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

вого варианта, только с заменой A в (12) на A (b + 1). Фактически первый вариант сводится к третьему заменой обычной

удельной теплоемкости воды на эффективную, в b + 1 раз меньшую (cwэфф = сw/(b + 1)). Что касается второго варианта, то

он должен быть рассмотрен отдельно. В этом случае

где j1 соответствует первому варианту («влажный воздух»), а j3 –

третьему варианту («сухой воздух»). Оба этих решения должны «сшиваться» на границе xкр. Решение Tw (x) на промежутке [0; xкр] уже получено – это (7.45). Что касается промежутка [xкр; L], то решение будет аналогично (7.28), но константа будет другая:

Ранее B определялась из условия Tw (0) Tw0 , а теперь – Tw (xкр ) , где определяется из уравнения (7.44) при = 1:

Температура воздуха Tv (x), в предположении, что выделение тепла при конденсации идет только на нагрев жидкости, а в нагреве воздуха участвует только обычный теплообмен между водой и воздухом, вычисляется по формуле (7.21) усреднением Tvk (x) по всей длине теплообменника от 0 до L:

241

В табл. 7.2 представлены расчетные результаты эффективности работы охлаждающей установки (рис. 7.5) в зависимости от начальной относительной влажности воздуха η (%) и компоновки теплообменников относительно подачи воздуха (Tv0 = 30 °C, qv = 36 000 м3/ч) и антифриза (Tw0 = –1 °C, qw = 30 000 кг/ч). Рас-

смотрены четыре варианта компоновки: I) все 12 рядов теплообменников подключены последовательно, направления движения воздуха и жидкости совпадают; II) все 12 рядов теплообменников подключены последовательно, направления движения воздуха и жидкости противоположны; III) подача антифриза делится пополам на 1–6-й ряды и 7–12-й ряды, направления движения воздуха и жидкости совпадают; IV) подача антифриза делится пополам на 1–6-й ряды и 7–12-й ряды, направления движения воздуха и жидкости противоположны.

Таблица 7.2

Расчетные значения температуры охлажденного воздуха Tvk (°С) в зависимости от начальной относительной влажности η (%)

Из полученных результатов следует, что при заданном соотношении расходов воздуха и охлаждающей жидкости разные направления их подачи дают более интенсивный теплообмен для сухого и влажного воздуха. Для воздуха средней влажности наблюдается обратный эффект, вызванный, очевидно, тем, что выпадение влаги с выделением тепла при разнонаправленном движении воздуха и антифриза наступает раньше, чем при сонаправленном. Разделение подачи антифриза в начало и центр охлаждающей системы также улучшает теплообмен только для воздуха средней влажности по той же причине – более позднего наступления процесса конденсации влаги при более медленном движении жидкости.

242

В соответствии с результатами проведенных исследований следующие правила компоновки теплообменников позволяют добиться максимальной интенсивности теплообмена между воздухом и жидкостью:

противоположная подача воды в системах обогрева воздуха с последовательным подключением всех теплообменных секций;

противоположная подача хладоносителя в системах охлаждения сухого или близкого к насыщению влажного воздуха с последовательным подключением всех теплообменных секций;

разделение подачи антифриза в начало и центр охлаждающей системы для воздуха средней влажности.

Оптимальная конфигурация подключения теплообменных модулей произвольного типа в общем случае определяется на основании предварительных расчетов в соответствии с моделью теплообмена, не использующей усредненные характеристики.

243

ГЛАВА 8. АНАЛИТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС «АЭРОСЕТЬ» И ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ РУДНИЧНЫХ АЭРОЛОГИЧЕСКИХ

И ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Движение воздушных потоков, изменение температуры воздуха и концентрации вредных веществ в штатных и аварийных режимах проветривания рудников могут быть смоделированы в аналитическом комплексе «АэроСеть», созданном в отделе аэрологии и теплофизики Горного института УрО РАН на базе современных физико-математических моделей вентиляционных процессов. В большинстве известных программных продуктов вентиляционные расчеты реализуются следующим образом: процессы переноса рассчитываются на фоне постоянных расходов воздуха, а влияние тепловых депрессий на них либо не учитывается, либо учитывается, но считается известным и неизменным. Подход этот дает неплохие результаты при моделировании штатных режимов проветривания, но неприемлем для описания быстро меняющихся аварийных режимов проветривания, вызванных пожарами, отключениями – включениями источников тяги и открытием – закрытием отрицательных регуляторов. В целях преодоления этих трудностей при моделировании аварийных ситуаций в программе «АэроСеть» реализован модуль, позволяющий проводить нестационарные аэрогазотермодинамические расчеты с учетом инерционности воздушных потоков и динамики тепловых депрессий.

8.1. ОБЗОР ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПРОГРАММЫ

Центральным звеном аналитического комплекса является визуальная схема вентиляционной сети рудника, выполненная в виде ориентированного графа, работа с которой может осуществляться как в двумерном, так и в трехмерном режимах. При этом построенная в одном режиме сеть может редактиро-

244

ваться в другом режиме. Данный модуль предназначен для расчетов вентиляционной сети и визуализации полученных результатов. Расчетный модуль ПВК «АэроСеть» позволяет выполнять следующие задачи:

–создание трехмерной геометрической модели вентиляционной сети (рис. 8.1) с обеспечением широкого спектра задаваемых параметров элементов вентиляционной сети (рис. 8.2);

–расчет стационарного и нестационарного воздухораспределения;

–расчет тепло- и газораспределения в вентиляционной сети

(рис. 8.3);

–моделирование теплообмена рудничного воздуха с горным массивом и его влияния на воздухораспределение;

–определение устойчивости воздушных потоков в горных выработках;

–проектирование и расчет вентиляционных сетей рудников;

–выбор параметров главных вентиляторных установок;

–выбор параметров вспомогательных вентиляторов и средств отрицательного регулирования воздухораспределения;

–обработка данных воздушно-депрессионных съемок и анализ состояния проветривания рудников;

–разработка и анализ технических решений по улучшению проветривания участков шахтного поля;

Рис. 8.1. Трехмерная схема вентиляционной сети СКРУ-1 ПАО «Уралкалий»

245

Модуль «Электронный расчет количества воздуха и вентиляционный журнал» предназначен для определения необходимого количества атмосферного воздуха на проветривание всех потребителей в шахте, исходя из их потребности в воздухе, норм и правил безопасности, хранения и анализа шахтных замеров параметров атмосферы. Отображение информации представлено в виде древовидной структуры распределения требуемого количества атмосферного воздуха по потребителям рудника (рис. 8.4). Предусмотрено выполнение следующих задач:

–автоматический расчет требуемого количества воздуха для проветривания рудника в целом и любого участка в частности на основе введенных параметров и принятых правил расчета

всоответствии с регламентом по проветриванию;

–хранение в централизованной базе данных шахтных замеров;

Рис. 8.4. Древовидная структура распределения требуемого количества атмосферного воздуха по потребителям рудника

247

–формирование отчетных документов в соответствии с требованиями регламента по проветриванию и ЕПБ;

–анализ соотношения требуемых и фактических показателей проветривания;

–расчет рециркуляции на основе газовых съемок.

Модуль «Электронный план ликвидации аварий» предназначен для оперативной сортировки, визуализации и анализа данных по вентиляционной сети рудника в аварийной ситуации и служит основой для принятия управляющих решений в аварийной ситуации. Отображение информации производится на аксонометрической схеме рудника с нанесенными на нее условными обозначениями аварийных позиций, противоаварийных средств; путями выхода людей; путями подхода горноспасателей; требуемыми и просчитанными для аварии вентиляционными режимами (рис. 8.5). Модуль позволяет выполнять следующие задачи:

–предоставление специализированной графической среды, предназначенной для построения графической части плана ликвидации аварий;

–разработка оперативной и графической части ПЛА в единой программной среде (рис. 8.6);

–визуализация оперативной части ПЛА:

Рис. 8.5. Основное окно модуля «Электронный план ликвидации аварий»

248