Термодинамическое разрушение талых рыхлых и связных пород
Как уже указывалось, что для очистки транспортных сосудов от налипшей горной массы применяют бесконтактный термодинамический способ. В качестве генератора высокоскоростной газовой струи применяют реактивные авиадвигатели, отработавшие свой моторесурс в воздухе. Схема взаимодействия высокоскоростной газовой струи авиадвигателя с очищаемой поверхностью представлена на рис. 5.1. В плоскости торможения радиус г' прямой струи определяется из выражения
r'=R0+0,176H, (5.1)
где r0 — радиус сопла, м; Н — расстояние от среза сопла до плоскости торможения, м.
Рис.5.1. Схема торможения высокоскоростной газовой струи о плоскую преграду
В центре пятна торможения скорость потока равна нулю. По мере удаления от центра пятна торможения начинает формироваться пристеночная струя, причем ее толщина (δ0) увеличивается по мере удаления от центра. На расстоянии r' от центра толщина пристеночной струи будет
δ0 = 0,492r'. (5.2)
В любом вертикальном сечении скорость пристеночной струи у плоской преграды равна нулю. Далее, по мере удаления от преграды, она возрастает, достигает максимума и затем убывает, стремясь к нулю. Линия и плоскость максимальных скоростей пристеночной струи соответственно называются динамической осью и динамической плоскостью пристеночной струи. Максимальное значение скорости Ur пристеночной струи имеет место на расстоянии (0,13 - 0,14) δ0 от плоской преграды. Текущее значение Ur в зависимости от радиуса пятна растекания пристеночной струи определяется из выражения
(5.3)
где UH — скорость прямой струи на расстоянии от плоской преграды, м/с.
За счет изменения скорости пристеночной струи от нуля до Ur в динамической плоскости создается дефицит давления, что обеспечивает отрыв агрегатных частиц прилипшей горной массы. Отрыв агрегатных частиц горной массы начинается в месте разворота прямой струи и заканчивается на некотором расстоянии r* от центра пятна растекания пристеночной струи. На расстоянии r > r* скорость пристеночной струи в динамической плоскости становится недостаточной для обеспечения дефицита давления, необходимого для отрыва агрегатных частиц прилипшей горной массы. Таким образом, разрушение налипшей горной массы происходит отдельными слоями агрегатных частиц в зоне 0 < r < r* вплоть до полной очистки транспортных емкостей или добычного горного оборудования от налипшей горной массы.
Условие, при котором происходит отрыв агрегатных частиц горной массы, имеет вид
(5.4)
где ΔР — дефицит давления, Па; П — пористость прилипшей горной массы; σсц — сцепление между агрегатными частицами горной массы, Па.
Величина ΔР связана со скоростью пристеночной струи в динамической плоскости следующим соотношением:
(5.5)
где γг— плотность газа струи, кг/м3.
С учетом (5.5) условие разрушения (5.4) примет вид
(5.6)
Подставляя в (5.6) значение Ur из (5.3) и решая квадратное уравнение относительно r*, получим радиус зоны, в которой происходит разрушение прилипшей горной массы:
(5.7)
Время разрушения τ* одного слоя агрегатных частиц в радиусе r* определяется из выражения
(5.8)
где Ur — средняя скорость пристеночной струи в динамической плоскости в интервале 0 < r < r*.
(5.9)
Время τ, необходимое для очистки прилипшего слоя горной массы толщиной h, определяется из выражения
(5.10)
где hc — толщина одного слоя агрегатных частиц, равная диаметру агрегатных частиц, м.
Скорость подвигания фронта Vл разрушения при очистке от налипшей горной массы будет
(5.11)
При очистке добычного и транспортного горного оборудования от налипшей горной массы высокоскоростной газовой струей обеспечивают протяжку генератора струи или наоборот — оборудования относительно генератора струи. При этом очищается полоса оборудования, ширина которой равна 2r*. Скорость протяжки Vзадают такой, чтобы очистка происходила на всю толщину налипшей горной массы,
(5.12)
На практике расстояние среза сопла генератора высокоскоростной газовой струи до очищаемой поверхности поддерживают таким, чтобы при протяжке обеспечивалось условие
2r* ≥ В, (5.13)
где В — ширина очищаемой поверхности оборудования, м.
Дата добавления: 2015-07-30; просмотров: 742;