СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ СИЛЫ ДВИЖЕНИЯ ТЕЛА ПЕРЕМЕННОЙ МАССЫ В ТЕКУЩЕЙ СРЕДЕ Российский патент 2011 года по МПК E21F1/00 

Изобретение относится к области аэромеханики рудничной аэрологии, а также к области механики твердых тел и может быть использовано для получения более достоверных данных при определении аэродинамической силы движения тела с переменной массой в газообразных и жидких средах.

Известен способ определения аэродинамического сопротивления горных выработок (В.В.Кашибадзе, Аэродинамическое сопротивление горных выработок, М.: Недра, 1983. С.13-18), в котором путем замеров плотности воздуха, средней скорости движения воздуха около тела, площади миделева сечения тела и коэффициента лобового сопротивления определяют силу лобового сопротивления тела движению воздушного потока по математической формуле.

Недостатком известного технического решения является то, что он не учитывает массовую скорость движения тела в среде и априори принимает квадратичный режим движения воздушной среды около тела.

Известен также способ определения силы движения тела с постоянной массой, при котором замеряют массу тела, замеряют скорость его движения, замеряют время движения тела, определяют ускорение движения тела и определяют силу движения тела согласно второму закону И.Ньютона по математической формуле (Советский энциклопедический словарь, редкол., А.М.Прохоров (гл.ред.) и др. / Ньютона законы, с.903. М.: «Советская энциклопедия», 1983, 1600 с.). Данный способ принят за прототип.

Недостатком известного способа является то, что он не учитывает начальную силу движения тела в среде, реальные размеры тела, показатель режима движения массовой скорости тела в воздушной среде, показатель режима движения скорости воздуха относительно движущегося тела и сопротивление движению тела воздушной средой.

Известен также способ определения силы движения тела с переменной массой в воздушной среде (И.В. Мещерский, Работы по механике тела переменной массы, ГИТТЛ М.-Л., 1949, с.12-15), при котором устанавливают постоянную величину массы тела и скорости движения тела в данный момент времени, затем одновременно изменяют их величины в течение малого промежутка времени, после этого замеряют суммы измененной массы и скорости тела, измеряют скорость движения отделяющихся частиц массы от тела или присоединяющихся частиц до их присоединения к телу, одновременно замеряют импульс системы, состоящей из поступательного движения тела при постоянной массе тела, переменной скорости его движения и при переменной массе тела, постоянной скорости отделяющихся от него частиц массы, затем подставляют разность импульса системы в формулу закона импульса и получают уравнение для определения реактивной силы движения частиц массы относительно тела.

Недостатком известного способа определения аэродинамической силы является то, что в нем не учитываются начальная величина силы движения тела, реальные размеры тела, режимы его движения и сопротивление движению тела в среде.

Задачей изобретения является повышение безопасности, комфортности условий труда и улучшение технико-экономических показателей работы шахт.

Технический результат заявленного изобретения состоит в повышении точности определения величины силы движению тела в воздушной среде, а с ее учетом в повышении достоверности подаваемого расхода воздуха, в предотвращении профессиональных заболеваний, эндогенных пожаров, взрывов метана, угольной пыли и связанной с ними гибелью людей в шахтах.

Указанный технический результат достигается тем, что способ определения аэродинамической силы движения тела переменной массы в текущей среде включает выбор горного массива, находящуюся в нем выработку, измерение входного и выходного сечения выработки, подачу в выработку требуемого расхода воздушной среды, установку тела во входное сечение, измерение заданной массы тела, отличается тем, что дополнительно устанавливают устройством изменения скорости движения воздуха неподвижную воздушную среду в выработке, устанавливают на тело датчик измерения скорости и направления движения воздуха, измеряют длину и угол наклона выработки, сообщают телу устройством изменения массового расхода возможность движения в воздушной среде по длине выработки, измеряют время движения тела от входного до выходного сечения, одновременно измеряют заданный массовый расход движения тела и соответствующую ему заданную скорость движения воздушной среды относительно движущегося тела в выходном сечении выработки. Затем определяют возможные предельные отклонения от заданного значения массового расхода движущегося тела и соответствующей ему скорости движения воздуха относительно тела в выходном сечении выработки. При наличии отклонений массового расхода движения тела и скорости движения воздуха от заданных значений измеряют длину тела, площадь его миделева сечения, объем тела, определяют его форму. Затем устанавливают устройством изменения массового расхода движения тела в выходном сечении выработки минимальное его значение - при дальнейшем увеличении до максимального значения или максимальное значение - при дальнейшем снижении максимального массового расхода до минимального значения.

После этого изменяют массовый расход движения тела, скорость движения воздуха относительно тела от одного до другого предельных значений с переходом через заданные их значения. Затем измеряют в выходном сечении выработки объем тела, скорость воздуха, замеряют время движения тела от входного до выходного сечения, замеряют миделево сечение тела, определяют плотность тела и воздуха при их изменении, измеряют массовый расход тела и воздуха при каждом замере, измеряют разность массовых расходов тела и воздуха и определяют массовый расход движения тела в воздушной среде. Одновременно измеряют площадь миделева сечения тела, измеряют скорость движения воздуха, обтекающего тело, устройством ее измерения в выходном сечении выработки, определяют плотность объемного расхода воздуха, приходящегося на миделево сечение, определяют удельный объемный расход воздуха, соответствующий массовому расходу тела в выходном сечении выработки при каждом замере. Вслед за этим определяют показатель режима изменения массового расхода движения тела в среде между замерами при изменении удельной плотности объемного расхода воздуха и определяют начальную величину массового расхода тела. Затем определяют показатель режима изменения удельной плотности объемного расхода воздуха между замерами при изменении массового расхода движения тела в среде и определяют начальную величину удельной плотности объемного расхода воздуха. После этого определяют величину начальной аэродинамической силы движения тела и определяют при каждом замере аэродинамическую силу движения тела переменной массы в текущей воздушной среде при переменном массовом расходе движения тела, переменной удельной плотности объемного расхода воздуха и разных режимах их изменения по базовой математической формуле

,

где F - аэродинамическая сила движения тела в среде;

F₀ - начальная аэродинамическая сила движения тела в среде определяется по формуле

M₀ - начальный массовый расход движения тела в среде;

r₀ - начальная удельная плотность объемного расхода воздушной среды;

M - массовый расход движения тела в воздушной среде при каждом замере определяется по формуле

,

где ρ_т, ρ_c - соответственно плотность тела и среды;

V - объем тела;

t - время движения тела;

ν - скорость движения среды относительно тела;

S_м - площадь миделева сечения тела;

r - удельная плотность объемного расхода среды, обтекающей тело при каждом замере, определяется по формуле

Q - объемный расход движения среды, обтекающей тело, определяется по формуле

n - показатель режима изменения массового расхода движения тела в среде при переменной удельной плотности объемного расхода воздушной среды определяется по формуле

m - показатель режима изменения удельной плотности объемного расхода воздушной среды при переменном массовом расходе движения тела в среде определяется по формуле

Или скорость воздушной среды устройством ее изменения устанавливают в выходном сечении выработки на начальном уровне, а массовый расход движения тела его устройством изменяют, после этого замеряют массовый расход тела, определяют постоянную начальную удельную плотность объемного расхода воздушной среды, определяют соответствующие им показатели режимов изменения и определяют аэродинамическую силу движения тела переменной массы в текущей воздушной среде при постоянной начальной удельной плотности объемного расхода среды, переменном массовом расходе движения тела и разных режимах их изменения по формуле

,

где n+1; m=0 - показатели режимов изменения массового расхода тела и удельной плотности объемного расхода воздушной среды при постоянной начальной удельной плотности объемного расхода воздушной среды и переменном массовом расходе движения тела.

Или массовый расход движения тела устройством его изменения устанавливают в выходном сечении выработки на начальном уровне, а скорость движения воздушной среды ее устройством изменяют, после этого определяют удельную плотность объемного расхода воздушной среды, определяют постоянный начальный массовый расход движения тела, определяют соответствующие им показатели режимов изменения и определяют аэродинамическую силу движения тела переменной массы в текущей среде при постоянном начальном массовом расходе движения тела в среде, переменной удельной плотности объемного расхода среды и разных режимах их изменения по формуле

,

где n=0; m+1 - показатели режимов изменения массового расхода движения тела и удельной плотности объемного расхода воздушной среды при постоянном начальном массовом расходе движения тела и переменной удельной плотности объемного расхода среды.

Или массовый расход движения тела устройством его изменения устанавливают в выходном сечении выработки на начальном уровне, устанавливают скорость движения воздушной среды устройством ее изменения также на начальном уровне, после этого одновременно измеряют массовый расход тела, измеряют удельную плотность объемного расхода воздушной среды, определяют соответствующие им показатели режимов и определяют аэродинамическую силу в состоянии покоя или равномерного движения тела в среде при начальном массовом расходе тела, начальной удельной плотности объемного расхода воздушной среды и одинаковых режимах их изменения по формуле

,

где n=0; m=0 - показатели режимов массового расхода тела и удельной плотности объемного расхода воздушной среды.

Или определяют зависимость величин массового расхода тела и удельной плотности объемного расхода движения воздушной среды от аэродинамической силы, определяют общую точку равенства их величин, устанавливают массовый расход тела устройством его изменения и скорость воздуха устройством ее изменения на общем уровне, определяют удельную плотность объемного расхода воздушной среды, после этого измеряют массовый расход тела, удельную плотность объемного расхода воздушной среды, определяют начальные их величины, определяют соответствующие показатели режимов и определяют оптимальную аэродинамическую силу движения тела переменной массы при одинаковом уровне массового расхода тела, удельной плотности объемного расхода воздушной среды и разных режимах их изменения по формуле

,

где n, m - показатели режимов массового расхода тела и удельной плотности объемного расхода воздушной среды;

- соответственно равные величины массового расхода тела и удельной плотности объемного расхода воздушной среды.

Наличие причинно-следственных связей между начальной величиной аэродинамической силы и техническим результатом подтверждается тем, что общая величина аэродинамической силы движения тела в среде выработки, которая определяет требуемый расход воздуха, складывается из начальной величины и ее приращения при движении тела. Не учет этого вносит значительные ошибки в определение расхода воздуха и приводит к серьезным последствиям. Знание начальной величины позволяет прогнозировать изменение общей величины аэродинамической силы и расхода воздуха, что исключает дополнительные замеры параметров в каждой точке траектории движения тела, экономит время на расчеты, повышает точность результатов и обеспечивает достижение технического результата. Наличие причинно-следственной связи между реальными размерами тела и техническим результатом подтверждается тем, что реальные тела в шахте (скипы, клети, бадьи, капеж воды, движение угля самотеком и по конвейерам, составы поездов, вагоны, люди, монорельсовые дороги и другие движущиеся тела) имеют различные размеры и переменный массовый расход. При переменном массовом расходе тел изменяется расход воздуха в выработках, вплоть до полной остановки воздушной среды. В известном способе не учитываются реальные размеры тела, а рассматривается тело как упрощенная его модель в виде физической точки, которая обладает сосредоточенной в точке массой. Поэтому известный способ не позволяет определять сопротивление среды движению тела, т.к. точка размеров не имеет. Перечисленные недостатки известного способа не позволяют получить указанный технический результат. Наличие причинно-следственной связи между показателями режимов массового расхода тела, удельной плотности объемного расхода воздушной среды при движении тела переменной массы и техническим результатом подтверждается тем, что величины показателей режима массового расхода тела и скорости его движения тел переменной массы существенно отличаются от равномерно-ускоренного режима движения тела с постоянной массой. Поэтому учет режимов одновременного изменения массы тела и скорости его движения в течение времени движения тела позволяет учесть величины фактических показателей режимов движения массового расхода тела, скорости его движения и таким путем получить заявленный технический результат. Наличие причинно-следственных связей между сопротивлением среды, оказываемым движению тела удельной плотностью объемного расхода воздушной среды, и техническим результатом подтверждается тем, что тело реальных размеров имеет площадь сечения и объем, а среда имеет вязкость, что приводит к возникновению сопротивления движению тела в текущей среде. Физический смысл аэродинамической силы состоит в том, что она является равнодействующей двух сил - силы движения тела и силы сопротивления среды его движению, которые действуют во взаимосвязи между собой. Поэтому учет аэродинамического сопротивления движению тела в среде, учитывающий одновременно лобовое сопротивление и сопротивление трения, позволяет получить заявленный технический результат.

В предлагаемой формуле изобретения признак охарактеризован общим понятием, выражающим свойство, т.е. аэродинамической силой, охватывающей разные частные формы ее реализации. При этом в описании изобретения приводятся сведения, подтверждающие, что именно массовый расход движения тела и удельная плотность объемного расхода воздушного потока, содержащиеся в понятии - аэродинамическая сила, обеспечивают в совокупности с другими признаками получение указанного в формуле изобретения технического результата. В предлагаемой формуле изобретения признак аэродинамическая сила как общее понятие выражен в виде альтернативы при соблюдении условия, что при любом допускаемом указанной альтернативой выборе массового расхода движения тела и удельной плотности объемного расхода воздушного потока, в связи с другими признаками, включенными в формулу изобретения, обеспечивается получение одного и того же технического результата.

При этом в формуле изобретения характеризуются несколько вариантов определения аэродинамической силы, которые являются функционально самостоятельными. Так в формуле изобретения предусматривается определение аэродинамической силы движения тела при условии переменного массового расхода тела, переменной удельной плотности объемного расхода воздушного потока относительно движущегося тела и разных режимах их изменения по математическому выражению базовой формулы, или предусматривается определение аэродинамической силы движения тела при условии переменного массового расхода движения тела, постоянной удельной плотности объемного расхода воздушного потока и разных режимах их изменения по соответствующему варианту базовой математической формулы, или предусматривается определение аэродинамической силы движения тела при условии постоянной начального массового расхода тела, переменной удельной плотности объемного расхода воздушного потока и разных режимах их изменения по соответствующему варианту базовой математической формулы, или предусматривается определение аэродинамической силы движения тела при условии постоянного начального массового расхода тела, постоянной удельной плотности объемного расхода воздушного потока и одинаковых режимах их изменения по соответствующему варианту базовой математической формулы, или предусматривается определение аэродинамической силы при условии общего уровня равенства величин массового расхода тела и удельной плотности объемного расхода воздушной среды и разных режимах их изменения по соответствующему варианту базовой математической формулы.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан разрез выработки сбоку, а на фиг.2 - сверху. Позиции на чертежах обозначают: горный массив - 1, выработка - 2, входное сечение выработки - 3, выходное сечение выработки - 4, тело - 5, устройство изменения скорости движения воздуха - 6, датчик измерения скорости и направления движения воздуха - 7, длина выработки - 8, угол наклона выработки - 9, устройство измерения массового расхода тела - 10, направление движения тела - 11, направление движения воздушной среды - 12, длина тела - 13, площадь миделева сечения тела - 14, объем тела - 15, определяют форму тела.

Предлагаемый способ заключается в том, что для определения силы движения тела переменной массы в текущей среде выбирают горный массив 1, находящуюся в нем выработку 2, измеряют входное 3 и выходное 4 сечения выработки, подают в выработку требуемый расход воздушной среды, устанавливают тело 5 во входном сечении выработки, измеряют заданную массу тела, дополнительно устанавливают устройством изменения скорости движения воздуха 6 неподвижную воздушную среду в выработке, устанавливают на тело датчик 7 измерения скорости и направления движения воздуха, измеряют длину выработки 8, измеряют угол наклона выработки 9, сообщают телу устройством изменения массового расхода тела 10 возможность движения тела в воздушной среде 11 по длине выработки, измеряют время движения тела от входного до выходного сечения, одновременно измеряют заданный массовый расход движения тела и соответствующую ему скорость движения воздушной среды 12 относительно движущегося тела в выходном сечении выработки. Затем определяют возможные предельные отклонения от заданного значения массового расхода движущегося тела и соответствующей ему скорости движения воздуха относительно тела в выходном сечении выработки. При наличии отклонений массового расхода движения тела и скорости движения воздуха от заданных значений измеряют длину тела 13, площадь его миделева сечения 14, объем тела 15, определяют форму тела.

Затем устанавливают устройством изменения массового расхода движения тела в выходном сечении выработки минимальное его значение - при дальнейшем увеличении до максимального значения или максимальное значение - при дальнейшем снижении максимального массового расхода до минимального значения.

После этого изменяют массовый расход движения тела, скорость движения воздуха относительно тела от одного до другого предельных значений с переходом через заданные их значения. Затем измеряют в выходном сечении выработки объем тела, скорость воздуха, замеряют время прохождения тела от входного до выходного сечения, замеряют миделево сечение тела, определяют плотность тела и воздуха в выходном сечении при их изменении, измеряют массовый расход тела и воздуха при каждом замере, измеряют разность массовых расходов тела и воздуха и определяют массовый расход движения тела в воздушной среде при каждом замере. Одновременно измеряют площадь миделева сечения тела, измеряют скорость движения воздуха, обтекающего тело, устройством ее измерения в выходном сечении выработки, определяют плотность объемного воздуха, приходящегося на миделево сечение, и определяют удельный расход воздуха, соответствующий массовому расходу тела в выходном сечении выработки при каждом замере.

Вслед за этим определяют показатель режима изменения массового расхода тела в среде между замерами при изменении удельной плотности объемного расхода воздуха и определяют начальную величину массового расхода тела. Затем определяют показатель режима изменения удельной плотности объемного расхода воздуха между замерами при изменении массового расхода движения тела в среде и определяют начальную величину удельной плотности объемного расхода воздуха.

После этого определяют величину начальной аэродинамической силы движения тела и определяют аэродинамическую силу движения тела переменной массы в текущей воздушной среде относительно движущегося тела, при переменном массовом расходе движения тела, переменной удельной плотности объемного расхода воздуха и разных режимах их изменения по базовой математической формуле.

Или скорость движения воздушного потока устройством ее изменения 6 устанавливают в выходном сечении выработки на начальном уровне. Одновременно устанавливают устройством изменения массового расхода движения тела 10 в выходном сечении выработки соответствующее минимальное значение массового расхода при дальнейшем его увеличении до максимального значения или максимальное значение массового расхода при дальнейшем снижении до минимального значения, затем измеряют установленные значения скорости движения воздуха и массового расхода движения тела. После этого не изменяют скорость движения воздуха, а изменяют массовый расход движения тела от одного до другого предельных значений с переходом через заданное значение. Затем повторяют последующие операции и определяют аэродинамическую силу движения тела в текущей среде при постоянной начальной удельной плотности объемного расхода воздушного потока, переменном массовом расходе тела в воздушном потоке и разных режимах их изменения по соответствующему варианту базовой математической формулы.

Или массовый расход движения тела устройством его изменения 10 устанавливают в выходном сечении выработки на начальном уровне. Одновременно устанавливают в выходном сечении выработки устройством изменения скорости движения воздушного потока 6 соответствующее минимальное значение скорости движения воздуха относительно движения тела - при дальнейшем увеличении до максимального значения или максимальное его значение - при дальнейшем снижении скорости движения воздуха до минимального значения, затем измеряют установленные значения массового расхода движения тела и скорости движения тела в воздухе. После этого изменяют скорость движения воздуха от одного до другого предельных значений с переходом через исходные значения, а массовую скорость воздушного потока не изменяют, затем повторяют последующие операции и определяют аэродинамическую силу движения тела в воздушной среде при переменной удельной плотности объемного расхода воздушной среды, постоянном массовом расходе движения тела в среде и разных режимах их изменения по соответствующему варианту базовой математической формулы.

Или массовый расход движения тела устройством его изменения 10 устанавливают в выходном сечении выработки на начальном уровне, устанавливают скорость движения воздушной среды устройством ее изменения 6 также на начальном уровне, после этого одновременно измеряют массовый расход тела, измеряют удельную плотность объемного расхода воздушной среды, определяют соответствующие им показатели режимов и определяют аэродинамическую силу тела в состоянии покоя или равномерного движения в среде при начальном массовом расходе тела, начальной удельной плотности объемного расхода воздушной среды и одинаковых режимах их изменения по соответствующему варианту базовой математической формулы.

Или определяют зависимость величины массового расхода тела и удельной плотности объемного расхода воздушной среды от аэродинамической силы, определяют точку равенства их величин, устанавливают устройством 10 массовый расход тела и устройством 6 удельную плотность объемного расхода воздуха на общем уровне, измеряют их величины, определяют начальные значения величин, показателей режимов и определяют аэродинамическую силу переменной массы в состоянии покоя или равномерного движения тела при постоянном общем уровне массового расхода тела, удельной плотности объемного расхода воздушной среды и разных режимах их изменения по базовой математической формуле.

Замеры параметров в указанных пунктах производят следующими приборами и устройствами: пружинными весами измеряют массу тела; микроманометром с воздухомерной трубкой Пито, анемометрами МС-13, АСО-3 - скорость движения воздуха и скоростной напор; микробаронивелиром - барометрическое давление воздуха; мерной рулеткой - длину выработки, объем тела, площадь сечения тела и выработки; компьютером note book, секундомером - время движения тела; вентилятором типа ВМП - регулировалась скорость движения воздуха и плотность объемного расхода воздушного потока; термометром - замерялась температура воздуха.

Технический эффект, возникающий от совокупности существенных отличительных признаков предлагаемого изобретения, сводится к следующему: начальная величина аэродинамической силы, как комплексный и размерный коэффициент пропорциональности между общей величиной аэродинамической силы и определяющими ее факторами, позволяет повысить достоверность определения общей величины аэродинамической силы до 1.2-1.4 раза и таким путем повысить точность определения расхода воздуха, подаваемого в шахту. Учет нелинейности изменения показателя режима массового расхода движения тела в 1.3-2.1 раза и показателя режима удельной плотности объемного расхода среды в 5 раз и более позволяет уточнить величину аэродинамической силы в 1.3-1.5 раза и таким путем повысить точность определения расхода воздуха, а с его учетом повысить производительность труда горняков, снизить травматизм и исключить загазирование выработок, взрывы газа, пыли, эндогенные пожары и гибель людей в шахтах. Учет вариантов изменения массового расхода тела и удельной плотности объемного расхода воздушной среды позволяет расширить диапазон решения практических задач определения аэродинамической силы по предложенному способу, который одновременно учитывает трение и лобовое сопротивление, в отличие от известного аэростатического способа, который учитывает отдельно или трение, или лобовое сопротивление. Учет реальных размеров тела, в отличие от его размеров в виде физической модели-точки, позволяет рассчитывать аэродинамическую силу движения тела с переменной массой в движущейся среде с учетом аэродинамического сопротивления и таким путем обеспечивать получение требуемого технического результата.

В предлагаемом способе имеются параметры, содержащие пределы количественных значений, которые нормируются Правилами Безопасности по видам выработок. Так в вентиляционных стволах устанавливается минимальная и максимальная скорость движения воздуха (8-15 м/с), в выработках для хождения людей нормируется скорость движения воздуха (0.25-4 м/с). Массовый расход движения тел в выработках шахт не регламентируется и изменяется от нескольких килограммов до десятков тонн. Фактические пределы указанных параметров в шахтах зачастую превышают нормируемые пределы. Предложенный способ позволяет определять аэродинамическую силу движения тела в среде и в более широком диапазоне параметров.

Примером применения предлагаемого способа служит определение аэродинамической силы движения угля переменной массы в текущей воздушной среде вертикальной выработки под действием силы тяжести. Для осуществления способа выбирался горный массив 1 с находящейся в нем выработкой 2, измерялось входное 3 S_вх=1.1 м² и выходное 4 S_вых=1.1 m² сечение выработки, подавался в выработку через выходное сечение требуемый расход воздуха, устанавливалось тело 5 во входном сечении выработки, измерялась заданная его масса m=0.94 кг, создавалась устройством изменения скорости движения воздуха 6 неподвижная воздушная среда в выработке, устанавливался на тело датчик 7 для измерения скорости и направления движения воздуха, измерялась длина 8 выработки l=2.5 м измерялся угол α=90° наклона выработки 9, сообщалась телу устройством изменения массового расхода 10 тела возможность движения 11 по длине выработки, замерялось время движения тела от входного до выходного сечения t=0.45 c, одновременно измерялся заданный массовый расход движения тела M_з=2.08 кг и соответствующая ему заданная скорость движения воздушной среды относительно движущегося тела ν=4.42 в выходном сечении выработки. Затем определялись возможные предельные отклонения от заданного значения массового расхода движения тела , и соответствующие ему скорости движения воздуха относительно движения тела 12 ν_min=2.44, ν_max=6.92 в выходном сечении выработки. При наличии отклонений от заданных значений измерялась длина тела 13 l_т=0.082 м, площадь сечения тела 14 S_м=0.0071 м², объем тела 15 V=6.96·10^-4 м³, определялась форма тела в виде параллелепипеда. Затем устанавливалось в выходном сечении минимальное значение массового расхода тела M_min=0.125, при дальнейшем его увеличении до максимального значения M_max=2.82. После этого увеличивался массовый расход движения тела и увеличивалась скорость движения воздуха относительно тела от одного до другого предельных значений с переходом через исходные их значения. Затем измерялся в выходном сечении объем тела от V_min=1.766·10^-4 м³ до V_max=14.28·10^-4 м³, измерялось время движения тела от входного до выходного t_max=2 c, t_min=0.706 c сечения, определялась плотность тела и воздуха , измерялся массовый расход тела от до и воздуха от до , при каждом замере измерялась разность массовых расходов тела и воздуха и определялся массовый расход движения тела от до в воздушной среде. Одновременно измерялась площадь миделева сечения тела от S_min=0.0031 м²  _до S_max=0.0125 м² _, измерялась скорость движения воздуха относительно тела в выходном сечении выработки от ν_min=2.44 до ν_max=6.92, определялась плотность объемного расхода воздуха, приходящегося на миделево сечение от до определялся удельный объемный расход воздуха, соответствующий массовому расходу тела в выходном сечении выработки от до при каждом замере.

Вслед за этим определялся показатель режима изменения массового расхода движения тела между замерами n=0.32, определялась начальная величина массового расхода тела M₀=0.0071. Затем определялся показатель режима изменения удельной плотности объемного расхода воздуха между замерами m=2.96, определялась начальная величина удельной плотности объемного расхода воздушной среды r₀=0.193. После этого определялась начальная аэродинамическая сила движения тела F₀=0.0368 и определялась при каждом замере аэродинамическая сила движения тела в воздушной среде при переменном массовом расходе тела, переменной удельной плотности объемного расхода воздуха и разных режимах их изменения по базовой математической формуле изобретения

или определялась аэродинамическая сила при условии постоянной разности массовой скорости, переменной удельной плотности объемного расхода воздушной среды и разных режимах их изменения по базовой математической формуле изобретения

или определялась аэродинамическая сила при условии переменной массовой скорости, постоянной начальной разности удельной плотности объемного расхода воздушной среды и разных режимах их изменения по базовой математической формуле изобретения

или определялась аэродинамическая сила при условии постоянной начальной массовой скорости, постоянной начальной удельной плотности объемного расхода тела и одинаковых режимах их изменения по базовой математической формуле изобретения,

или определялась аэродинамическая сила при условии равенства массового расхода тела и удельной плотности объемного расхода воздушной среды и разных режимах их изменения по базовой математической формуле.

Заявленный способ позволяет решить поставленную задачу и получить технический результат, заключающийся в повышении точности определения величины аэродинамической силы движения тела переменной массы в текущей воздушной среде, а с учетом аэродинамической силы улучшить комфортные, безопасные условия труда и экономические показатели работы шахт.

Изобретение может быть использовано с помощью средств, известных в технике, например устройства изменения скорости движения воздуха - передвижных вентиляторов местного проветривания ВМЦ, ВЦ и др., стационарный вентиляторов главного проветривания ВОД, ВЦ, ВЦД и др.; устройств изменения массовой скорости движения тел - электровозов К 10, АРП 14, монорельсовых дорог, канатных машин, клетей, скипов, движущихся потоков угля, капежа воды и др.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть применено при определении аэродинамической силы движения тела. По способу устанавливают тело во входном сечении выработки, измеряют его массу, устанавливают в выработке неподвижную воздушную среду, измеряют длину выработки, угол ее наклона, сообщают телу возможность движения в воздушной среде. Измеряют заданный массовый расход движения тела и соответствующую ему скорость движения воздушной среды, определяют возможные предельные отклонения их от заданных значений. При наличии отклонений измеряют длину тела, площадь его миделева сечения, объем и форму. Устанавливают в выходном сечении выработки соответствующие их значения. Изменяют массовый расход тела и скорость движения воздушной среды. Замеряют в выходном сечении выработки массовые расходы тела и воздушной среды, определяют удельные плотности объемного расхода воздушной среды, соответствующие массовым расходам тела, определяют показатели режимов их изменения, удельной плотности воздушной среды, определяют начальную аэродинамическую силу тела. Определяют в выходном сечении выработки аэродинамическую силу движения тела в воздушной среде при переменной массовой скорости тела, удельной плотности объемного расхода воздушной среды и разных показателях режимов их изменения по приведенным математическим формулам. Технический результат заключается в повышении точности определения аэродинамической силы и повышении достоверности подаваемого в выработку расхода воздуха. 2 ил.

Способ определения аэродинамической силы движения тела переменной массы в текущей среде, включающий выбор горного массива, находящуюся в нем выработку, измерение входного и выходного сечений выработки, подачу в выработку требуемого расхода воздушной среды, установку тела во входное сечение, измерение заданной массы тела, отличающийся тем, что дополнительно устанавливают устройством изменения скорости движения воздуха неподвижную воздушную среду в выработке, устанавливают на тело датчик измерения скорости и направления движения воздуха, измеряют длину и угол наклона выработки, сообщают телу устройством изменения массового расхода тела возможность движения в воздушной среде по длине выработки, измеряют время движения тела от входного до выходного сечения, одновременно измеряют заданный массовый расход движения тела и соответствующую ему заданную скорость движения воздушной среды относительно движущегося тела в выходном сечении выработки, затем определяют возможные предельные отклонения от заданного значения массового расхода движущегося тела и соответствующей ему скорости движения воздуха относительно тела в выходном сечении выработки, при наличии отклонений массового расхода движения тела и скорости движения воздуха от заданных значений измеряют длину тела, площадь его миделева сечения, объем тела, определяют его форму, затем устанавливают устройством изменения массового расхода движения тела в выходном сечении выработки минимальное его значение - при дальнейшем увеличении до максимального значения или максимальное значение - при дальнейшем снижении максимального массового расхода до минимального значения, после этого изменяют массовый расход движения тела, скорость движения воздуха относительно тела от одного до другого предельных значений с переходом через заданные их значения, затем измеряют в выходном сечении выработки объем тела, скорость воздуха, замеряют время движения тела от входного до выходного сечения, замеряют миделево сечение тела, определяют плотность тела и воздуха при их изменении, измеряют массовый расход тела и воздуха при каждом замере, измеряют разность массовых расходов тела и воздуха и определяют массовый расход движения тела в воздушной среде, одновременно измеряют площадь миделева сечения тела, измеряют скорость движения воздуха, обтекающего тело, устройством ее измерения в выходном сечении выработки, определяют плотность объемного расхода воздуха, приходящегося на миделево сечение, определяют удельный объемный расход воздуха, соответствующий массовому расходу тела в выходном сечении выработки при каждом замере, вслед за этим определяют показатель режима изменения массового расхода движения тела в среде между замерами при изменении удельной плотности объемного расхода воздуха и определяют начальную величину массового расхода тела, затем определяют показатель режима изменения удельной плотности объемного расхода воздуха между замерами при изменении массового расхода движения тела в среде и определяют начальную величину удельной плотности объемного расхода воздуха, после этого определяют величину начальной аэродинамической силы движения тела и определяют при каждом замере аэродинамическую силу движения тела переменной массы в текущей воздушной среде при переменном массовом расходе движения тела, переменной удельной плотности объемного расхода воздуха и разных режимах их изменения по базовой математической формуле
,
где F₁ - аэродинамическая сила движения тела в среде;
F₀ - начальная аэродинамическая сила движения тела в среде, определяется по формуле

где М₀ - начальный массовый расход движения тела в среде;
r₀ - начальная удельная плотность объемного расхода воздушной среды;
М - массовый расход движения тела в воздушной среде при каждом замере, определяется по формуле
,
где ρ_т, ρ_с - соответственно плотность тела и среды;
V_т - объем тела;
t - время движения тела;
ν_с - скорость движения среды относительно тела;
S_м - площадь миделева сечения тела;
r - удельная плотность объемного расхода среды, обтекающей тело, при каждом замере, определяется по формуле
,
где Q - объемный расход движения среды, обтекающей тело, определяется по формуле
,
где n - показатель режима изменения массового расхода движения тела в среде при переменной удельной плотности объемного расхода воздушной среды, определяется по формуле
,
где n - показатель режима изменения удельной плотности объемного расхода воздушной среды при переменном массовом расходе движения тела в среде, определяется по формуле
,
или скорость воздушной среды устройством ее изменения устанавливают в выходном сечении выработки на начальном уровне, а массовый расход движения тела его устройством изменяют, после этого замеряют массовый расход тела, определяют постоянную начальную удельную плотность объемного расхода воздушной среды, определяют соответствующие им показатели режимов изменения и определяют аэродинамическую силу движения тела переменной массы в текущей воздушной среде при постоянной начальной удельной плотности объемного расхода среды, переменном массовом расходе движения тела и разных режимах их изменения по формуле
,
где n+1; m=0 - показатели режимов изменения массового расхода тела и удельной плотности объемного расхода воздушной среды при постоянной начальной удельной плотности объемного расхода воздушной среды и переменном массовом расходе движения тела,
или массовый расход движения тела устройством его изменения устанавливают в выходном сечении выработки на начальном уровне, а скорость движения воздушной среды ее устройством изменяют, после этого определяют удельную плотность объемного расхода воздушной среды, определяют постоянный начальный массовый расход движения тела, определяют соответствующие им показатели режимов изменения и определяют аэродинамическую силу движения тела переменной массы в текущей среде при постоянном начальном массовом расходе движения тела в среде, переменной удельной плотности объемного расхода среды и разных режимах их изменения по формуле
,
где n=0; m+1 - показатели режимов изменения массового расхода движения тела и удельной плотности объемного расхода воздушной среды при постоянном начальном массовом расходе движения тела и переменной удельной плотности объемного расхода среды,
или массовый расход движения тела устройством его изменения устанавливают в выходном сечении выработки на начальном уровне, устанавливают скорость движения воздушной среды устройством ее изменения также на начальном уровне, после этого одновременно измеряют массовый расход тела, измеряют удельную плотность объемного расхода воздушной среды, определяют соответствующие им показатели режимов и определяют аэродинамическую силу в состоянии покоя или равномерного движения тела в среде при начальном массовом расходе тела, начальной удельной плотности объемного расхода воздушной среды и одинаковых режимах их изменения по формуле
,
где n=0; m=0 - показатели режимов массового расхода тела и удельной плотности объемного расхода воздушной среды,
или определяют зависимость величин массового расхода тела и удельной плотности объемного расхода движения воздушной среды от аэродинамической силы, определяют общую точку равенства их величин, устанавливают массовый расход тела устройством его изменения и скорость воздуха устройством ее изменения на общем уровне, определяют удельную плотность объемного расхода воздушной среды, после этого измеряют массовый расход тела, удельную плотность объемного расхода воздушной среды, определяют начальные их величины, определяют соответствующие показатели режимов и определяют оптимальную аэродинамическую силу движения тела переменной массы при одинаковом уровне массового расхода тела, удельной плотности объемного расхода воздушной среды и разных режимах их изменения по формуле
,
где n, m - показатели режимов массового расхода тела и удельной плотности объемного расхода воздушной среды;
- соответственно равные величины массового расхода тела и удельной плотности объемного расхода воздушной среды.