Аэродинамическое моделирование

Моделирование аэрогазодинамики шахт

Метод фотоупругости

В основе метода лежит эффект двойного лучепреломления, проявляющийся в оптической чувствительности материалах

(целуллоид, бакелит, желатин) при действии механических напряжений. При просвечивании таких материалов поляризованным светом в моделях возникает оптическая картина, по которой судят о напряженно-деформированном состоянии исследуемого объекта.

Оптическое моделирование разделяется на статическое, применяемое для исследования горного давления, и динамическое, которым исследуют результата воздействия взрыва, удара и т.п. Наиболее часто его применяют для исследования распределения напряжений в массиве вокруг выработок и решают плоскую задачу, относящуюся к плоскости, перпендикулярной оси выработки.

При изучении напряженного состояния пород вокруг выработки изготавливают модель из оптически активного материала с соблюдением условий геометрического и силового подобий. Через модель пропускают луч поляризованного совета и на экране получают поле напряжений в виде линий различных цветов и оттенков. На основании этого судят о направлении векторов напряжений, о концентрации напряжений и о зонах, наиболее опасных с точки зрения устойчивости или прочности обнажения.

Теоретические основы метода базируются на использовании закона Гука о прямой пропорциональности между напряжением и деформацией. Поэтому он пригоден для изучения напряжений в упругой среде. Процессы, связанные с разрушением материалов, этим методом изучаться не могут.

Одна из экспериментальных установок для исследования аэрогазодинамики выработанных пространств представлена на рис. 7.1. Установка создана на кафедре рудничной аэрологии МТУ (г.Москва).

Аэродинамическая модель участка представляет собой прямоугольный корпус, выполненный из оргстекла с размерами 250 x 50 x 20 см, установленный на металлическом каркасе,

позволяющем менять угол наклона модели (угол падения пласта). Корпус заполнен материалом, моделирующем выработанное пространство. Лава (1) и выработки, примыкающие к выработанному пространству (2) моделируются пластмассовыми трубками диаметром 40 мм, Часть стенки канала, примыкающая к выработанному пространству, для обеспечения аэродинамической связи с ним, заменена металлической стенкой.

В качестве источника тяги использовалась воздуходувка, создающая избыточное давление до 600 мм.вод.ст. В воздуховод вмонтирован регулятор расхода воздуха (3). Исследуемый диапазон - 2.5+19,5 л/мин, при соответствующих числах Рейнольдса 0,033 + 0,251. Газ из баллона по газораспределительным трубкам (6) подается в распределительную коробку (7), расположенную в верхней части корпуса, разделенную на семь отсеков. Интенсивность газопоступления в секции устанавливается регуляторами (11).

Измерительная система модели включает в себя; расходометры типа ротамер (8) для определения расхода газа; трубки Пито для измерения расхода воздуха в выработках (4); микроманометр (10); лабораторный интерферометр ИТР-1 для измерения концентрации газа (9). Для замеров давлений и концентраций газа в объеме выработанного пространства в нижней стенке корпуса модели по прямоугольной сетке 10 х 10 см установлены пробоотборники (5).

В качестве материала, моделирующего выработанное пространство, выбран гравий, характеристики которого определялись по специальной методике.

Сконструированная таким образом установка позволяет исследовать распределение воздуха и метана на выемочном участке при различных схемах вентиляции, углах падения пласта от 0 до 60 градусов, при различной интенсивности ведения горных работ.

Дата добавления: 2014-12-25