Вы здесь

Удосконалення методу визначення сумарних витоків повітря через ізольовані пожежні дільниці

Автор: 
Зазимко Віталій Іванович
Тип работы: 
Дис. канд. наук
Год: 
2007
Артикул:
3407U000289
99 грн
(320 руб)
Добавить в корзину

Содержимое

РАЗДЕЛ 2
ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ИЗОЛИРОВАННОМ ПОЖАРНОМ ВЫЕМОЧНОМ УЧАСТКЕ ШАХТЫ ПОСЛЕ РАЗГЕРМЕТИЗАЦИИ ПЕРЕМЫЧЕК

В период ликвидации шахтных пожаров способом изоляции возникает необходимость в частичной временной разгерметизации перемычек, изолирующих аварийный выемочный участок, путем открытия вентиляционных проемов или вмонтированных в перемычки труб1, с целью применения средств подавления пламенного горения или охлаждения пород, а также для проведения замеров аэродинамических параметров и отбора проб пожарных газов.
На рис. 2.1 представлена типичная схема изолированного пожарного участка (ИУ). Изоляция произведена двумя перемычками: № 1 - со стороны свежей (поступающей) вентиляционной струи и № 2 - со стороны исходящей. Воздух в изолированное пространство проникает за счет притоков через перемычки и окружающие их, нарушенные ведением горных работ, породы.

В результате уменьшения аэродинамического сопротивления одной или нескольких перемычек, изменяется режим проветривания ИУ. Аэродинамические параметры ИУ после момента разгерметизации существенно изменяются во времени. Поскольку открытие вентиляционных проемов или разрушение перемычек производится практически мгновенно, то в ИУ начинается переходной аэродинамический процесс, длительность которого может зависеть от величины изолированного объема пожароопасного участка, сопротивления перемычек, объема выработанного пространства, температурных условий в ИУ и других факторов.
Проведение замеров в этот период не рекомендуется, поскольку утечки воздуха и давление непрерывно изменяются до уровня, который достигается спустя некоторый промежуток времени. Переходные аэродинамические процессы могут привести к существенному перераспределению температурного поля и поля концентраций пожарных газов и метана2, а также к усилению воздействия тепловой депрессии пожара на вентиляционную обстановку. Возрастает угроза развития пожара и расширения зоны поражения пожара по тепловому и газовому факторам за пределы изолирующих перемычек. Поэтому актуальна задача определения длительности переходного процесса после разгерметизации перемычек и прогноза вентиляционной, тепловой и газовой обстановки в ИУ после завершения переходного процесса.
Целью исследований является исследование динамики и длительности переходных аэродинамических процессов при разгерметизации ИУ.
Объект исследований - нестационарные аэродинамические процессы в изолированных выработках после изменения аэродинамического сопротивления ИУ (открытие вентиляционных окон или труб в перемычках).

2.1. Постановка задачи. Математическая модель нестационарных процессов тепломассопереноса в атмосфере ИУ после разгерметизации перемычек

Для достижения поставленной цели производится построение математической модели динамики расхода воздуха после уменьшения аэродинамического сопротивления перемычки со стороны поступающей вентиляционной струи, в зависимости от степени изменения этого изменения и с учетом температурных условий. Для геометрической характеристики объекта исследований используется пространственная координата , отсчитываемая от входа вентиляционной струи в ИУ непосредственно перед перемычкой № 1 (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Расчетная схема изолированного выемочного пожарного участка шахты:
1, 2 - изолирующие перемычки

Отсчет времени производится с момента завершения разгерметизации.
Для математического моделирования объекта исследований используются дифференциальные уравнения движения газовых потоков и конвективно-диффузионного переноса теплоты вида [55, 70, 72, 116]
, (2.1)
, (2.2)
где - плотность газовой среды атмосферы ИУ (воздуха) 3, ;
- скорость вентиляционной струи в изолированных выработках, м/с; индексы " t ", " x " и " xx " указывают на соответствующие частные производные по независимым переменным ;
- давление, Па;
- источники и потери давления по цепи выработок ИУ, ;
cp - теплоемкость воздуха, ;
Tt - температура воздуха, К ;
? - теплопроводность воздуха, ;
- источники и потери теплоты, .
Уравнения (2.1) - (2.2) дополняются уравнениями неразрывности и состояния газа [13, 70, 72, 116]
, (2.3)
где ? - универсальная газовая постоянная, .
Источники и потери давления, обусловленные аэродинамическим сопротивлением выработок и гравитационными силами [116], представляются следующим образом
, (2.4)
где ? - коэффициент аэродинамического сопротивления, 1;
? - средний периметр выработок ИУ, м;
S - средняя площадь поперечного сечения выработок ИУ, м2;
- проекция вектора гравитационного ускорения на ось x (положительная величина при восходящем проветривании выработок, отрицательная - при нисходящем и ноль - для горизонтальных выработок), ;
- плотность воздушного потока, поступающего в ИУ, кг/м3.
Принято, что источники теплоты находятся в пределах очага пожара, а на остальных участках происходит поглощение теплоты за счет теплообмена со стенками выработок:
, (2.5)
где - суммарный коэффициент конвективно-лучистого теплообмена между воздухом и породами вне очага пожара, ;
T0 - температура воздуха, поступающего в ИУ (принимается равной средней температуре пород на горизонте ИУ [39, 74, 111]), К;
? - дельта-функция [112]:

xон и xок - координаты границ очага пожара по направлению воздушного потока (см. рис. 2.2), м;
- коэффициент учета различия интенсивности нагревания воздуха в пределах очага пожара от интенсивности его охлаждения вне очага;
- суммарный коэффициент конвективно-лучистого теплообмена между воздухом и горящими в очаге пожара материалами (или поверхностью нагретых пород после подавления пламенного горения), ;
- максимальная температура в очаге пож