоторым сложным траекториям, чем нарушается параллельно-струйное движение-

На рис. 33, а изображена труба, в которой воздух движется

параллельными струйками, т. е. ламинарно. Скорость частиц,

76

Геометрическое место концов векторов со (скоростей) в разных

точках поперечного сечения, образует параболоид вращения

сосью вращения, совпадающей с осью трубы.

Вслучае турбулентного потока в круглой трубе в большей

части поперечного сечения скорость движения частиц одинакова

иблизка к средней скорости потока.

С удалением от оси трубы к стенке скорость убывает очень медленно, оставаясь почти постоянной, вблизи же стенки про­

исходит резкое уменьшение скорости. В имеющемся здесь тон­

ком пограничном слое происходит ламинарное движение вслед­ ствие трения частиц о стенку, и скорость изменяется здесь пара­

болически (рис. 33,6). Опытами и теоретическим путем уста­ новлено, что характер движения газа определяется следующими

факторами:

средней скоростью потока, диаметром трубопровода, плотно­ стью газа, абсолютной вязкостью газа и степенью шерохова­ тости труб.

В случае гладких труб режим движения определяют только первые четыре фактора.

Рейнольдс нашел следующую зависимость:

р. —коэффициент абсолютной (динамической) вязкости, характе­

Число Рейнольдса — величина отвлеченная.

В результате многочисленных опытов и практических наблю­ дений установлено, что для круглых труб во всех случаях, где Re < 2300, поток газа остается ламинарным. Для случаев, когда

77

Re >2300, поток становится турбулентным, причем интенсив­

ность вихрей в потоке возрастает с увеличением значения кри­ терия Re.

Значение ReKpi1T = 2300, при котором происходит переход, движения из ламинарного в турбулентное, называется критиче­

ским, Скорость потока, соответствующая критическому значе­

нию Re, называется критической скоростью

78

Для шероховатых каналов различные авторы, основываясь

на своих экспериментах, дают различные значения X.

Для шероховатых каналов в изменении К различают три зоны. Первая зона определяется пределами устойчивого лами­

нарного движения, причем в этом случае коэффициент трения

булентному, с не вполне развившейся турбулентностью. Шеро­

ховатый канал имеет такое же сопротивление, как и гладкий,

так как в этом случае выступы шероховатости не выходят за

пределы толщины пограничного слоя.

В этом случае величина X вычисляется по формуле Всесоюз­

Практически при тех скоростях, которые имеют место в воз­

духоводах калориферных установок, пользуются формулам»

(63) и (64).

На практике обычно расчет шероховатых воздуховодов ве­

дется по единым номограммам и таблицам, составленным для

гладких воздуховодов, а результат умножается на соответствую­ щий коэффициент.

79