Параметры ударного фронта в вязкой газовоздушной смеси, движущейся в горной выработке


Аннотация:

Подземная разработка угольных месторождений, особенно на глубоких горизонтах, сопровождается частыми проявлениями негативных факторов. Наибольшую опасность представляют ударно-волновые явления, инициирующие детонационные волны, проявляющиеся в форме взрывов. Они относятся к авариям с наиболее тяжкими экономическими и социальными последствиями.

Традиционно теория ударных волн в газах строится на основе модели идеального газа. Однако в горных выработках с рамной крепью из шероховатых труб наличие упомянутой шероховатости создает существенное сопротивление движению газовоздушной смеси, что приводит к необходимости учитывать ее вязкие свойства.

В статье исследованы структура, эволюция и устойчивость ударных волн в вязких газовоздушных смесях, образующихся в атмосфере горных выработок в результате внезапного выброса газа из подземного резервуара со сверхзвуковой скоростью. На основе классических законов сохранения массы, импульса и энергии получена формула, характеризующая изменение скорости газовоздушной смеси за фронтом ударной волны. Вычислена ширина фронта ударной волны, построены графики ее зависимости от различных параметров газовоздушной смеси. Выявлены некоторые закономерности изменений ширины фронта ударной волны и скорости газовоздушной смеси в горных выработках. Установлено, что с увеличением числа Маха в невозмущенном потоке эта скорость нелинейно уменьшается, причем тем существеннее, чем меньше показатель адиабаты Пуассона газовоздушной смеси. Анализ структуры фронта ударной волны показал, что его ширина при значении числа Маха более 1,8 не зависит от показателя адиабаты Пуассона.


Подпишитесь чтобы читать статьи полностью

Год за

16 848 р.

Подписаться
Подписка - это:
  • Возможность читать полные тексты статей за последние 3 года (недоступны без подписки)
  • Свежий номер до его печатного издания
  • Удобное чтение с любого типа устройств (Компьютеры, планшеты, смартфоны)
Список литературы:
  1. Список литературы 1. Большинский М.И., Лысиков Б.А., Каплюхин А.А. Газодинамические явления в шахтах. — Севастополь: Вебер, 2003. — 284 с.
  2. Об одном подходе к описанию суфлярных выделений газа из резервуаров угольного массива в горные выработки/ Н.В. Черданцев, С.В. Черданцев, Хи Ун Ли и др.// Безопасность труда в промышленности. — 2017. — № 3. — С. 45–52. DOI: 10.24000/0409-2961-2017-3-45-52
  3. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. — М.: Наука, 1987. — 502 с.
  4. Канторович Б.В. Основы теории горения и газификации твердого топлива. — М.: Книга по требованию, 2013. — 600 с.
  5. Chanyshev A.I. A method to determine a body’s thermal state// Journal of Mining Science. — 2012. — Vol. 48. — Iss. 4. — P. 660–668.
  6. Initiation of underground fire sources/ V.N. Oparin, T.A. Kiryaeva, V.Yu. Gavrilov et al.// Journal of Mining Science. — 2016. — Vol. 52. — Iss. 3. — P. 576–592.
  7. 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. — 2017. — Vol. 90. — Iss. 1. — P. 206–216. DOI: 10.1007/s10891-017-1557-2
  8. Анализ процесса горения микрогетерогенных пылегазовоздушных смесей в горных выработках/ С.В. Черданцев, Хи Ун Ли, Ю.М. Филатов, П.А. Шлапаков// Безопасность труда в промышленности. — 2017. — № 11. — С. 10–15. DOI: 10.24000/0409-2961-2017-11-10-15
  9. Combustion of fine dispersed dust-gas-air mixtures in underground workings/ S.V. Cherdantsev, Li Hi Un, Yu.M. Filatov et al.// Journal of Mining Science. — 2018. — Vol. 54. — Iss. 2. — P. 339–346.
  10. Левин В.А., Туник Ю.В. Инициирование детонационного горения угольной пыли в метановоздушной смеси// Физика горения и взрыва. — 1987. — № 1. — C. 3–8.
  11. 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. — Iss. 3. — P. 295–300.
  12. 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. — № 5. — P. 861–867.
  13. Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. — М.: Наука, 1966. — 688 с.
  14. Бартльме Ф. Газодинамика горения. — М.: Энергоиздат, 1981. — 280 с.
  15. Великович А.Л., Либерман М.А. Физика ударных волн в газах и плазме. — М.: Наука, 1987. — 296 с. 
  16. Ударные и детонационные волны. Методы исследования/ И.Ф. Кобылкин, В.В. Селиванов, B.C. Соловьев, Н.Н. Сысоев. — 2-е изд., доп. и испр. — М.: Физматлит, 2004. — 376 с.
  17. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика: учеб. пособие. В 10 т. Т. VI. Гидродинамика. — 5-е изд. — М.: Физматлит, 1986. — 736 с.
  18. Овсянников Л.В. Лекции по основам газовой динамики. — 2-е изд., доп. — М.–Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2003. — 336 с.
  19. Кошляков Н.С., Глинер Э.Б., Смирнов М.М. Уравнения в частных производных математической физики. — М.: Высшая школа, 1970. — 712 с.
  20. Вукалович М.П., Новиков И.И. Термодинамика. — М.: Машиностроение, 1972. — 672 с.
  21. Линденау Н.И., Маевская В.М., Крылов В.Ф. Происхождение, профилактика и тушение эндогенных пожаров в угольных шахтах. — М.: Недра, 1977. — 320 с.

Журнал входит в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней кандидата и доктора наук, сформированный ВАК Минобрнауки России. Публикуются статьи по следующим отраслям и группам научных специальностей: 01.04.00 — физика; 05.26.00 — безопасность деятельности человека; 02.00.00 — химические науки.

Журнал включен в Российский индекс научного цитирования (РИНЦ) и в международные базы данных: Scopus, Chemical Abstracts Service (CAS), EBSCO Publishing, Ulrich's Periodicals Directory.

подробнее

DOI: 10.24000/0409-2961-2019-5-20-26
Год: 2019
Номер журнала: Май
Ключевые слова : число Маха горные выработки газовоздушные смеси энтальпия внутренняя энергия тензор вязких напряжений фронт ударной волны
Авторы:
  • Черданцев С.В.
    Черданцев С.В.
    д-р техн. наук, гл. науч. сотрудник, svch01@yandex.ru АО «Научный центр ВостНИИ по промышленной и экологической безопасности в горной отрасли», Кемерово, Россия
  • Шлапаков П.А.
    Шлапаков П.А.
    канд. техн. наук, зав. лабораторией АО «Научный центр ВостНИИ по промышленной и экологической безопасности в горной отрасли», Кемерово, Россия
  • Лебедев К.С.
    Лебедев К.С.
    науч. сотрудник АО «Научный центр ВостНИИ по промышленной и экологической безопасности в горной отрасли», Кемерово, Россия
  • Шлапаков Е.А.
    Шлапаков Е.А.
    науч. сотрудник АО «Научный центр ВостНИИ по промышленной и экологической безопасности в горной отрасли», Кемерово, Россия