книги / Методы математического моделирования рудничных аэрологических процессов и их численная реализация в аналитическом комплексе Аэросеть

духа, Q* – расход в выработке, для которого указано изменение температуры воздуха, P – периметр поперечного сечения выработки, L – длина выработки, Tresult – температура воздуха в выработке после теплообмена со стенками, Tinitial – температура воздуха в выработке до теплообмена со стенками, Trock – темпе-

ратура нетронутой породы рядом с выработкой.

Вычисленное значение коэффициента нестационарного теплообмена отображается на панели свойств выработки. Есть возможность включить отображение соответствующего индикатора на схеме («Вид» -> «Теплофизика» -> «Исходные данные» -> «Выработки (индикаторы)» -> «Коэффициент нестационарного теплообмена»).

После вычисления К для каждой из заданных выработок пересчет температуры воздуха на участках происходит при помощи следующей зависимости

ecair air Q

где Ti n 1 – температура воздуха на i-м участке после теплообмена со стенками, Tin – температура воздуха на i-м участке до теплообмена со стенками, Q – текущий расход в выработке.

352

8.3.7. Источники выделения влаги

При включенной опции «Источники влаговыделения» в ок-

не параметров теплофизической модели будет происходить пересчет абсолютной AH и относительной RH влажности воздуха на участках выработки

где Psaturated – давление насыщенного водяного пара при указанной температуре воздуха, Т – текущая температура воздуха в градусах Цельсия.

В отличие от источников тепло- и газовыделения выделение влаги задается в свойствах выработки.

Возможны два способа задания его интенсивности. Первый способ основан на измерении перепада относительной влажности воздуха, которая задается в каждом из конечных узлов выработки.

Рассчитывается интенсивность испарения:

E AHresult AHinitial Q*,

353

где AHresult – итоговая абсолютная влажность воздуха в выработке, Hinitial – начальная абсолютная влажность воздуха в выработке, Q* – расход, при котором было задано изменение

влажности воздуха. Далее вычисляется удельный коэффициент влаговыделения, а также изменение скорости испарения в зависимости от начальной влажности воздуха

где Ssurface – площадь поверхности испарения, RHinitial – относи-

тельная влажность воздуха до испарения в него влаги, Psaturated T – давление насыщенного водяного пара при температуре воздуха Т. Площадь поверхности задается как доля от площади стенок выработки, поумолчанию полагается равной 100 %.

354

Вторым способом задания интенсивности испарения является непосредственное задание коэффициента выделения влаги ke .

Если ke задан для всех выработок, в которых происходит

испарение влаги, пересчет абсолютной влажности воздуха на участках происходит так:

где AHin 1 – абсолютная влажность воздуха после испарения влаги на i-м участке, AHin – абсолютная влажность воздуха до испарения влаги на i-м участке, RHi – относительная влажность воздуха на i-м участке до испарения, t – время влагообмена, Vi – выделенный элементарный объем воздуха.

При охлаждении воздуха 100%-ной влажности, например вследствие работы воздухоохладителей, будет происходить выпадение избыточной влаги, сопровождающееся выделением тепла. Поэтому при пересчете температуры воздуха на участках абсолютная влажность корректируется в соответствии со следующим алгоритмом:

1.Если температура воздуха выросла, значит корректировать температуру и влажность не нужно, так как роса выпадать не будет.

2.Если температура воздуха снизилась:

355

а) если относительная влажность воздуха для текущей температуры меньше ста процентов, то корректировка также не требуется;

б) если относительная влажность воздуха для текущей температуры получилась равной ста процентам (или больше), то вычисляется, какое количество влаги должно выпасть:

RH AH ,T – формула для вычисления относительной влажно-

сти, AH – нескорректированная абсолютная влажность воздуха, dAH – плотность выпавшей влаги, Т – нескорректированная температура воздуха, Lwater – скрытая теплота испарения воды,

air – плотность воздуха, cair – удельная теплоемкость воздуха. Из решения этого уравнения определяются скорректированная температура T * и влажность воздуха AH * :

T * T dAH Lwater ,

air cair

AH * AH dAH.

Кроме того, процесс испарения влаги с почвы выработок сопровождается поглощением тепла. В предположении, что весь отъем тепла происходит у воздуха, следует активировать пересчет температуры воздуха в выработке после испарения.

Температура воздуха на участках будет скорректирована с учетом этого процесса

356

8.3.8. Расчет теплофизической модели

Запуск теплофизического расчета производится соответствующей командой из выпадающего меню модели.

В процессе расчета отображается специальное окно, в котором можно следить за текущим временем моделирования, фактическим шагом модельного времени, а также объемом потребляемой памяти.

Шаг модельного времени подбирается автоматически в случае включения опции его корректировки в свойства теплофизической модели, и может становиться очень мелким, сильно

357

увеличивая тем самым длительность расчета. Для ускорения расчета следует отключить проверку шага и следить за корректностью результатов моделирования самостоятельно.

Кроме того, в ходе моделирования сохраняется очень большой объем вычисленных результатов, что может приводить к переполнению памяти на больших сетях и длительных периодах моделирования.

Для предотвращения этого следует выбирать большой шаг сохранения результатов моделирования в окне с параметрами модели. К примеру, шаг модельного времени может быть равен пяти секундам, а шаг сохранения – шестидесяти, в этом случае сохранение результатов будет происходить только для каждого двенадцатого шага модельного времени.

В дополнение к этому в свойствах модели можно указать, что сохранять результаты нужно только за какой-то определенный период времени, что дает возможность радикально снизить требования к объему памяти в случае, если интересна не динамика теплофизических параметров, а лишь конечный результат.

Можно также ограничить максимальное число участков в каждой выработке при сохранении путем интерполяции данных.

358

Результаты теплофизического моделирования сохраняются в файле вместе со схемой, что может занимать значительное время, если моделирование проводилось для продолжительных интервалов времени.

При последующем открытии схемы из файла результаты моделирования будут подгружаться по мере надобности при просмотре соответствующих моделей. Возможно полное отключение сохранения результатов моделирования в файле для экономии времени моделирования.

359

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Вмонографии представлены основные направления развития методов математического моделирования рудничных аэрологических процессов: 1) развитие методов расчета стационарного воздухорасределения; 2) моделирование процессов тепло-

имассопереноса; 3) разработка методов моделирования быстро протекающих аварийных процессов и 4) разработка энергосберегающих способов управления проветриванием. Определена тенденция интеграции всех направлений с целью представления проветривания рудника как единого аэротеплогазодинамического процесса. В связи с бурным развитием вычислительной техники в последние десятилетия достигнут значительный прогресс в комплексном многофакторном моделировании, особенно в реализации численных методов расчета и практическом использовании результатов применительно к обеспечению безопасных условий ведения горных работ. Первое направление моделирования, связанное с решением сетевых задач воздухораспределения является базовым, поскольку разработка моделей второго (тепло- и массоперенос) и четвертого направлений (управление вентиляцией) в конечном итоге приводит к необходимости их сетевой адаптации, а третье направление является доработкой первого учетом инерционных свойств и сжимаемости воздуха.

Внастоящее время в связи со значительным увеличением мощности вычислительной техники распространение получают более надежные и быстро сходящиеся методы численного решения системы сетевых уравнений, имеющие гарантированную

ибыструю сходимость и требующие значительных объемов оперативной памяти. Если скорость протекания исследуемого аэрологического процесса невелика, то для его моделирования используется квазистационарное приближение. Процесс представляется дискретной последовательностью стационарных состояний, рассчитываемых многократно на каждом шаге по времени с обновляемыми текущими параметрами. Большинство моделей, относящихся к штатному режиму проветривания рудников, используется для практических расчетов именно в этом

360