книги / Методы математического моделирования рудничных аэрологических процессов и их численная реализация в аналитическом комплексе Аэросеть
..pdf
грамме параболами, заданными по трем точкам. Первая точка задает напор и мощность вентилятора для минимального рабочего расхода воздуха, за которым начинается область помпажа. Третья точка соответствует напору и мощности вентилятора для максимального рабочего расхода воздуха. Вторая точка задается в произвольной области между первой и третьей и определяет кривизну напорной и мощностной характеристик. Если мощностная характеристика вентилятора представлена линиями КПД, то в этом случае вместо значения мощности указываются значения КПД.
261
При помещении в выработку реального вентилятора в первую очередь выбирается подходящий шаблон из редактора вентиляторов.
Далее появляется возможность выбрать один из углов установки лопаток, для которого заданы напорная и мощностная характеристики из указанного шаблона. Необходимо также завести скорость вращения вентилятора в пределах, заданных
шаблоном. При этом напорная H q и мощностная W q характеристики вентилятора вычисляются следующим образом. Сначала выбираются характеристики H0 q и W0 q для скорости вращения n0 , указанной в шаблоне вентилятора. А затем
эти характеристики пересчитываются для фактической частоты вращения вентилятора n по следующим формулам:
|
|
n |
|
|
n |
2 |
|||
H q H0 q |
|
0 |
|
|
|
|
|
, |
|
n |
|
|
|||||||
|
|
|
n0 |
|
|||||
|
n |
|
|
n |
3 |
||||
W q W0 q |
0 |
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
n |
|
n0 |
|
||||
Кроме проектных параметров самого вентилятора создаваемый им напор определяется также способом размещения вентилятора в выработке.
262
Если вентилятор размещен «Внутри перемычки», т.е. воздух не может идти по выработке, минуя вентилятор, то его на-
порная H q и мощностная W q характеристики неизменны.
Если же вентилятор установлен без перемычки и работает в составе эжекторной установки («Перед камерой смешения») или же установлен «Без перемычки» и без камеры смешения, то
H q и W q определяются иначе.
Эжекторная установка представляет собой вентилятор без перемычки, дующий в камеру смешения, подсасывая в нее дополнительное количество воздуха при малом аэродинамическом сопротивлении участка проветривания. При увеличении сопротивления эжекционный эффект уменьшается и сменяется рециркуляцией воздуха вокруг вентилятора, а также вокруг камеры смешения, если она размещена в выработке без перемычки (раздел 2.3).
Вентилятор Конфузор
263
Прежде всего определяется расход воздуха q, проходящий непосредственно через вентилятор. Если конфузор на вентиляторе не установлен, то вентилятор будет иметь максимальный дебит, заданный в шаблоне. Если же конфузор установлен, то он создает добавочное аэродинамическое сопротивление Rk , и
уменьшает расход q, значение которого вычисляется с использованием следующей зависимости:
|
|
|
|
|
|
|
S |
k |
4 |
|
|
|
S |
k |
3 |
|
|
|
||
|
0,0125 |
|
|
0,0224 |
|
|
|
|
|
|||||||||||
S |
|
|
S |
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
f |
|
|
|
|
|
f |
|
|
|
|
||
|
|
|
S |
k |
2 |
|
|
|
|
|
|
S |
k |
|
|
|
|
|
|
|
0,00723 |
|
|
|
0,00444 |
|
0,00745 |
|
|
||||||||||||
S |
|
S |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
f |
|
|
|
|
|
|
|
|
f |
|
|
|
|
|
|
|
0,01745 k 3 |
2 0,01745 k 2 |
10 0,01745 k , |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
R |
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 g Sk2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
где Sk – площадь выходного отверстия конфузора, S f – пло-
щадь поперечного сечения вентилятора, k – угол сужения конфузора, – плотность воздуха, g – ускорение свободного падения. В свойствах эжекторной установки задается не сам
угол сужения k , а диаметр выхода Dk и длина Lk |
конфузора, |
|||||||
где k 2 |
|
|
atan( |
Df |
Dk |
), Df – диаметр вентилятора. |
||
180 |
2 |
Lk |
||||||
|
|
|
|
|||||
Далее при помощи сопротивления конфузора Rk вычисля- |
||||||||
ется расход |
внутри |
вентилятора как корень |
уравнения |
|||||
H q Rk q2 , |
H q – напорная характеристика вентилятора, |
|||||||
работающего в составе эжектора.
264
Напорная характеристика эжекторной установки Hk q
определяется в соответствии с зависимостью (2.28), представленной в разделе 2.3.1
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
, |
|
|
|
еслиQ |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
a |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
если Q 0, |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
Schamber |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
если Q q 0 |
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
S |
|
|
|
|
|
|
|
S |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
b |
chamber |
|
|
|
|
|
|
|
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
, еслиQ q 0, |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
S Sk |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
dp1 |
Q |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
a, |
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
Schamber |
S |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
p2 Q q |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
b, |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Schamber Sk |
|
|
|
|
S Sk |
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
Q q 2 |
|
|
|
|
q2 |
|
|
Q2 |
|
|
, |
|||||||||||||||
dp |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
S |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S |
|
|
|
S |
|
|
S |
|
|
|
||||||||||
3 |
|
|
|
|
|
|
S |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
chamber |
|
|
|
|
|
chamber |
|
k |
|
|
|
|
k |
|
|
chamber |
|
||||||||||||||||
Hk q dp1 dp2 dp3 , g
265
где S – площадь поперечного сечения выработки, Schamber – площадь поперечного сечения камеры смешения, Sk – площадь
выходного отверстия конфузора (или вентилятора, если конфузора нет), q – расход внутри вентилятора, Q – общий расход
воздуха в выработке, – плотность воздуха, g – ускорение свободного падения.
Вентилятор Конфузор 
Вариант, в котором камера смешения смонтирована без глухой перемычки, рассматривается отдельно (раздел 2.3.3).
Пусть перемычка, в которой установлена камера смешения имеет сопротивление R (очень большое, если перемычка глухая, и нулевое, если перемычки совсем нет). Полное аэродинамическое сопротивление перемычки Rfull с учетом сужения –
расширения воздушного потока (2.37)
|
1 |
|
1 |
|
1 |
2 |
|
Rfull R |
|
|
. |
||||
g |
S Schamber |
|
|||||
|
|
|
Schamber |
||||
После вычисления Rfull находится расход воздуха qb , ко-
торый возвращается назад через перемычку, решением уравне-
ния (2.36)
q |
Hk Q qb |
. |
|
||
b |
Rfull |
|
|
|
266
После определения qb , итоговый напор эжекторной установки:
HQ Hk Q qb .
Вслучае использования для проветривания нескольких вентиляторов существует две основные схемы их работы: параллельная и последовательная. В последовательной схеме воздух, прошедший через один вентилятор, попадает в следующий вентилятор, напор при этом увеличивается. Чтобы установить вентиляторы подобным образом на схеме сети, их следует просто разместить в одной и той же выработке.
При параллельной установке каждый вентилятор пропускает через себя часть общего расхода. Чтобы отразить это на схеме, следует разместить вентиляторы в параллельно идущих выработках, если такие выработки есть, в противном случае – добавить фиктивныевыработкиснулевым аэродинамическимсопротивлением.
Если параллельно работающие вентиляторы имеют одинаковые параметры, то можно задать число таких вентиляторов на панели свойств.
267
8.2.3. Исходные данные и режимы расчета стационарного воздухораспределения
Исходными данными для расчета стационарного воздухораспределения являются, в первую очередь, аэродинамические сопротивления выработок и перемычек. Эти значения можно просматривать на панели свойств соответствующих объектов.
Кроме того, те же самые данные можно отобразить в виде индикаторов в меню («Вид» -> «Вентиляция» -> «Исходные данные» -> «Выработки (индикаторы)» -> «Аэродинамические сопротивления» и «Вид» -> «Вентиляция» -> «Исходные данные» -> «Объекты на выработках (индикаторы)» -> «Аэродинамические сопротивления перемычек»).
Информативны также конечные вершины выработок, которые имеют связь с атмосферой («Вид» -> «Вентиляция» -> «Исходные данные» -> «Конечныевершины» -> «Связь с атмосферой»).
268
Можно проверить и, при необходимости, отредактировать направления напоров вентиляторов, установленных в выработ-
ках («Вид» -> «Вентиляция» -> «Исходные данные» -> «Объекты на выработках» -> «Направления вентиляторов»).
Для расчета стационарного воздухораспределения могут быть использованы два метода: метод контурных расходов и метод Кросса. Оба они работают по одному принципу: в сети выработок выделяется набор замкнутых контуров, в каждом из которых путем корректировки расходов итерационно увязываются напор, создаваемый вентилятором, и падение давления на аэродинамических сопротивлениях выработок и перемычек. Основным является метод контурных расходов, так как в нем падение давления увязывается сразу во всех контурах одновременно, что обеспечивает более быструю сходимость. Метод Кросса же увязывает падение давления только в одном контуре за итерацию, поэтому на больших сетях сходится очень медленно.
269
Расчет стационарного воздухораспределения считается успешно завершенным, когда разница между напорами вентиляторов и падением давления на аэродинамических сопротивлениях всех контуров становится меньше величины, указываемой в настройках (поле «Максимальная погрешность»). Чтобы расчет завершался гарантированно, число итераций также ограничено некоторым предельным значением, задаваемым в поле «Макси-
мальное число итераций». Если расчет нужно произвести только для какой-то части схемы (например на одной схеме нарисованы несколько вариантов вентиляционных схем), то следует поместить нужную часть схемы на отдельный участок или в отдельный слой, затем оставить видимым только его, и использо-
вать опцию «Учитывать только видимые выработки».
Учет аэродинамических сопротивлений некоторых категорий перемычек можно отключить. Например, если аэродинамические сопротивления выработок были определены по данным воздушно-депрессионной съемки, то они включены в состав аэродинамических сопротивлений самих выработок. Тем не менее местоположения перемычек должны быть отмечены установкой в выработках соответствующих объектов, которые будут автоматически увеличивать суммарное сопротивление. В таком случае можно отключить опции «Сопротивление глухих пере-
мычек» и «Сопротивление перемычек с вентокном».
270