Аеродинамічний опір.

Стінки повітропроводу і предмети, що знаходяться в ньому, завдають опір руху повітря, який називається аеродинамічним опором.

Розрізняють три види опорів: тертя, місцевий і лобовий.

Опір тертя характеризує втрату енергії повітряного потоку під час його тертя по стінках. Ця втрата енергії (депресія) розраховується за формулою:

 

(3.8)

де коефіцієнт тертя; кількість повітря в об’ємних одиницях, що проходить по повітропроводу в одиницю часу (витрата повітря).

За формулою (3.8) можна розрахувати депресію тертя даного повітропроводу при заданих , якщо коефіцієнт тертя і витрата повітря відомі.

Коефіцієнт в формулі (3.8) при турбулентному режимі руху залежить головним чином від шорсткості стінок повітропроводу: чим більша шорсткість, тим більший . При незмінній шорсткості стінок зменшується зі збільшенням діаметру повітропроводу. Для гірничих виробок змінюється від 5∙ до 260∙ в залежності від типу кріплення; для металевих трубопроводів від 2,5∙ до 3,7∙ ; для текстовінітових від 1,3∙ до 2,2∙ ; для тканинних трубопроводів коефіцієнт в середньому дорівнює 4,7∙ *.

Вираз:

(3.9)

[див. формулу (3.8)] називається аеродинамічним опором тертя. Чим він більший, тим більше втрати енергії на тертя за однієї і тієї ж витрати повітря в повітропроводі.

З формул (3.8) і (3.9) маємо ще один вираз для депресії тертя:

. (3.10)

Зменшення опору тертя повітропроводу можливе при зниженні шорсткості його стінок, а також при збільшенні перетину повітропроводу.

Місцеві опори виникають за різкої місцевої зміни форми потоку (повороти, звуження, розширення, місця з’єднання декількох повітропроводів і таке інше). Основною причиною їх виникнення є утворення вихрових (застійних) зон (мал. 14), що поглинають частину енергії потоку.

 

1

 

 

 

2

 

Мал. 14. Схема утворення вихрових зон (1 і 2) при звуженні потоку.

 

Депресія місцевого опору розраховується за формулою:

 

(3.11)

де коефіцієнт місцевого опору (безрозмірний); – густина повітря; площа повітропроводу до або після місцевого опору; витрата повітря в повітропроводі.

Коефіцієнт в формулі (3.11) залежить від виду місцевого опору. Його значення встановлюється експериментально і наводиться в довідковій літературі.

__________

* Більш детальні відомості про гірничих виробок і вентиляційних трубопроводів наводяться в довідниках з рудникової вентиляції.

Для зменшення місцевих опорів необхідно надавати повітропроводам такі форми, за яких об’єми застійних зон були б мінімальними (закруглення кутів, плавна зміна перетину та інше).

Лобові опори виникають при набіганні потоку на різні перешкоди (стійки, розстріли і таке інше). Основною причиною їх виникнення є вихрові зони за обтікаємими тілами (мал. 15).

 

 

 

Мал. 15. Схема утворення вихрової зони при обтіканні потоками циліндру.

Депресія лобових опорів розраховується за формулою:

, (3.12)

де коефіцієнт лобового опору (безрозмірний); міделевий перетин тіла, що створює лобовий опір (площа проекції тіла на площину, перпендикулярну до напряму руху повітря).

Коефіцієнт в формулі (3.12) при розвинутій турбулентності повітряних потоків залежить від форми і шорсткості поверхні тіла, що омивається; він має велике значення для менш омиваємої форми і за більш шорстких поверхонь тіл, що омиваються.

Для зменшення лобового опору тіла необхідно надати йому більш омивану форму; зниження шорсткості незначно зменшує опір.