Устройство для моделирования конвективных токов в больших объемах

 

(in 920227

Союз Советских

Социвпистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свнд-ву ! (22)Заявлено 04,12.79 (21) 2869112/22-03 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет

Опубликовано 15. 04. 82. Бюллетень № 14

Дата опубликования описания 1 5 . 04 .82 (5l)M. Кл.

Е 21 F 1/02

Гаоудиротееииый комитет

СССР ио делам иэебретеиий и открытий (53) УДК 622,445 (088. 8) В. А. Бойко, В. А. Джунь, В. В. Толстых, И. П. Резниченко и В. В. Соболевский (72) Авторы изобретения

Днепропетровский инженерно-строительный (7l) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ КОНВЕКТИВНЫХ

ТОКОВ В БОЛЬШИХ ОБЪЕМАХ

Изобретение относится к горной промышленности вентиляции горных разработок и может быть использовано при изучении движения конвективных токов, вызванных разностью температур в зам" кнутых объемах карьеров, шахт и т.п.

Известно устройство для моделиро" вания потоков воздуха в карьерах, включающее модель бортов карьера, позволяющих изменять профиль и аппаратуру контроля (1) . .10

Недостатком этого устройства является невозможность одновременной фиксации параметров в различных точках модели, так как их измерение прризводится с помощью серийных термоанемометров, которые создают существенные погрешности при измерениях. Такая модель не позволяет изучение поведения атмосферы .при различных температурных режимах. Кроме того, работа этого устройства основана на измерениях параметров в одной точке, и устройстВо не имеет индикаторов, которые позволили бы одновременно фиксировать эти же параметры во всем объеме модели с дальнейшим переносом состояния атмосферы на натуру. . Известно также устройство для моделирования газовых потоков, включающее герметичную камеру., в которой помещена модель горной выработки, и аппаратуру контроля (21.

Недостатком этого устройства явля. ется то, что с его помощью нельзя производить изучение конвективных токов, возникающих при наличии разности температур.

Целью изобретения является исследование на модели конвективных токов различной скорости и направления за счет фиксации температуры, скорости и направления конвективных токов с импульсами возмущения различной дли тельности в любой точке модели.

Цель достигается тем, что устройство снабжено термостатированным шка" фом, в котором установлена герметич3 92022 ная камера, выполненная из прозрачного материала, с образованием между ее стенками и стенками термостатированного шкафа полости, разделенной посредством теплоизоляционной перегородки на две части, фреоновым испарителем, нагревателем и термометром, установленными в полости, вентилятором для циркуляции воздуха в по лости, возмутителем конвективных то- te ков и индикаторами температуры и направления конвективных токов, помещенными внутри герметичной камеры,. а также системой подачи и системой подготовки воды, причем возмутитель конвек 1 тивных токов соединен с системой подачи воды, которая соединена с системой подготовки воды, а индикаторы температуры и направления конвективных токов соединены с аппаратурой контро- о ля °

Возмутитель конвективных токов выполнен в виде плоского теплообменного радиатора.

Система подачи воды выполнена в виде термостатированных емкостей.

Система подготовки воды выполнена в виде радиаторов с каналами для. циркуляции воды и теплоэлектрических батарей, при этом теплоэлектрические батареи установлены между радиаторами и соединены с ними своими полюсами, а каналы одного из радиаторов соединены с системой подачи воды в возмутитель.

Индикаторы температуры и направле- З5 ния конвективных токов выполнены в виде термопар и лепесточков, которые закреплены внутри герметичной камеры посредством горизонтальных нитей.

На фиг. l показано устройство для моделирования конвективных токов в больших объемах, общий вид; на фиг. 2то же, с установкой в герметичной камере модели карьера; на фиг. 3 — индикатор температуры и направления конвективных токов, общий вид; на фиг. 4 - то же, вид сверху; на фиг. 5 разрез А-А на фиг. 1.

Устройство содержит термостатированный шкаф 1, фреоновый испаритель

2, нагреватель 3 и термометр 4. Постоянная температура в шкафу поддерживается компрессором 5, испарителем 2 и подогревателем 3, которые управляются автоматическим регулятором 6, связанным с блоком питания 7; при этом компрессор 5 соединен с испарителем 2 трубопроводом 8, по которому

7 ф подается жидкий фреон в испаритель

2, термометр 4 связан с автоматическим регулятором 6 проводами 9, а автоматический регулятор 6, в свою очередь, соединен проводами 10 с электрическим нагревателем 3. Внутри герметичного шкафа 1 помещена герметичная камера 11. Камера 11 выполнена из прозрачного материала например органического стекла, а пространство

12, образованное внутренними стенками шкафа 1 и камерой l1, разделено теплоизолирующей перегородкой 13 на две части, между которыми помещен вентилятор 14. Внутри герметичной камеры 11 помещен возмутитель 15, который с помощью трубопровода 16 соединен с системой 17 подачи воды. Трубопровод 18 предназначен для слива использованной воды из возмутителя 15.

Система 17 подачи воды в возмутитель

15 состоит из термостатированных емкостей 19 и 20. Емкость l9 содержит воду с температурой, отличающейся от температуры атмосферы в герметичной камере 11 и зависит от требуемого возмущения, т.е. необходимого перепада температур, при котором необходимо моделировать конвективные токи внутри камеры 11. Емкость 20 заполнена водой при температуре, равной температуре атмосферы камеры ll. Каждая емкость

I9 и 20 снабжены сливными трубопроводами 21 и 22, с помощью которых поддерживается постоянный уровень воды.

Система 17 подачи воды содержит вентили 23-27, через которые производится наполнение емкостей 19 и 20 водой и подача ее в возмутитель 15. Система 17 подачи воды соединена трубопроводом 28 с системой 29 подготовки воды, а трубопроводом 30 — с водопроводной сетью. Система 29 подготовки воды содержит термоэлектрический генератор холода-тепла, выполненный в виде термоэлектрических. батарей 31, которые помещены между радиаторами 32 и 33 с каналами 34 и 35, по которым циркулирует вода. Каналы 34 радиатора 32 соединены трубопроводом 36 с водопроводной сетью, а трубопроводом

28 - с системой 17 подачи воды. Кана. лы 35 радиатора 33 трубопроводом 37 тоже соединены с водопроводной сетью, а трубопровод 38 предназначен для слива воды. Расход воды, поступающей в систему 29 подготовки воды, регулируется с помощью вентилей 39 и 40. Термоэлектрические батареи 31

5 920227 б

15

30

35 ю

55 питаются от реверсивного регулируемого источника 41 постоянного тока, с помощью которого регулируется холодопроизводительность генератора холЬдатепла. Устройство для моделирования содержит измерительный комплекс 42, содержащий помещенные внутри герметичной камеры 11 термопары 43, рав- номерно расположенные в вертикальной симметричной плоскости и закрепленные на горизонтальных нитях 44. На этих же нитях 44 закреплены индикаторы конвективных токов 45, выполненные в виде лепест ков из легкого гибкого материала, например шелка. Кроме измерительных термопар 43, возле возмутителя 15 установлены термопары

46 и 47., контролирующие температуру воздуха около нижней и верхней теп" лообменных поверхностей возмутителя

15, а термопары 48 и 49 - температуру на входе и выходе воды из него.

Термопары 43, расположенные в камере

11, выведены на общий клемник 50, расположенный в пространстве 12, и проводами 51 через герметичные проходные устройства 52 соединены с осциллографом 53. Термопары 46-49 выведены на переключатель 54 компенса-. ционными проводами тоже через аналогичные проходные устройства. Переключатель 54 через термостатированный сосуд 55 со льдом и помещенной в нем термопарой 56 соединен с потенциометром 57. Позицией 58 показана модель карьера.

Иоделирование конвективных токов в больших объемах с помощью предложенного устройства осуществляется следующим образом.. Натурный объем, в котором требуется изучать конвективные токи, пересчитывается на модель с учетом существующих критериев подобия и геомет- . рической аналогии. Иодель исследуема-45 го объема помещается в герметичную камеру 11 с возмутителем 15 и индикаторами температуры и направления конвективных токов, состоящих из термо пар 43 и лепестков, помещенных на горизонтальных нитях. Температура в воздушном пространстве 12 с помощью автоматического регулятора б, фреоноваго компрессора 5 с испарителем 2 и нагревателя 3 поддерживается все время постоянной и необходимой величины. Уровень температуры регулирует, .ся посредством контактного термомет". ра 4. Равномерность температуры по объему камеоы 11 обеспечивается вентилятором 14, установленным между перегородкой 13. С помощью возмутителя 15 и системы 17 подачи воды в него при различных температурах no" .: ступает вода и тем самым атмосфера воздуха в камере ll возмущается. Эта температура измеряется термопарами

43 и записывается с помощью осциллографа 53., по положению индикаторов направления конвективных токов 45 и скорости, определяемой по осциллограммам, судят о характере конвектие" ных токов в камере 11. Система 17 подачи воды в возмутитель 15 выполнена таким образом, что позволяет возбуждать температуру в камере 11 как длительно так и кратковременно, что осуществляется с помощью вентилей 25, 26 и 27. Если необходимо производит-ь длительное возмущение; то при этом, открывают вентили 25 и 27, а вентиль

26 закрывают. Вода из сосуда 19 при температуре, отличной от температуры воздуха камеры ll, по трубопроводу

16 поступает в возмутитель 15, охлаждает или нагревает его и по трубопроводу 18 сливается. При необходимости импульсного возмущения кратковремен" но открывают вентили 25 и 27, пропуская мерное количество воды через возмутитель 15, потом закрывают вентиль

25 и открывают вентиль 26, пропуская через возмутитель 15 воду при температуре, равной первоначальной температуре камеры 11. Этим можно создавать импульсное возмущение температу" ры в камере 11 различной длительности и скорости нарастания фронта импульса. В системе 29 подготовки вода из сети по трубопроводу 36 и вентилю

39 поступает в теплообменник, где охлаждается или нагревается термоэлектрическими батареями 31 и по трубопроводу 28 подается через вентили 23 и

24 в емкости 19 и 20. Нагрев или охлаждение воды в радиаторе 32 зависит от направления тока в термоэлектрических батареях 31, который регулируется реверсивным источником 41 постоянного тока. По радиатору 33 вода из сети по трубопроводам 37 и 38 поступает на слив и тем самым к одноименным спаям термобатареи 31 подается необходимое количество тепла, кото. рое зависит от того, .какую температуру необходимо получить в радиаторе

32. Вода из водопроводной сети по трубопроводу 30 может подаваться в

7 9202 емкость 20, благодаря чему можно путем смешивания быстро подготовить воду необходимой температуры. С помощью термопар 46 и 47, потенциометра 57 осуществляется контроль температуры окружающего возмутитель 15 воздуха, а термопарами 48 и 49 контролируется температура входящей и выходящей во. ды из возмутителя 15. Температуры, измеряемые термопарами 46, 47, 48 и 10

49, посредством "нулевой" термопары

56, помещенной в термостатированный сосуд 55.с температурой 0 С измеряются потенциометром 57 в абсолютных единицах. Для поочередного подключе- ts ния указанных термопар служи многопозиционный переключатель 54.

Предлагаемое устройство используется при моделировании нонвективных

ToKoB s глубоких карьерах, показыва- 2о ет высокую точность измерения направления скорости и температуры воздушных потоков в герметичной камере, что позволяет значительно снизить расходы на исследования атмосферных 2s явлений при различных перепадах температур, так как обеспечивает замену трудоемких натурных испытаний испытаниями на моделях. Применение предложенного устройства позволяет сущест- зо венно сократить время и средства при изысканиях и проектировании систем вентиляции большых объемов. Оно может быть использовано для натурного моделирования воздушных потоков при- з менительно к различным средствам искусственной вентиляции карьеров в периоды шамилей и инверсий. Ощутимый эфФект данное устройство может дать при выдаче практических рекомендаций по провет.риванию карьеров, подземных камер больших объемов, крупных промышленных зданий, спортивных и других сооружений.

Формула изобретения

1. Устройство для моделирования конвективных токов в больших объемах, включающее герметичную камеру, в которой помещена модель горной выработ" ки, и аппаратуру контроля, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью исследования на модели конвективных

55 токов различной скорости и направления за счет фиксации температуры, скорости и направления конвективных токов с импульсами возмущения различ27 8 ной длительности в любой точке модели, устройство снабжено термостатированным шкафом, в котором установлена герметичная камера, выполненная из прозрачного материала, с образованием между ее стенками и стенками термостатированного шкафа полости, разделенной посредством теплоизоляционной перегородки на две части, фреоновым испарителем, нагревателем и термометром, установленными в полости, вежтилятором для циркуляции воздуха в полости, возмутителем конвективных токов и индикаторами температуры и направления конвективных токов, помещенными внутри герметичной камеры, а также системой подачи и системой подготовки воды, причем возмутитель конвективных токов соединен с системой подачи воды, которая соединена с системой подготовки воды, а индикаторы температуры и направления конвективных токов соединены с аппаратурой контроля.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что возмутитель конвективных токов выполнен в виде плоского теплообменного радиатора.

3. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что система подачй воды выполнена в виде двух термостатированных емкостей.

4. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что система подготовки воды выполнена в виде радиаторов с каналами для циркуляции ,волы и термоэлектрических батарей, при этом теплоэлектрические батареи установлены между радиаторами и соединены с ними своими полюсами, а каналы одного из радиаторов соединены с системой подачи воды в возмутитель.

5. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем,,что индикаторы температуры и направления конвектив- ,ных токов выполнены в виде термопар и лепесточков, которые закреплены внутри герметичной камеры посредством горизонтальныХ нитей., Источники информации. принятые во внимание при экспертизе

T. Вентиляция шахт и рудников.

Сборник, вып. 5, fl., 1978, с. 23.

2. Авторское свидетельство СССР

N 393460, кл. Е 21 F 1/02, 1978

-(прототип) .