СТРУКТУРА И ПАРАМЕТРЫ УДАРНОГО ФРОНТА В ВЯЗКОМ ТЕПЛОПРОВОДНОМ ГАЗОВОЗДУШНОМ ПОТОКЕ ГОРНОЙ ВЫРАБОТКИ

Развитие горной техники, использование новых технологических схем очистных работ и их переход на более глубокие горизонты обуславливают интенсивное проявление газодинамических и теплофизических факторов. В первую очередь, это относится к внезапным выбросам угля и газа, суфлярным выделениям газа, ударным и детонационным волнам в атмосфере горных выработок. Не менее значимыми факторами являются пылегазовоздушные смеси, склонные к химическим реакциям окисления и образования очагов самонагревания, приводящих к изменению температурного поля в атмосфере горных выработок, что способствует возникновению дефлаграционных и детонационных процессов. В данной работе предпринята попытка построения и реализации математической модели течения газовоздушного потока, образующегося при внезапном выбросе газа из подземного резервуара в горную выработку со сверхзвуковой скоростью. При построении математической модели предполагается, что газовоздушный поток наделен свойствами вязкости и теплопроводности, а его движение при переходе через ударный фронт происходит стационарно. В процессе реализации модели получено автономное уравнение, решение которого построено по малому параметру, в качестве которого использовалось число Прандтля. Построен фазовый портрет, позволивший выявить изотермический скачок нулевой толщины при отсутствии вязкости, а при ее наличии обнаружена толщина скачка, в силу чего скачок перестает быть изотермическим. В ходе дальнейшей реализации математической модели получены формулы, определяющие параметры газовоздушного потока на значительном расстоянии за ударным фронтом, построены их графики и выявлены некоторые закономерности изменения параметров газовоздушного потока за ударным фронтом в зависимости от числа Прандтля, начального числа Маха и показателя адиабаты Пуассона.

Для цитирования: Черданцев С. В., Филатов Ю. М., Шлапаков П. А. Структура и параметры ударного фронта в вязком теплопроводном газовоздушном потоке горной выработки // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2019. – № 10. – С. 183–194. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-10-0-183-194.

Ключевые слова

Горные выработки, газовоздушные смеси, законы сохранения массы, импульсов и энергии, коэффициенты вязкости и температуропроводности, число Маха, число Прандтля, показатель адиабаты Пуассона, ударный фронт.

Номер: 10
Год: 2019
ISBN: 0236-1493
UDK: 622.272:516.02
DOI: 10.25018/0236-1493-2019-10-0-183-194
Авторы: Черданцев С. В., Филатов Ю. М., Шлапаков П. А.

Информация об авторах: Черданцев Сергей Васильевич — д-р техн. наук, главный научный сотрудник, e-mail: svch01@yandex.ru, Филатов Юрий Михайлович — канд. техн. наук, генеральный директор, e-mail: belovo-f@mail.ru, Шлапаков Павел Александрович — канд. техн. наук, зав. лабораторией, е–mail: shlapak1978@mail.ru, АО «Научный центр ВостНИИ по промышленной и экологической безопасности в горной отрасли» (АО «НЦ ВостНИИ»). Для контактов: Черданцев С.В., e-mail: svch01@yandex.ru.

Библиографический список:

1. Большинский М. И., Лысиков Б. А., Каплюхин А. А. Газодинамические явления в шахтах. — Севастополь: Вебер, 2003. — 284 с.

2. Черданцев Н. В., Черданцев С. В., Ли Хи Ун, Филатов Ю. М., Шлапаков П. А., Лебедев К. С. Об одном подходе к описанию суфлярных выделений газа из резервуаров угольного массива в горные выработки // Безопасность труда в промышленности. — 2017. — № 3. — С. 45—52.

3. Oparin V. N., Kiryaeva T. A., Gavrilov V.Yu., Tanashev Yu.Yu., Bolotov V. A. Initiation of underground fire sources // Journal of Mining Science, May 2016. Vol. 52, Issue 3, pp. 576—592.

4. Чанышев А. И. Об одном методе определения теплового состояния среды // Физикотехнические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2012. — № 4. — С. 83—93.

5. Черданцев С. В., Шлапаков П. А., Ерастов А. Ю., Хаймин С. А., Лебедев К. С., Колыхалов В. В., Шлапаков Е. А. Исследование температурного поля в породо-угольном скоплении в окрестности очага самонагревания // Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов. — 2018. — № 4. — С. 49—55.

6. Васильев А. А., Васильев В. А. Расчетные и экспериментальные параметры горения и детонации смесей на основе метана и угольной пыли // Вестник Научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. — 2016. — № 2. — С. 8—39.

7. Cherdantsev S. V., Li Hi Un, Filatov Yu. M., Botvenko D. V., Shlapakov P. A., Kolykhalov V. V. Combustion of Fine Dispersed Dust-Gas-Air Mixtures in Underground Workings // Journal of Mining Science March 2018, vol. 54, Issue 2, pp. 339—346.

8. Glushkov D. O., Kuznetsov G. V., Strizhak P. A. Initiation of Combustion of a Gel-Like Condensed Substance by a Local Source of Limited Power // Journal of Engineering Physics and Thermophysics, January 2017. Vol. 90, Issue 1, pp 206—216.

9. Amelchugov S. P., Bykov V. I., Tsybenova S. B. Spontaneous Combustion of Brown-Coal Dust. Experiment, Determination of Kinetic Parameters, and Numerical Modeling // Combustion, Explosion and Shock Waves, 2002, vol. 38, Issue 3, pp. 295—300.

10. Kurlenya M. V., Skritsky V. A. Methane Explosions and Causes of Their Origin in Highly Productive Sections of Coal Mines // Journal of Mining Science, 2017, vol. 53, no 5, pp 861—867.

11. Федоров А. В., Фомин П. А., Тропин Д. А. Простая кинетика и структура детонационной волны в метановоздушной смеси // Физика горения и взрыва. — 2014. — № 1. — С. 97—105.

12. Овсянников Л. В. Лекции по основам газовой динамики. — Москва-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2003. — 336 с.

13. Рахматуллин Х. А., Сагомонян А. Я., Бунимович А. И., Зверев Н. Н. Газовая динамика. — М.: Высшая школа, 1965. — 723 с.

14. Кошляков Н. С., Глинер Э. Б., Смирнов М. М. Уравнения в частных производных математической физики. — М.: Высшая школа, 1970. — 712 с.

15. Кутателадзе С. С. Основы теории теплообмена. — М.: Атомиздат, 1979. — 416 с.

СТРУКТУРА И ПАРАМЕТРЫ УДАРНОГО ФРОНТА В ВЯЗКОМ ТЕПЛОПРОВОДНОМ ГАЗОВОЗДУШНОМ ПОТОКЕ ГОРНОЙ ВЫРАБОТКИ

Подписка на рассылку