CC BY
51
------------------------------------ © С.Н. Кузьмин, И.М. Фадин,
М.А. Затевахин, И.В. Бригадин, 2009
УДК 622.41
С.Н. Кузьмин, И.М. Фадин, М.А. Затевахин,
И.В. Бригадин
ДИНАМИКА РАЗВИТИЯ ТЕРМИКА КАСКАДНОГО ВЗРЫВА ТВС В УСЛОВИЯХ ИНВЕРСНОЙ АТМОСФЕРЫ КАРЬЕРА
Представлены результаты расчетов каскадных взрывов ТВС для малых масс топлива и в условиях инверсной атмосферы карьера. Результаты расчетов и экспериментов имеют удовлетворительную сходимость. В условиях инверсии высота подъема облака до 10% меньше, чем при стандартной атмосфере. Ключевые слова: каскадный взрыв, состояние атмосферы, глубокий карьер, концентрация примеси.
Эффективность вентиляции глубокого карьера каскадным взрывом ТВС рассматривалось в ряде работ в теоретическом [1] и экспериментальном [2] аспектах.
Теоретические исследования проведены для условий стандартной атмосферы [5] и достаточно больших мощностей взрывов [1, 2] на основе численных решений уравнений турбулентной конвекции [3, 4, 6, 7].
В развитие этих исследований проведен расчет подъема облака, образованного взрывом 3 зарядов мощностью 30 кг ТНТ, разнесенных по высоте на 14 м. В этом случае, как хорошо видно на рис. 1, облака достаточно быстро объединяются и в дальнейшем поднимаются как одно целое. Зависимость высоты подъема центра этого облака от времени приведена на рис. 2.
Для исследования влияния состояния атмосферы был проведен расчет, в котором состояние атмосферы соответствовало согласно [8] типичной устойчивой стратификации в зимний период. В этом случае температура на уровне подстилающей поверхности равнялась 0 °С, на высоте 120 м она повышалась до 1,4 °С и затем до 7,5 °С на высоте 300 м. До высоты 1000 м температура была постоянной, а выше убывала с градиентом - 6,5°С/км. На начальной стадии подъема облака это состояние атмосферы практически не сказалось, но привело к некоторому уменьшению высоты подъема (см. рис. 3).
Рис. 1. Распределения избыточных температур (заливка) и завихренности (изолинии) на различные моменты времени
Рис. 2. Зависимости высоты подъема облака от времени
t, sec
Рис. S. Высота подъема центра облака і - инверсная атмосфера, 2 - стандартная атмосфера
Рис. 4. Безразмерное распределение примеси по высоте на момент времени 360 с. прямоугольник - начальное распределение
йте = 360 sec time = 360 sec
Т—I—| —I—I—I—| —|—|— |—|—Г П—I—| —|—|— |—|—|—|— |—|—г
Г Г
Рис. 5. Пространственные распределения концентрации примеси
Устойчивая стратификация приземного слоя привела к сильному торможению восходящего течения в следе за облаком и, соответственно, уменьшению выноса примеси (см. рис. 4).
Более того, уже через несколько минут подъема облака началось заметное оседание воздушных масс, которое хорошо видно при сравнении приведенных на рис. 5 распределений концентрации примеси.
----------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кузьмин С.Н. Модель вентиляции глубокого карьера каскадным взрывом ТВС. Доклад на 5-й Международной конференции «Физические проблемы разрушения горных пород» // Записки Горного института. СПб, 2007. Т.171. С.213-215.
2. Кузьмин С.Н., Бригадин И.В. Экспериментальное и теоретическое обоснование возможности вентиляции глубокого карьера каскадным взрывом ТВС. Материалы 4-й Международной конференции «Физические проблемы разрушения горных пород»; ИПкОн РАН; М.; 2005, с. 407-411.
3. Затевахин М.А. Турбулентный термик во влажной атмосфере // Теплофизика высоких температур. 2001. Т. 39. N 4. С. 573-580.
4. Dovgalyuk Y.A., Zatevakhin M.A., Stankova E.N. Numerical simulation of a buoyant thermal using the k-e turbulence model // J. Appl. Meteor. 1994. V. 33. N. 9. P. 1118.
5. Глаголев Ю.А. Справочник по физическим параметрам атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1971. 212 с.
6. Полежаев В.И. Численное моделирование естественной конвекции жидкостей и газов // Некоторые применения метода сеток в газовой динамике. Вып. 4. М.: МГУ, 1971. С. 86.
7. Затевахин М.А., Станкова Е.Н. Монотонизация конечно-разностных схем численного решения уравнений гидромеханики // Труды ГГО. 1991. Вып. 534. С. 73.
8. Атмосфера Справочник. JI. Гидрометеоиздат, 1991.510 с. Н5Н=Д
Kuzmin S.N., Fadin I.M., Zatevahin M.A., Brigadin I. V.
DYNAMICS OF CASCADE EXPLOSION TBC ASCENDING AIR DEVELOPMENT IN INVERSE ATMOSPHERE OF AN OPENCAST MINE CONDITIONS
Results of calculations of cascade explosions TBC for small fuel weights and in inverse atmosphere of an opencast mine conditions are presented. Results of calculations and experiments have satisfactory convergence. In the inversion conditions the cloud lifting height is up to 10 % less, than at standard atmosphere.
Key words: Cascade explosion, atmosphere condition, deep open-cast mine, impurity concentration.
— Коротко об авторах --------------------------------------------------
Фадин И.М. - доктор технических наук, профессор, Балтийский государственный технический университет «Военмех», специалист в области промышленной экологии, Санкт-Петербург,
Затевахин М.А. - кандидат технических наук, специалист по численным расчетам газодинамических задач, Балтийский государственный технический университет «Военмех»,
Бригадин И. В. - кандидат технических наук, профессор АВН, научноисследовательский центр 26ЦНИИ Минобороны РФ, специалист по экспериментальным исследованиям взрывных процессов, Санкт-Петербург, т/ф (812)5793186.
Кузьмин С.Н. - горный инженер, специалист по открытым горным работам, ОАО «Гранит-Кузнечное», т. (812)9954249,
