Wyniki wyszukiwania - Biblioteka Nauki

1

Wyznaczanie pola prędkości i koncentracji gazów w wyrobiskach przewietrzanych wentylatorami wolnostrumieniowymi

100%

Branny M.

Górnictwo / Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie

|

2002

|

tom R. 26, z. 1

33-46

PL

W artykule przedstawiono metodę wyznaczenia pola prędkości i koncentracji gazów w wyrobisku ślepym przewietrzanym za pomocą wentylatora wolnostrumieniowego. Model matematyczny tworzą równania ciągłości, Naviera-Stokesa i transportu składników chemicznych oraz równania modelu k- epsylon (kinetyczna energia turbulencji, dysypacja kinetycznej energii turbulencji). W rozwiązaniu numerycznym wykorzystano metodę SIMPLER. W pobliżu ścian sztywnych układ równań był modyfikowany przez wprowadzenie funkcji ściany. Obliczenia wykonano dla wyrobiska ślepego o długości 60 m, którego pole przekroju wynosi 4,5 x 4,5 m, przewietrzanego wentylatorem wolnostrumieniowym wytwarzającym strugę o prędkości w jądrze 40 m/s. Postawione zadanie rozwiązano w dwóch etapach. W pierwszym wyznaczono ustalone pole prędkości i rozkład współczynnika lepkości turbulentnej. Etap drugi polegał na określeniu nieustalonego pola stężeń gazów toksycznych. W obliczeniach uwzględniono dwa źródła gazów toksycznych jakie występują w kopalniach rud miedzi, mianowicie: 1) roboty strzałowe z użyciem materiałów wybuchowych, 2) pracujące silniki spalinowe w urządzeniach mechanicznych. Wyniki numerycznych obliczeń prezentowane są graficznie w postaci rzutów wektorowego pola prędkości oraz rozkładów współczynnika lepkości turbulentnej i koncentracji gazu w wybranych przekrojach.

EN

The paper presents a method of calculation of velocity field and gas concentration in blind heading ventilated by jet fan. Mathematical model consists of continuity, Navier-Stokes and transport of chemical species equations and of k- epsylon equations of turbulence model (kinetic energy of turbulence, dissipation of kinetic energy of turbulence). A SIMPLER algorithm is used in numerical solutions. The equation system is modified by introducing the wall-function in the vicinity of solid walls. The calculations were carried on for 60 m long heading with a 4,5 x 4,5 m cross-section. The velocity of air at the fan's outlet was 40 m/s. A stated problem is solved in two stages. In the first one, there are calculated the steady fields of velocity and turbulence viscosity coefficient. In the second stage one determines the transient field of gas concentration. In calculations, two toxic gas sources which occur in cooper mines are taken into account - mainly: shooting and fuel engines. The results of calculations are presented in graphical form as a projection of vector velocity field and distributions of turbulence viscosity coefficient and gas concentration onto the chosen cross-section of the flow domain.

2

Modelowanie trójwymiarowych przepływów powietrza w wyrobiskach górniczych

100%

Branny M.

Archives of Mining Sciences

|

1998

|

tom nr 4

535-549

PL

W niektórych zagadnieniach aerologii górniczej zachodzi potrzeba wyznaczania trójwymiarowych pot wielkości wektorowych i skalarnych. Określenie parametrów klima-tycznych powietrza c/y rozkładu stężeń gazów szkodliwych w wyrobiskach komorowych lub przodkach wyrobisk ślepych wiąże się z wcześniejszym wyznaczeniem pola prędkości. W pracy przedstawiono numeryczną metodę wyznaczania trójwymiarowych, stacjonarnych pól prędkości w geometrycznie prostych obszarach - o kształcie prostopadłościanu. Podstawy modelu matematycznego stanowią równania Navier-Stokes'a i ciągłości, które uzupełnione o dwurównaniowy model turbulencji k-& tworzą zamknięty układ równań. Rozwiązanie uzyskano metodą różnic skończonych, stosując uproszczoną metodę SIMPLER. Człony konwekcyjne aproksymowano schematem hybrydowym. Układy rów-nań różnicowych rozwiązywano metodą ADI. W pracy zamieszczono przykład numerycz-nego wyznaczania trójwymiarowego pola prędkości przy przepływie powietrza przez komorę. Wyniki obliczeń przedstawiono w formie graficznej w postaci rzutów wektorowego pola prędkości na płaszczyzny prostopadle do układu współrzędnych. Przedstawiono wyniki podjętej próby weryfikacji modelu-

EN

In some tasks considered in suhsurface ventilation there appear problems concerning the calculation of 30 fields of vector or scalar quantities. Predicting the climatic parameters of the air or the concentration of toxic gases in chamber excavations or face areas of dead - end drifts entails determining the velocity fieid earlier. In the paper there is presented a numerical method for figuring three-dimensional, steady yelocity fields in geometrically simple spaces - those in rectangular prisms. The mathematical model connists of Navier-Stokes and continuity equations, which together with the k-r. turbulence model creates the closed system of equations. The sotution was obtained by means of finite- -difference method, utiiizing simplified SIMPLE algorithm. The convectional terms where approximated by hybrid scheme. Ań example of calculating 30 velocity fieid in case of air flow through chamber is presented in the paper. The results have been presented in graphical form as the projection of vector velocity fieid onto planes perpendicular to co-ordinate system. The numerical results where compared with experinient.

3

Numeryczna symulacja procesu wentylacji w wyrobiskach ślepych

100%

Branny M.

Górnictwo i Geoinżynieria

|

2005

|

tom R. 29, z. 1

9-20

PL

Przedmiotem rozważań są problemy i możliwości związane z numerycznym modelowaniem przepływów w wyrobiskach ślepych. Uwaga skoncentrowana jest na prognozowaniu wielkości wentylacyjnych w komorach o parametrach charakterystycznych dla systemu eksploatacji stosowanego w kopalniach LGOM. Omówiono podstawy matematycznego modelowania przepływów turbulentnych. Rozwiązywany układ złożony jest z 3D równań ciągłości, Reynoldsa, turbulentnego transportu składnika chemicznego oraz równań modelu k-epsylon (kinetycznej energii turbulencji i szybkości dysypacji tej energii). Przy dyskretyzacji równań stosowano metodę objętości kontrolnej oraz technikę UPWIND. W opracowanych kodach numerycznych wykorzystano schemat hybrydowy. Nieliniowe układy równań dyskretnych rozwiązywano, stosując procedurę SIMPLER. Przedstawiono wyniki obliczeń 3D pola prędkości i koncentracji gazów w komorach. Badano możliwość skutecznego eliminowania zagrożeń gazowych pochodzących od maszyn wyposażonych w silniki spalinowe i będących wynikiem robót strzałowych. Zamieszczono wyniki symulacji numerycznej ustalonego pola prędkości oraz czasoprzestrzennego pola stężeń gazów szkodliwych przy skupionych i rozłożonych źródłach gazów. Spostrzeżenia wynikające z wariantowych obliczeń umożliwiają określenie warunków, przy których komory mogą być skutecznie przewietrzane wentylatorami wolno-strumieniowymi. Dokładność odwzorowania numerycznego oceniano, porównując wyniki obliczeń z pomiarami. Uznano, że wygenerowany na drodze numerycznej obraz pola prędkości i pola stężeń domieszek gazowych odzwierciedla pola rzeczywiste z wystarczającą dla praktycznych celów dokładnością.

EN

The study explores the potential of numerical modelling of airflow in blind headings. The main focus is forecasting the ventilation parameters in headings and galleries characteristic of copper mines belonging to the LGOM Corporation. The fundamentals of mathematical modelling of turbulent flows are provided. The model makes use of 3D continuity and Rynolds equations, the equation of turbulent transport of chemical components and the equations of the k-epsylon model (kinetic energy of turbulence, the rate of kinetic energy dissipation). The discretisation procedure involved the control volume method and the technique UPWIND. The developed numerical codes employ the hybrid schemes and power-law techniques. Nonlinear systems of discrete equations were solved with the use of SIMPLER procedures. 3D velocity fields and gas concentrations calculated for galleries are provided. The chief objective is to eliminate the hazardous conditions caused by the presence of gas pollutants emitted by diesel-powered engines in machines and produced in the course of blasting operations. The results of numerical solutions of steady-state velocity field and the time-space field of concentration of gaseous pollutant emitted by lumped or distributed gas sources are presented. The accuracy of numerical representation is evaluated by comparing the prognosticated values with measurements. The obtained physical fields by way of numerical procedures portray the real fields sufficiently well for practical purposes.

4

Numerical simulation of airflowin blind headings ventilated with jet fans

100%

Branny M.

Archives of Mining Sciences

|

2003

|

tom Vol. 48, nr 4

425-443

EN

The paper presents a method of calculation of velocity field in blind galleries ventilated by jet fans. The CFD code was used in numerical prediction of the airflow. Mathematical model consists of equations of continuity, Navier-Stokes and the standard equations of k-[epsilon] model of turbulence. The governing equation system is modified in near-wall region by introducing the wall function. There was assumed that the flow is turbulent, geometrically three-dimensional and the air could be treated as an incompressible gas. There were studied the flow fields obtained for two galleries with different cross-sections. Calculations and in situ measurements were performed for galleries in cooper mines. The calculated flow field, projected on same horizontal planes is presented. The measurements were taken in four cross-sections of gallery. A rotating vane anemometer and velometer were used in measurements. The experimental results were used to test simulation data. The quantitative correlation between experimental and numerical results is good but there are notified quantitative differences, however the accuracy of numerical representation seems to be sufficient for practical applications. The reasons of above differences stick both in simplifications of theoretical model as well as in measurement technics. The selection of proper boundary conditions on walls (giving consideration to roughness of surfaces) and at inlet is fundamental for accurate predictions.

PL

Eksploatacja w kopalniach LGOM-u polega na rozcinaniu złoża pasami i komorami na filary technologiczne. Komory tworzą wyrobiska ślepe o długościach wynoszących przeważnie 25-30 m, które przewietrzane są wentylatorami wolnostrumieniowymi instalowanymi na ich wlotach. Skuteczność przewietrzania zależy od zasięgu strumienia generowanego przez wentylator, a jej ocena może opierać się na istniejącym rozkładzie parametrów takich jak prędkość przepływu, temperatura powietrza czy stężenie gazów. W artykule przedstawiono teoretyczny sposób wyznaczania pola prędkości w wyrobiskach ślepych przewietrzanych wentylatorami wolnostrumieniowymi oraz w oparciu o pomiary in situ podjęto próbę weryfikacji modelu. Do opisu ruchu powietrza w komorze wykorzystano techniką bazującą na metodach CFD. Rozważany przepływ jest typu eliptycznego, można w nim wyróżnić obszar ze strugą nawiewną, strefą objętą przepływem recyrkulacyjnym i warstwą z przepływem przyściennym. Model matematyczny złożony jest z równań Naviera-Stokcsa (1) i ciągłości (2) oraz dwu równań (4), (5) tworzących model lepkości turbulentnej k-[epsilon] ( kinetyczna energia turbulencji, dyssypacja kinetycznej energii turbulencji). Warunki brzegowe na ścianach zadawane są w postaci funkcji przyściennych uwzględniających chropowatość powierzchni. Przy formułowaniu równań zachowania opisujących przepływ w warstwie przyściennej korzystano z badań J. Nikuradzego. W rozwiązaniu numerycznym stosowano dwuwarstwowy model funkcji ściany, oparty na równaniach (10) i (11). Naprężenia styczne na ściance chropowatej wyznaczano z zależności (12) i (13). W węzłach bezpośrednio przylegających do ścian sztywnych model turbulentny jest modyfikowany poprzez uwzględnienie w równaniu (1) siły powodującej zmniejszanie prędkości w warstwie przyściennej, wynikającej z zależności (12), (13). Również w członach źródłowych równania (4) wprowadza się odpowiednie zmiany uwzględniające naprężenia styczne zdefiniowane wzorami (12), (13). W rozważaniach przyjmuje się, że przepływ ma charakter turbulentny 3D, a powietrze jest gazem nieściśliwym. Dyskretyzację obszaru przeprowadzono w oparciu o siatkę różnicową o przesuniętych węzłach. Przy wyprowadzaniu schematu różnicowego korzystano z metody objętości kontrolnej oraz techniki up wind. Człony konwekcyjne i dyfuzyjne aproksymowano schematem hybrydowym. Do wyznaczania pola prędkości i ciśnień stosowano algorytm (Branny 2000) wzorowany na procedurach SIMPLE/SIMPLER. Obliczenia i pomiary in situ prędkości przepływu powietrza wykonano dla dwóch komór różniących się wymiarami poprzecznymi i polami przekrojów. Kształt i wymiary komór, w których wykonano pomiary przedstawiono na rysunku 1. Wyrobiska przewietrzane były wentylatorami WOO-63. W obliczeniach numerycznych przyjęto, że komory mają kształt prostopadłościanów o wymiarach 5,0 x 2,0 x 27 m i 5,5 x 4,0 x 26 m. Wyznaczone pola prędkości prezentowane są w postaci rzutów na wybrane płaszczyzny pionowe (x1-x3) i przedstawione na rysunkach 2 i 3. W obu wariantach strumień powietrza płynie do przodka wzdłuż ścian wyrobiska przy których umieszczony jest wentylator, natomiast strumień powrotny wzdłuż ścian przeciwległych. Strefa wyrobiska rozciągająca się od wentylatora na odległość 17-18 m charakteryzuje się intensywnym mieszaniem powietrza. Ilość recyrkulującego powietrza w znacznej jej części przekracza wydatek wentylatora. Prędkość przepływu powietrza mierzono anemometrem skrzydełkowym firmy Lambrecht, welometrem precyzyjnym firmy Luga oraz anemometrem czaszowym firmy Castell. Rysunki 4, 5 i 6 przedstawiają rozkłady prędkości (obliczonej i zmierzonej) wzdłuż linii pomiarowych (osi x2) w trzech wybranych przekrojach poprzecznych komory niskiej. Zmierzone i obliczone maksymalne i minimalne prędkości w odległościach równych 0,5 m od stropu i spągu oraz w połowie wysokości wyrobiska zestawiono w tabeli 1. Pod względem jakościowym, wygenerowany na drodze numerycznej obraz pola prędkości odzwierciedla przepływ rzeczywisty, odnotowuje się natomiast różnice ilościowe. Przyczyn tych różnic można upatrywać zarówno w uproszczeniach tkwiących w modelu teoretycznym, jak i w technice pomiaru prędkości przepływu. Zależności (12) i (13) uwzględniają tzw. chropowatość piaskową, opierającą się na jednym wymiarze charakterystycznym - wymiarze nierówności ściany. Wiadomo, że wpływ ma nie tylko wysokość nierówności, ale również ich kształt oraz gęstość rozmieszczenia na powierzchni. Wyrobiska górnicze charakteryzują się dużą, niejednorodną chropowatością ścian. Jest to rodzaj przewodów wentylacyjnych nic mający odpowiednika w innych zastosowaniach technicznych. W piśmiennictwie brakuje sprawdzonych wzorów uwzględniających wpływ tego typu chropowatości na przepływ w warstwie. Przy stosowanej technice pomiaru wielkością mierzoną był moduł wektora prędkości, natomiast kierunek i zwrot określano wizualnie. Przy tej metodzie błąd pomiaru może być znaczny, szczególnie w obszarach o zmiennym kierunku przepływu. Pomimo stwierdzonych różnic ilościowych pomiędzy obliczeniami i pomiarami można uznać, że wyniki symulacji numerycznej opisują przepływ rzeczywisty z wystarczającą dla praktyki dokładnością. Dokładność odwzorowania zależy przede wszystkim od wyboru właściwych warunków brzegowych na ścianach sztywnych (uwzględniających dużą chropowatość powierzchni) oraz w otworze nawiewnym.

5

Modelowanie numeryczne procesu przewietrzania przez dyfuzję wyrobisk ślepych

100%

Branny M.

Górnictwo i Geoinżynieria

|

2004

|

tom R. 28, z. 4/2

25-35

PL

W pracy zaprezentowano dwuwymiarowy (2-D) model matematyczny turbulentnego transportu pędu oraz substancji i jego zastosowanie do rozwiązywania zagadnień przewietrzania wyrobisk ślepych bez stosowania lokalnych, wspomagających wentylację urządzeń. Opis matematyczny tworzą równania ciągłości, Naviera-Stokesa, transportu substancji chemicznej oraz równania modelu k-epsilon w wersji dla małych liczb Reynoldsa. Przebieg symulacji numerycznej obejmuje dwa etapy obliczeniowe. W pierwszym wyznacza się dyskretne ustalone pola prędkości średniej i lepkości turbulentnej, a następnie niestacjonarne pola stężeń zanieczyszczeń gazowych. Symulację numeryczną wykonano dla dwóch długości wyrobiska ślepego: 10 m i 15 m, oraz dla czterech wartości średnich prędkości przepływu powietrza w wyrobisku korytarzowym: 1 m/s, 2 m/s, 3 m/s i 4 m/s. Wyniki obliczeń, obrazujące ustalone pole prędkości i nieustalone pole stężeń domieszek gazowych w obszarze wnęki, przedstawiono w postaci graficznej.

EN

Mathematical model of mass and momentum turbulent transport and its application to the solutions of some mine ventilation problems are presented in the paper. There is considered the gas flow in blind cavity, which is generated by the main airflow along the gallery. Mathematical model consists of continuity and Navier-Stokes equations, which together with the k-epsylon turbulence model for low-Reynolds numbers creates the closed equations system. Because among the seeking flow--fields variables are the gaseous contaminant, than the additional equation is added: namely transport equations for chemical species. The study consists of two parts. In the first one steady fields of velocity and turbulent viscosity are calculated. The second stage includes the digital simulations of time-dependent gas concentration fields inside the cavity. Numerical calculations are performed for two length of cavity -10 m and 15m- and four values of airflow velocities: 1 m/s, 2 m/s, 3 m/s and 4 m/s. Simulation results are presented in graphical form.

6

Numeryczna symulacja przepływu powietrza w strefach przodkowych wyrobisk z wentylacją odrębną

100%

Branny M.

Cuprum : czasopismo naukowo-techniczne górnictwa rud

|

1999

|

tom nr 11

53-61

PL

W referacie przedstawiono numeryczną metodę obliczania trójwymiarowych, ustalonych pól prędkości, temperatury i koncentracji gazów w strefach przyprzodkowych. Model matematyczny składa się z równań ciągłości, Naviera-Stokesa i równań transportu kinetycznej energii turbulencji, dysypacji kinetycznej energii, entalpii i składników chemicznych. Rozważano zarówno tłoczący jak i ssący system wentylacji. Rezultaty obliczeń przedstawiono w formie graficznej w postaci rzutów wektorowego pola prędkości oraz rozkładów temperatury i koncentracji gazów na płaszczyzny prostopadłe do układu współrzędnych.

EN

There is presented a numerical method of calculation three-dimensional, steady fields of velocity, temperature and gases concentration in dead-end drifts. The mathematical model consists of continuity, Navier-Stokes equations and transport equations of kinetic energy of turbulence, dissipation of kinetic energy of turbulence, entalphy and chemical species. There are considered bough supply and exhaust systems of ventilation. The results of calculation have been presented as the projection of vector velocity field and distribution of temperature and gases concentration onto planes perpendicular to the co-ordinate system.

7

Computer simulation of flow of air and methane mixture in the longwall- return crossing zone

100%

Branny M.

Archives of Mining Sciences

|

2006

|

tom Vol. 51, no 1

133-145

EN

This paper investigates how the positions of jet fans, installed at the outlet ITom the longwall region, should affect the efficiency of methane rarefaction and removal ITom the area. The adequacy of the suggested solution is verified by numerical simulations supported by the programme FLUENT 6.1. The flow region comprising two crossing headings (Iongwall end section with the return airway) is shown in Fig. I. Methane inflow ITom the rock strata is modelled by assuming the appropriate boundary condition on one of the walls restricting the flow region. The potentials to reduce methane hazards by the use of free jet fans are explored. The fan WLE-603B is installed in the inlet cross-section of the niche (x = 5 m), in three positions: a) half-way the section width, 0.5 m from the roof b) in the upper corner ofthe inlet cross-section c) in the lower corner of the inlet cross-section and d) underneath the roof, at the distance x = 4 m from the niche front e) underneath the roof, at the distance x = 6 m from the niche front Fig. 5-6 and 7-8 show velocity fields and distributions of mass fractions of methane at selected cross-sections. The most favourable variants are those designated as b (Fig. 5, 7) and c and e, where the fan is positioned in the upper or lower corner of the inlet cross-section or when it is pushed into the through-flow stream. Registered differences between these solutions are minor and prove to be negligible in practical applications.

PL

W pracy analizowano wpływ rozmieszczenia wentylatorów pomocniczych, instalowanych na wylocie ze ściany na możliwość rozcieńczania i usuwania metanu z tego rejonu. Skuteczność projektowanego rozwiązania oceniano drogą symulacji numerycznej. Obliczenia wykonano przy użyciu programu FLUENT 6.1. Obszar przepływu, składający się z dwóch krzyżujących się wyrobisk (sekcja końcowa ściany z chodnikiem nadścianowym) przedstawiono na rys. 1. Dopływ metanu z górotworu modelowano poprzez przyjęcie odpowiedniego warunku brzegowego na jednej ze ścian ograniczających obszar przepływu. Założono, że mieszanina powietrzno-metanowa jest gazem doskonałym i ściśliwym, dla którego znajduje zastosowanie równanie Clapeyron'a. Ruch mieszaniny jest ustalony zaś proces przebiega w warunkach izotermicznych. Rozważany problem opisany jest układem równań ciągłości (2) oraz Naviera-Stokesa, modelu k-E: i transportu składników chemicznych o postaci ogólnej (3) (FLUENT Inc., 2005). W otworach wlotowych zadawano stały strumień masowy zarówno dla powietrza jak i metanu. Kinetyczną energię turbulencji i szybkość dyssypacji tej energii wyliczano przy założeniu 10% intensywności turbulencji na wlocie. Udziały masowe poszczególnych składników mieszaniny gazowej wynosiły dla powietrza y Nz = 0.76; y Oz = 0.23 i Y HzO= 0.01 natomiast dla wlotu metanu Y c~ = 1.0. W przekroju otworu wylotowego zakładano, że ciśnienie jest wielkością stałą natomiast dla pozostałych zmiennych przyjmowano, że w kierunku przepływu at; = o . Przy opisie warunków przyściennych korzystano z klasycznego modelu ax funkcji ściany. W prezentowanych przykładach analizowano możliwość zmniejszenia zagrożenia metanowego przy użyciu wentylatora wolnostrumieniowego. Wentylator WLE-603B usytuowano w przekroju wlotowym do wnęki (x = 5 m) w trzech położeniach: a) w połowie szerokości w odległości 0.5 m od stropu, b) w górnym narożu przekroju wlotowego, c) w dolnym narożu przekroju wlotowego oraz d) pod stropem w odległości x = 4 m od czoła wnęki, e) pod stropem w odległości x = 6 m od czoła wnęki. Na rysunkach 5+6 i 7-8 przedstawiono odpowiednio obrazy pól prędkości oraz rozkłady udziałów masowych metanu w wybranych przekrojach. Najkorzystniejszymi rozwiązaniami z uwagi na możliwość rozcieńczania i usuwania metanu z rozważanego obszaru są warianty b (rys. 5,7), c i e, w których wentylator znajduje się w górnym lub dolnym narożu przekroju wlotowego bądź też przesunięto go w głąb strumienia obiegowego. Odnotowane różnice między tymi rozwiązaniami są nieznaczne a dla praktyki nieistotne. Najwyższe stężenia metanu występują gdy wentylator znajduje się we wnęce (wariant d, rys. 6, 8) jak również wtedy gdy jest zainstalowany pod stropem w połowie szerokości wnęki (wariant a). Obliczenia numeryczne odwzorowują również strefę przepływu wtórnego związaną ze zmianą kierunku przepływu prądu obiegowego a powstającą w wyniku oderwania strugi na krawędzi przecięcia się calizny ściany i ociosu chodnika nadścianowego.

8

Age of air as the criterion of ventilation efficiency in recirculating flows

100%

Branny M.

Archives of Mining Sciences

|

2004

|

tom Vol. 49, nr 1

29-41

EN

Mining operations in copper mines in the Legnica-Głogów region employ mostly the room and pillar method. Workings up to 60 m long are ventilated by jet fans installed at the inlets. In the present study one of the ventilation efficiency parameters is considered: the mean, local age of air index 8 (Sandberg 1981). It is expressed as the time a particle travels from the inlet to the aired point. In the region where 0 reaches its highest values gas admixtures can hardly be rarefied. Two workings, differing in length and geometrical parameters (cross-sections) are considered in the study. The workings are ventilated with fans WOO-63. Fig. 2 and 3 show predicted age of air distributions for three considered cross-sections (x1-x2)In the chamber 27 m in length (Fig. 2) the mean age of air reaches its maximal value in the inlet section to the blind working, i.e. in the return stream, near the open cross-cat with the streamline fresh air. In the long chamber (Fig. 3) the most adverse conditions occur in the zone stretching from 35 to 55 m from the inlet (i.e. it takes longer to remove or rarefy gaseous admixtures). The maximal standardised value of 9 might be used as a nondimensional criterion of ventilation efficiency. Its maximal admissible value (expressing the efficiency of pollutants removal) is determined by comparing the time-space distribution of concentration of mine gas components with the mean, local age of air field. Accordingly, an assumption is made that at the initial moment the heading is filled with blast gas. Thus determined time-space distributions of gas concentration in the two chambers considered in the study are shown in Fig. 4 and 5. In qualitative terms the concentrations fields are the same as the age of air fields. This similarity is maintained at other time instants too. It appears that ventilation of blind workings aired with jet fans is sufficient as long as the maximal value of the standardised, local age of air is less than 5.

PL

Eksploatacja rud miedzi w kopalniach LGOM polega na rozcinaniu złoża pasami i komorami na filary technologiczne. Komory, o długościach dochodzących do 60 m, tworzą wyrobiska ślepe, które przewietrzane są wentylatorami wolnostrumieniowymi instalowanymi na ich wlotach. Skuteczność przewietrzania tego typu wyrobisk zależy od wielu czynników, wśród których podstawowe znaczenie mają: parametry początkowe strumienia, położenie wentylatora w przekroju poprzecznym wyrobiska, jak i wszelkiego rodzaju przeszkody znajdujące się na drodze strumienia. W celu scharakteryzowania systemu wentylacyjnego pod względem zdolności do usuwania zanieczyszczeń używa się wskaźników określających sprawność procesu przewietrzania. W pracy do oceny efektywności wentylacji wyrobisk ślepych przewietrzanych wentylatorami wolnostrumieniowymi wykorzystano wskaźnik średniego, lokalnego wieku powietrza (Sandberg 1981; Spalding 1958). Wskaźnik ten interpretowany jest jako czas, który upłynął od wlotu cząstki substancji do przewietrzanego obiektu. Równanie transportu średniego, lokalnego wieku powietrza ma postać (Sandberg 1981; Chen i in. 1969). Rozważania zamieszczone w pracy dotyczą dwóch komór różniących się wymiarami poprzecznymi i długościami. Wyrobiska przewietrzane są wentylatorami WOO-63. Oś wentylatorów skierowana jest równolegle do osi wyrobiska. Prędkość powietrza na wylocie z wentylatora wynosi 40 m/s, a pole przekroju dyfuzora 0,2 m. W obliczeniach numerycznych przyjęto, że komory mają kształt prostopadłościanów o wymiarach 5,5 x 2,0 x 27 m (komora niska o długości 27 m) i 5,0 x 4,0 x 60 m (komora wysoka o długości 60 m). Wentylator WOO-63 zainstalowany jest w odległości 1 m od ociosu oraz 0,75 m od stropu w komorze niskiej, w komorze wysokiej natomiast w odległości od stropu równej 1 m. W obliczeniach wykorzystano wyznaczone w (Branny 2002, 2003) pole prędkości przepływu oraz wartości współczynnika lepkości turbulentnej. Na rysunkach 2 i 3 przedstawiono obliczone rozkłady znormalizowanego wieku powietrza dla trzech wybranych przekrojów poziomych (x1-x2). W przypadku komory o długości 27 m (rys. 2) największe wartości średni wiek powietrza osiąga w strefie początkowej wyrobiska ślepego, tzn. w strumieniu powrotnym w pobliżu skrzyżowania komory z wyrobiskiem z obiegowym prądem powietrza. Cecha ta jest charakterystyczna dla przepływów przybliżanych tzw. modelem tłokowym i świadczy o intensywnym mieszaniu powietrza w całym obszarze komory. W komorze długiej (rys. 3) najtrudniejsze warunki, z uwagi na szybkość usuwania i rozrzedzania domieszek gazowych, wystąpią w strefie rozciągającej się między 35 a 55 m. Komora jest intensywnie przewietrzana na długości około 30 m, po czym wskutek zmniejszającej się ilości powietrza świeżego płynącego w kierunku przodka, jak i recyrkulacji powietrza, pogarszają się warunki wentylacyjne określane przez zdolność do rozcieńczania zanieczyszczeń gazowych. Maksymalna znormalizowana wartość 0 w komorze 27 m wynosi około 2,45, natomiast w wyrobisku 60 m zawiera się w przedziale 3,4-3,6. Wskaźnik ten może służyć jako kryterium niemianowane do oceny stanu wentylacji. Jego maksymalną, dopuszczalną wartość z uwagi na szybkość usuwania zanieczyszczeń gazowych określono poprzez porównanie czasoprzestrzennego rozkładu stężeń składników gazowych z polem średniego, lokalnego wieku powietrza. W tym celu przyjęto, że w chwili początkowej wyrobisko zostało wypełnione gazami postrzałowymi. Wyznaczony czasoprzestrzenny rozkład stężenia gazu dla dwóch komór o parametrach jak wyżej przedstawiono na rysunkach 4 i 5. W obu przypadkach jakościowe obrazy rozważanych pól stężeń są identyczne z odpowiednimi polami obrazującymi wiek powietrza. Podobieństwo to zachowuje się również dla innych chwil czasowych. Po kilkunastu minutach przewietrzania stężenie CO w komorze 27 m maleje do około 1% wartości początkowej. Podobną wielkość stężenia w komorze 60 m osiąga się po około 30 min przewietrzania. W kopalniach LGOM przerwa czasowa pomiędzy wykonaniem robót strzałowych a wejściem załogi do przodka wynosi 2-3 godz. Wynika stąd, że wentylacja obu rozważanych komór z uwagi na szybkość usuwania gazów postrzałowych jest wystarczająca. Wykonane eksperymenty numeryczne przy odmiennym usytuowaniu wentylatora w przekroju poprzecznym wyrobiska oraz dla komór o innych wymiarach geometrycznych przedstawiono na rysunku 6. Można więc przyjąć, że w wyrobisku ślepym przewietrzanym wentylatorem wolnostrumieniowym stan wentylacji jest zadawalający, gdy maksymalna wartość znormalizowanego, lokalnego wieku powietrza jest mniejsza od około 5. Kryterium średniego, lokalnego wieku powietrza jest narzędziem, które z powodzeniem można stosować do oceny stanu wentylacji. Koncepcja ta jest szczególnie użyteczna w przypadku badania przepływów recyrkulacyjnych oraz takich, w których mechanizm transportu dyfuzyjnego ma istotne znaczenie. Badanie efektywności wentylacji metodami nieustalonymi, polegające na wyznaczaniu czasoprzestrzennych rozkładów stężeń zanieczyszczeń gazowych, dostarcza identycznych informacji, ale przy większym nakładzie pracy.

9

Nummerical modelling of heat exchange between a human body and the environment

63%

Wacławik J. , Branny M.

Archives of Mining Sciences

|

2004

|

tom Vol. 49, nr 2

223-251

EN

This paper outlines a mathematical model of the heat exchange between a human and environment inside a mine working. At low and moderate temperatures and air humidity, the body heat is transferred to the environment essentially by convection. In extreme climatic conditions heat exchange is accomplished by sweat evaporation. At temperatures exceeding the skin temperature heat loss by evaporation becomes the main temperature regulation mechanism. In our considerations we assumed the state of thermal equilibrium, when no heat is accumulated in the body. The heat balance for the human body is given as: M=C+R+B+E where: M - metabolic heat production, C - conductive heat, R - radiation heat exchange (long-wave radiation), E - evaporative heat transfer, B - respiratory heat loss. An assumption is made that the average skin temperature is a factor controlling the convective, radiant and evaporative modes of heat exchange. Several formulas come from the international standard ISO 7933 "Hot environments. Analytical determination and interpretation of thermal stress using calculation of required rate of sweat productions". Factors that affect the state of thermal stress include: -heat accumulation in a worker's body; -maximum rate of sweat productions emitted during work; -dehydration level; -level of skin wettedness. The heat balance of human body enables the estimation of these parameters.

PL

Przedmiotem pracy jest matematyczny model wymiany ciepła między ciałem górnika a otoczeniem w wyrobiskach podziemnych. Przy niskich i umiarkowanych temperaturach i wilgotnościach powietrza ciepło z ciała górnika odprowadzane jest do otoczenia przede wszystkim drogą konwekcji. W trudnych warunkach klimatycznych dominującą rolę odgrywa parowanie potu. W temperaturach powietrza prze- wyższających temperaturą skóry ciała parowanie potu jest jedynym mechanizmem odprowadzenia ciepła z ciała. Omawiane w pracy obliczenia dotyczą stanu równowagi cieplnej, gdy w ciele nie gromadzi się ciepło. Bilans cieplny ciała wyraża zależność: M=C+R+B+E gdzie: M - metabolizm, C - konwekcja, R - promieniowanie, B - oddychanie i E - parowanie potu. W pracy przyjęto, że funkcję regulującą wymianę ciepła spełnia średnia temperatura skóry ciała człowieka, a podana równość zachodzi dzięki dostosowaniu konwekcji, promieniowania i parowania potu do panujących warunków. Wiele wzorów zastosowanych w obliczeniach zaczerpnięto z normy PN- 88/N-08008 „Ergonomia, środowiska gorące, analityczne określanie i interpretacja stresu cieplnego oparte na podstawie obliczenia wymaganej ilości potu". Stan obciążenia (stresu) i napięcia cieplnego może być oceniany na podstawie: -akumulacji ciepła w ciele człowieka; -maksymalnej ilość potu wydzielanej podczas pracy; -odwodnienia organizmu; -poziomu nawilgocenia skóry. Bilans cieplny ciała człowieka umożliwia oszacowanie wymienionych parametrów. Ilość ciepła wymienianego drogą konwekcji określano z wzoru (7), ciepło wymieniane przez promieniowanie wyliczano z zależności (10), ciepło wymieniane drogą oddychania z wzoru (16) zaś ciepło odprowadzane drogą parowania potu z (22). Obliczenia zamieszczone w pracy wykonano dla warunków klimatycznych występujących obecnie jak i prognozowanych w wyrobiskach solnych. Przyjęto temperaturę powietrza na termometrze suchym zawartą w przedziale 29-52°C oraz na termometrze wilgotnym wynoszącą 27°C. W rozważaniach uwzględniono dwie wartości metabolizmu 165 i 120 (lub 100) W/m2. Pierwsza wartość odpowiada umiarkowanemu wysiłkowi fizycznemu natomiast druga wynika ze zmierzonego wydatku energetycznego na stanowiskach pracy w wyrobiskach solnych przez Zespół Katedry Fizjologii Akademii Medycznej we Wrocławiu. Z uwagi na właściwości odzieży używanej przez pracowników dołowych obliczenia wykonano dla wartości oporu cieplnego odzieży wynoszącej 0.6 clo. Na rys. 1-4 przedstawiono wartości ciepła wymienianego między ciałem górnika a otoczeniem drogą oddychania, konwekcji, parowania potu i promieniowania, przy których występuje równowaga cieplna organizmu. Charakterystyczne jest to, że dla temperatur większych od 33-34 st.C strumienie ciepła przenoszone drogą konwekcji i promieniowania przekazywane są do ciała człowieka. Omówione szczegółowo przykłady ilustrujące modelowanie numeryczne bilansu cieplnego organizmu człowieka, ubytków wody w organizmie oraz czasu pracy z uwagi na wymagany strumień potu wykonano dla temperatury na termometrze suchym równej 33°C, temperatury wilgotnej 27°C oraz metabolizmu 165 W/m2 zaś wyniki zamieszczono w tabelach 3 i 4. Gdy opór odzieży wynosi 1 clo a prędkość przepływu 0.5 m/s, już w temperaturze Ta = 35°C średnia temperatura skóry ciała jest równa wartości granicznej Tsk = 35.2°C , a przy Ta= 52°C osiąga 37°C. Przy prędkości 1 m/s bezpieczna temperatura skóry zostaje przekroczona przy 48°C. Dla rozpatrywanych wartości temperatury Ta nawilżenie skóry jest pełne. Wskaźnik określający czas pracy DLE3 mieści się w przedziale od 6 do 3 godzin. Dla rozpatrywanych warunków klimatycznych wyznaczono wskaźnik zdolności chłodniczej środowiska CP a jego przykładowe wartości zamieszczono w tablicy 5.

10

Zasady oceny obciążenia termicznego metodą modelowania wymiany ciepła między pracownikiem a otoczeniem

63%

Wacławik J. , Branny M.

WUG : bezpieczeństwo pracy i ochrona środowiska w górnictwie

|

2006

|

tom nr 1

3-13

PL

Przedmiotem pracy jest fizyczny model wymiany ciepła między ciałem górnika a otoczeniem w wyrobiskach podziemnych. Przy niskiej lub umiarkowanej temperaturze i wilgotności powietrza oraz przy niewielkim wydatku energetycznym ciepło z ciała górnika odprowadzane jest do otoczenia przede wszystkim drogą konwekcji. W trudnych warunkach klimatycznych dominującą rolę odgrywa parowanie potu. W temperaturach powietrza przewyższających temperaturę skóry ciała parowanie potu jest jedynym mechanizmem odprowadzania ciepła z ciała. Omawiane w pracy obliczenia dotyczą stanu równowagi cieplnej, gdy w ciele nie gromadzi się ciepło.

EN

The subject of considerations enclosed in this paper is the mathematical model of the man-environment heat exchange in mining working. At the low and moderate temperature and humidity of air the basic way of carrying away of heat from human body is convection. In the difficult climatic conditions the evaporation of sweat is of prevailing importance. At air temperatures exceeded the temperature of human skin the evaporation of sweat is the only way of carrying away of heat from body. Heat exchange between miner's body and his environment was calculated for state of thermal equilibrium, when the rate of heat accumulation is zero.

11

Usage of fluent application in the process of numerical calculation of barium sulphate deposits flow through the Jankowice and Pniowek coal mines' settling tanks

63%

Branny M. , Swolkień J.

Archives of Mining Sciences

|

2010

|

tom Vol. 55, no 3

501-516

EN

The article treats about the process of barium sulphate deposits flow through the Jankowice and Pniowek coal mines' settling tanks. The review is mainly focused on the description of the numerical simulation of deposits flow through the determination of their velocity field and trajectory. These calculations allow to determine the sedimentation efficiency and the time of particles descending in the settling tanks. This knowledge is very important due to the "Olza" interceptor sewer's protection. It allows to protect pipelines from being overgrown with barium sulphate sediment which is important due to their technical condition.

PL

W artykule podjęto próbę opisania procesu przepływu cząstek siarczanu baru przez osadniki dwóch kopalń należących do Jastrzębskiej Spółki Węglowej S.A., a mianowicie KWK "Jankowice" i KWK "Pniówek". Obie kopalnie odprowadzają silnie zanieczyszczone wody kopalniane do rzeki Odry za pośrednictwem systemu retencyjno-dozującego "Olza". Charakter chemiczny wód obu kopalń ściśle zależy od warunków hydrogeologicznego ukształtowania terenu południowo-zachodniej części Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Odprowadzanie za pośrednictwem kolektora wód o odmiennym składzie chemicznym jest główną przyczyną wytrącania się w jego rurociągach osadów stałych, co powoduje ich zarastanie, zwiększenie zużycia energii na przepompowywanie wody, a w konsekwencji konieczność przeprowadzania kosztownych remontów. Na przestrzeni lat opracowano szereg metod pozwalających na zmniejszenie ilości jonów baru i jonów siarczanowych w samych kopalniach, czyli u źródła. W przypadku wymienionych kopalń metoda ta opiera się o proces sedymentacji siarczanu baru w osadnikach przykopalnianych. Skuteczność stosowanej metody jest wysoka, ale aby nie dopuścić do przedostawania się do rurociągów kolektora niestrąconych jonów baru i jonów siarczanowych, konieczne jest poznanie przebiegu procesu sedymentacji siarczanu baru, jak również jego efektywności. Przedmiotem poniższego artykułu jest próba opisania przebiegu zjawiska sedymentacji wytworzonego osadu siarczanu baru w osadnikach wymienionych kopalń, przy wykorzystaniu metod symulacji numerycznej jego przepływu. Symulacje trójwymiarowego (3D) przepływu cząstek stałych przez osadniki kopalń Jankowice i Pniówek wykonano w oparciu o model Eulera-Lagrange'a zakładając, że przepływ jest dwufazowy. Fazę ciągłą stanowi woda zaś fazę rozproszoną cząstki stałe o rożnych średnicach. Obliczenia wykonano z wykorzystaniem programu FLUENT 6.1. Wyznaczenie pól prędkości i trajektorii cząstek siarczanu baru, przedstawionych na rysunkach 1,2,3,4,5, pozwoliło w przybliżeniu określić efektywność ich sedymentacji (tab. 2) w zależności od przyjętej do obliczeń średnicy oraz czas ich opadania (przebywania cząstek stałych w osadniku). Do obliczeń przyjęto oba zbiorniki wymienionych kopalń, gdyż zasadnicze różnice w ich geometrii (tab. 1) sprawiają, iż przebieg procesu w każdym z nich jest nieco inny. Najmniejsza efektywność, a tym samym najdłuższy czas opadania występuje przy średnicy 1×10-6 m. W przypadku osadnika Jankowice i średnicy cząstek siarczanu baru 1×10-6 m efektywność sedymentacji wynosi 62,5%. Nieco niższą efektywność otrzymano dla osadnika kopalni Pniówek. W obu omawianych przypadkach wraz ze wzrostem średnicy cząstek skraca się czas ich opadania i jednocześnie wzrasta efektywność sedymentacji. Efektywność wynoszącą 100% uzyskano w przypadku osadnika kopalni Pniówek przy średnicy ziaren 1×10-5 m, podczas gdy dla osadnika kopalni Jankowice praktycznie tą samą efektywność uzyskuje się już przy średnicy cząstek wynoszącej 7×10-6 m. Różnice w efektywnościach i czasach opadania zależą od geometrii zbiornika, usytuowania miejsc dopływu i odpływu (zasilania i odbioru wody), objętościowego natężenia przepływającej wody, a także przyjętej do obliczeń wartości średnicy ziaren. Wariantowe obliczenia przepływu przez osadnik zawiesiny o rożnym strumieniu masowym pozwalają zobrazować przebieg zjawiska sedymentacji, a wiedza ta pozwala ocenić jak długo należy przetrzymywać wodę w osadnikach wspomnianych kopalń, by zapobiec przedostaniu się niestrąconych jonów baru i siarczanowych do rurociągów kolektora "Olza". Ma to olbrzymie znaczenie ekonomicznie, gdyż brak osadów w rurociągach zmniejsza energochłonność systemu, a także wpływa korzystnie na ich stan techniczny.

12

Numeryczna symulacja transportu zanieczyszczeń gazowych podczas wentylacji ślepych wyrobisk kopalnianych i obliczenie pola prędkości powietrza

63%

Piotrowski A. , Branny M.

Prace Naukowe Instytutu Techniki Cieplnej i Mechaniki Płynów Politechniki Wrocławskiej. Konferencje

|

1998

|

tom Vol. 53, nr 9

716-723

PL

Praca przedstawia model matematyczny procesu wentylacji ślepych wyrobisk kopalnianych. Wyrobiska te tworzą wnęki, które przewietrzane są strumieniem powietrza przepływającego wzdłuż jednego z ich bloków. We wnękach mogą się gromadzić gazy trujące i wybuchowe wydzielające się z górotworu (metan), tworzące się w procesie samozagrzewania węgla lub będące wynikiem spalania paliwa w silnikach Diesla. Wymienione substancje przenoszone są do głównego strumienia powietrza na drodze transportu konwekcyjno-dyfuzyjnego, przy czym intensywność tego procesu powinna zagwarantować utrzymanie składu powietrza na poziomie określonym przepisami BHP. W pierwszej części opracowania zaprezentowano wyniki obliczeń pola prędkości powietrza wewnątrz rozważanej wnęki w oparciu o model turbulencji sformułowany przez japońskich badaczy K. Abe, T. Kondoha, oraz Y. Nagano. Analizę numeryczną przeprowadzono dla dwóch wersji wzajemnego usytuowania wnęki oraz korytarza, którym przepływa główny strumień powietrza. Opracowane graficznie wyniki obliczeń numerycznych zamieszczono w tekście prezentowanego referatu.

EN

The paper present a mathematical model of dead-end drifts ventilation. These drift from cavities, which are ventilated by the air streams flowing along the one of their sides. Explosive and toxic gases (emitted from strata, created in the low-temperature coal oxidation or being a result of fuel combustion in Diesel engines) can be accumulated in cavities. The mentioned above environmental pollutants are transferred to the main air stream by convection-diffusion mechanism. Intensity of this process should guarantee the paper air composition due to corresponding safety rules. In the first part of this paper the results of flow field calculations, inside the considered cavity, are presented. The turbulence model of Abe-Kondoh-Nagano was used in calculations. The numerical analysis was performed for two geometrical versions of cavity-gallery connections. Graphically elaborated results of numerical calculations have been presented in this paper.

13

Numeryczna symulacja transportu zanieczyszczeń gazowych podczas wentylacji ślepych wyrobisk kopalnianych II-obliczenia pola koncentracji zanieczyszczeń

63%

Piotrowski A. , Branny M.

Prace Naukowe Instytutu Techniki Cieplnej i Mechaniki Płynów Politechniki Wrocławskiej. Konferencje

|

1998

|

tom Vol. 53, nr 9

724-730

PL

W pracy przedstawiono wyniki symulacji komputerowej niestacjonarnego pola koncentracji zanieczyszczeń gazowych podczas wentylacji ślepych wyrobisk kopalnianych. Jako niezbędne do obliczeń dane wejściowe wykorzystano dyskretne pola prędkości uzyskane w ramach pierwszej części pracy i przedstawione w poprzednim referacie. Założono, że w chwili początkowej pole stężeń jest jednorodne. Obliczenia obejmujące dwugodzinny czas przewietrzania wykonano dla dwóch rozważanych w I-szej części pracy wersji wzajemnego usytuowania wnęki i chodnika. W ramach przeprowadzonej analizy numerycznej zbadano wpływ wymiarów wnęki na szybkość usuwania zanieczyszczeń.

EN

In the work computer simulation of a time dependent concentration field of gas pollutants during dead-end drifts ventilation has been presented. The numerical results of previous calculations, which were presented in the first part of this paper were used as necessary input data. It was assumed, that the concentration field is uniform in the initial moment. The numerical calculation were performed for two geometrical version of cavity-gallery connections was to identify the aspect ratio influence on removal of environmental gas pollutants rate.

14

Sedymentacja siarczanu baru w osadniku jako metoda ograniczenia ilości osadów stałych w rurociągu odpływowym KWK "Jankowice"

63%

Branny M. , Swolkień J.

Rocznik Ochrona Środowiska

|

2010

|

tom Tom 12

927-946

PL

Zjawisko wytrącania się w rurociągach kolektora "Olza" osadów stałych siarczanu baru stanowi poważne zagrożenie dla ich stanu technicznego. Wprowadzanie odpowiednich metod ograniczenia ilości tych osadów pozwala rozwiązać ten problem. Należy pamiętać jednak, że nie każda metoda neutralizacji znajdzie swoje zastosowanie w wybranych kopalniach. Z punktu widzenia kopalni Jankowice najskuteczniejsza wydaje się być metoda sedymentacji osadów w zbiornikach przykopalnianych. Poznanie mechanizmu przebiegu sedymentacji, przy pomocy metody symulacji numerycznej, pozwoliło w przybliżony sposób określić jego efektywność. Jej wartość przy średnicy cząstek 7ź10-6 m wynosi 99%. Problemem jest jednak fakt, niema możności dokładnego określenia średnicy cząsteczek siarczanu baru. Przebieg procesu sedymentacji w osadniku ściśle zależy od jego geometrii i rozmieszczenia otworów wlotowych i wylotowych, a to ma wpływ na czas przebywania cząstek w osadniku. W przypadku osadnika kopalni Jankowice pomiary stężeń jonów baru i siarczanowych na wlocie i wylocie potwierdziły, że proces sedymentacji przebiega praktycznie ze 100% efektywnością. Połączenie chemicznej analizy procesu sedymentacji z analizą jego przebiegu metodą symulacji numerycznej, a także systematyczną kontrolą stężeń jonów na wlocie i wylocie z osadnika stwarza możliwości zastosowania tej metody w innych kopalniach, jak również wykorzystania jej przy projektowaniu nowych zbiorników, tak aby zapewnić najlepsze parametry procesu.

EN

The article treats about the process of barium sulphate deposits flow through the Jankowice's settling tank. "Jankowice" coal mine transports its mine waters through the "Olza" retaining-dose system. The waters' chemical character strongly depends on the hydrological lay of land of the south-western part of Upper Silesia. The different chemical character of transported waters is a main reason for precipitation of solid sediments in the interceptor-sewer's pipe-lines. This leads to their overgrowingwith sediment, increasing of water pumping energy and, in the end, necessity of overhaul repairs. Therefore, it is very important to get to know the chemical character of mine waters through the years. Authors described changes of the barium and sulphates ions' concentrations in the water transported to the river from "Jankowice" and "Chwalowice" coal mines in the period of VI 2003-V 2006. From 1993 "Jankowice" mine, through the medium of one big settling tank, drains off its waters with increased concentration of barium ions, and also waters of increased concentration of sulphate ions coming from "Chwalowice" coal mine. The process of precipitation of barium sulphate is almost immediate and it is a source of huge technical problems for the interceptor sewer. It is also very important to analyze the process of chemical sedimentation of barium sulphate by usage of chemical equations. This allows to estimate the amount of sulphates ions needed to precipitate barium ions. Due to the strong contaminations of "Jankowice" and "Chwalowice" waters special water cleansing methods were introduced. They were focused on removing barium and suphate ions and most of them were highly effective. Unfortunately the amount of sulphates ions used in certain methods was insufficientto remove whole barium ions. Therefore, there was another method used. The process of precipitation of barium sulphate is being proceed at the source, that is in the settling tank. In order to prevent penetrating the remaining barium sulphate into the pipe-lines it is necessary to get to know the process of its sedimentation and its efficiency. Numerical simulation of the solid particles flow (barium sulphate) proceeded in this article throughout Fluent 6.1, is the way of describing the sedimentation process. Usage of the two-phase model flow throughout the calculations of the velocity field and trajectory of barium sulphate particles, allows to pinpoint the sedimentation efficiency and the particles' descending time (timeof particles being in the settler). The calculated sedimentation efficiency for the particles of 7ź10-6 m diameter for the "Jankwice" settler was 99%, which means that the whole barium ions were precipitated. Unfortunately difficulties with clear specification of the barium sulphate particles' diameter reflect on the appraisingtheir free descending velocity and in the end on the sedimentation efficiency. Thesedimentation efficiency and descending time depend also on the settler geometry, inlet and outlet placing (water inflow and outflow), and flowing watervolume flux. Thus, the same sedimentation process proceeded in geometrically different settler would give different sedimentation efficiency. Numerical calculations of the different mass flux suspension flow through the settlers of different geometry allow to demonstrate the process of sedimentation. This knowledge might be useful during the settlers' modernization. Not only does it concern the optimization of the settlers' shape and arranging inlet and exit cavities but also designing new objects.

15

Numerical simulation of ventilation of blind drifts with a force- exhaust overlap system in the condition of methan and dust hazards

63%

Branny M. , Filipek W.

Archives of Mining Sciences

|

2008

|

tom Vol. 53, no 2

221-234

EN

This paper outlines a theoretical method of finding 3D velocity fields and methane and dust concentrations in the air in blind drifts with a force-exhaust overlap ventilation system incorporating a forcing duet with a vortex duet and an auxiliary exhaust duct with the dust separator. The solution is supported by equations and simulation programs utilizing the CFD approach. The air and methane mixture is assumed to be an ideal and compressible gas, its motion is taken to be steady and the whole process is assumed to be isothermal. Fresh air is assumed to be a three-component mixture of nitrogen, oxygen and water vapour. The problem considered in this study is described with continuity equations, Navier-Stokes equations, [...] model equations as well as transport equations of chemical species (components of air-methan mixture). Calculation data are presented in the form of velocity field images, streamlines and mass fractions of CH4. Fig. 2 shows velocity distributions in the selected drift cross-sections in the considered flow region (Fig. I). The air vortex, generated by the vortex duet, moves towards the face head and in the direction of the overlap zone. The actual division of the air stream depends on the ratio of air volume supplied to the overlap zone to that supplied to the face region. The air jet leaving the dust separatpr installation produces in its wake a zone of about 15 m, dominated by recirculation flow. Fig. 4 shows the distribution of mass fractions of methane, assuming that methane should enter via the face region and via the belt-shaped section in the floor, in the central part of the overlap zone. Apart from expected methane concentration levels near the roof (in the face region), there are other methane concentration zones caused by flow obstacles, such as continuous mining machines and forsing duet system here located near the side walls. This is associated with the development of low-intensity airing zones, where methane concentrations are higher. The flow of air-solid particles mixture is governed by the two-phase Euler- Lagrange's model with the gaseous continuous phase and a dispersed phase comprising solid (dust) particles. Apart from solving the equations of mass, momentum and energy conservation for the continuous phase, the model utilizes the trajectories of dispersed phase particles. It is assumed that dust is emitted from the face head surface. Images of several hundred particles' trajectories, originating in the face head section, are shown in Figs 5, 6. Small ratio of air in the overlap zone helps contain the dust cloud in the face region. As the amounts of air in the overlap zone increase, the highly dusted zone enlarges, too. Tables 1 and 2 summarize the dust measurement and calculation data in the selected dńft locations and the length of time that solid particles remain in the face zone. In qualitative terms, simulation data obtained using the Euler-Lagrange's two-phase flow model are consistent with the data quoted in literature and with practical observations A fuli quantitative analysis, however, would require us to find the degree of correspondence between the simulation and experimental data. Calculations are supported by the program FLUENT 6.1.

PL

W artykule zaprezentowano teoretyczny sposób wyznaczania 3D pól prędkości przepływu, stężeń metanu i pyłu w powietrzu w wyrobisku z kombinowanym systemem wentylacji, składającym się z zasadniczego lutniociągu tłoczącego zakończonego lutnią wirową oraz pomocniczego lutniociągu Ssącego z odpylaczem. Rozwiązywanie oparto o równania i programy symulacyjne stosowane w Numerycznej Mechanice Płynów. Założono, że mieszanina powietrzno-metanowa jest gazem doskonałym i ściśliwym, ruch mieszaniny jest ustalony zaś proces przebiega w warunkach izotermicznych. Przyjęto, że powietrze świeże jest trójskładnikową mieszaniną azotu, tlenu i pary wodnej. Rozważany problem opisany jest układem równań ciągłości, Naviera-Stokesa oraz równań modelu k-e i transportu składników chemicznych (składników mieszaniny powietrzno-metanowej). Rezultaty obliczeń przedstawiono w postaci obrazów pól prędkości, linii prądu oraz rozkładów udziałów masowych [...]. Dla przyjętego obszaru przepływu (rys. I) na rys. 2 przedstawiono rozkłady prędkości w wybranych przekrojach poprzecznych wyrobiska. Wir powietrzny, wytwarzany przez lutnię wirową przemieszcza się zarówno w kierunku czoła przodka jak i w kierunku strefy zazębiania. Ilościowy podział strumienia powietrza zależy od stosunku strumienia objętości powietrza w strefie zazębiania lutniociągów do strumienia objętości powietrza doprowadzonego do przodka. Ze strugą powietrza wypływającą z instalacji odpylającej związana jest strefa o długości około 15 m charakteryzująca się przepływem recyrkulacyjnym. Na rys. 5 przedstawiono rozkłady udziałów masowych metanu przy założeniu. że metan dopływa przez powierzchnię czoła przodka oraz przez pas usytuowany na spągu w środkowej części strefy zazębiania. Oprócz spodziewanych obszarów z przystropowymi nagromadzeniami metanu (w pobliżu przodka) charakterystyczne są również te, które powodowane są obecnością w przepływie przeszkód takich jak kombajn i lutniociąg tłoczący, w przykładzie ułożony na spągu chodnika w niedalekiej odległości od ociosu. Jest to związane z powstaniem stref o małej intensywności przewietrzania a zarazem o podwyższonym stężeniu metanu. Przepływ powietrze-cząstki stałe opisano przy pomocy modelu dwufazowego Eulera-Lagrange'a z gazową fazą ciągłą i złożoną z cząstek stałych (pyłu) fazą rozproszoną. Oprócz rozwiązania układu równań zachowania masy, pędu i energii dla fazy ciągłej w modelu tym wyznacza się trajektorie cząstek fazy rozproszonej. Równanie ruchu, reprezentujące bilans sił działających na cząstkę stałą, zapisane we współrzędnych Lagrange' a ma postać (1) zaś tory cząstek wyznaczane są z równania (2). Przyjęto, że pył emitowany jest z powierzchni czoła przodka. Cząstki stałe mają kształt kulisty o średnicy [...], ich gęstość wynosi 1400 kg/m3 zaś prędkość początkowa 5 m/s. Obraz kilkuset trajektorii cząstek stałych, rozpoczynających się na płaszczyźnie czoła przodka przedstawiono na rys. 5 i 6. Przy małym udziale powietrza w strefie zazębiania obłok pyłu skutecznie utrzymywany jest w strefie przodkowej.

16

Digital simulation of gaseous pollutants transfer during ventilation by diffusion of mining blind headings

63%

Piotrowski A. , Branny M.

Archives of Mining Sciences

|

1999

|

tom Vol. 44, nr 4

469-485

EN

The paper presents a mathematical model of mass transfer during ventilation of blind headings such as cavities or necks without the use of an auxiliary system. The two-dimensional problem of the gas medium flow field, which occurs in the domain enclosing cavity space together with segments of the gallery supplying air and carrying air off, was considered. Due to turbulent character of the fluid motion the low-Reynolds-number k-e model proposed by Abe at al. (1994) was employed to obtain the time-independent velocity field of the air. In the second part of the simulation the transient field of pollutants concentration was calculated based on the numerical results of the flow field calculations. To simulate transfer by convection and diffusion the Control Volume Method was used and UPWIND technique was applied to guarantee the numerical stability of the calculations. The simulation was carried out for three versions of geometrical location of the cavity in relation to gallery, in which the main stream of air flows.

PL

W pracy rozważa się wentylację ślepych wyrobisk kopalnianych, przewietrzanych bez użycia lokalnych urządzeń wentylacyjnych. W literaturze górniczej w takich przypadkach używa się nazwy wentylacji przez dyfuzję. Wyrobiska te tworzą wnęki, wcinki itp., które są przewietrzane strumieniem powietrza płynącym wzdłuż jednego z ich boków. We wnękach mogą się gromadzić gazy trujące i wybuchowe wydzielające się z górotworu, powstające w procesie samozagrzewania węgla lub będące wynikiem procesów technologicznych (np. spalanie paliwa w silnikach Diesla). Substancje gazowe są przenoszone do głównego strumienia powietrza na drodze transportu konwekcyjno-dyfuzyjnego. Miarą efektywności (skuteczności) wentylacji może być czas niezbędny do uzyskania rozcieńczenia gazu do poziomu określonego odpowiednimi przepisami. W opisie matematycznym, spośród modeli turbulencji prezentowanych w publikacjach wybrano model sformułowany przez Abe et al. (1994). W przypadku ustalonego przepływu układ równań różniczkowych cząstkowych złożony jest z równania ciągłości (1), równania przenoszenia pędu (Naviera-Stokesa) (2), równania transportu energii kinetycznej turbulencji (3) oraz równania transportu szybkości dyssypacji energii kinetycznej turbulencji (4). Układ ten umożliwia wyznaczenie pola prędkości i lepkości turbulentnej. Nie ustalone pole stężenia zanieczyszczeń uzyskano z rozwiązania równania transportu konwekcyjno-dyfuzyjnego (12), przy czym wartość efektywnego współczynnika dyfuzji wyliczano ze wzoru (15). W celu rozwiązania nieliniowego układu równań różniczkowych (1-4) przy warunkach granicznych wymienionych w rozdziale 2 posłużono się metodą objętości kontrolnej [Patankar, 1989]. Metoda ta polega na sformułowaniu bilansu elementarnego danej wielkości eksensywnej (ilość substancji, pęd, k, e) transportowanej przez dyfuzję i konwekcję dla określonego małego fragmentu obszaru, stanowiącego pojedynczy element siatki różnicowej. Dla zapewnienia stabilności numerycznej rozwiązania równań zawierających człony konwekcyjne (2-4), stosowano technikę UPWIND, do której zalicza się użyty w obliczeniach schemat proponowany przez Patankara (1989) o nazwie POWER-LAW. W obliczeniach zastosowano niejednorodną siatkę dwuwymiarową o węzłach wzajemnie przesuniętych (staggered grid) zagęszczoną silnie w pobliżu ścian. Na rys. 2 przedstawiono przykład wymienionej sieci. W węzłach prezentowanej sieci oblicza się dyskretne wartości pól skalarnych, a więc p, k, e oraz Ć. Wartości współrzędnych wektora prędkości Vy oraz V2 obliczane są w punktach pośrednich leżących na osłonach bilansowych poszczególnych objętości kontrolnych. Przebieg symulacji numerycznej obejmuje dwa etapy obliczeniowe. W etapie pierwszym wyznacza się dyskretne stacjonarne pole prędkości średniej ośrodka gazowego w rozważanym obszarze. W dalszej kolejności (drugi etap obliczeń) wykorzystuje się wymienione pole prędkości do wyznaczenia niestacjonarnego pola koncentracji zanieczyszczeń atmosfery kopalnianej. Przy rozwiązywaniu problemu brzegowego (1-4) posłużono się techniką iteracyjną, która polega na wykorzystaniu schematu różnicowego odpowiadającego procedurze niestacjonarnej (równania (17, 18, 19)). Odwrotność kroku czasowego potraktowano jako odpowiedni współczynnik podrelaksacji. Na każdym poziomie iteracyjnym obniżano wartość dywergencji pola prędkości przy użyciu procedury SIMPLE (Patankar, 1989). Przy wielokrotnym rozwiązywaniu układów równań liniowych o postaci (17) posługiwano się metodą kierunków naprzemiennych Peacemana-Rachforda, wykorzystując algorytm Tho-masa TDMA (Tridiagonal Matrix Algorithm). W rozważanych przykładach przyjęto, że wnęka ma kształt prostopadłościanu i przylega do chodnika, którym płynie strumień powietrza o średniej prędkości masowej v0. Przedmiotem analizy numerycznej są trzy wersje usytuowania wnęki względem chodnika, przedstawione na rys. 1. Obliczenia symulacyjne wykonano dla chodnika o szerokości s = 4,5 m oraz średniej prędkości powietrza w jego głównym strumieniu v0 = 1 m/s dla trzech wersji usytuowania wnęki w stosunku do chodnika (rys. 1). Wyniki obliczeń opracowano graficznie (rys. 3, 4, 5) prezentując dla rozważanych przypadków odpowiednio: dyskretne pole wektorowe prędkości średniej (rys. 3 a, 4 a i 5 a) oraz izolinie pól skalarnych k i v" (rys. 3b, c, 4b, c oraz 5b, c). Obliczenia rozkładu stężeń gazów prowadzono przy stałym kroku czasowym At = 0,05 s. Proces obliczeniowy obejmował dwugodzinny okres wentylacji (144000 kroków czasowych). Na rysunku 6 przedstawiono graficzny obraz pola stężeń odpowiadający kolejnym wartościom czasu wentylacji, odpowiednio dla 30 min, 60 min i 120 min (przebiegi izolinii oznaczone punktami "a, b, c"). Wyniki dotyczą wnęki w wersji przedstawionej na rys. 1 a o wymiarach H = 10 m, d = 4,5 m. Na podstawie charakteru izolinii zredukowanej koncentracji można łatwo stwierdzić, że najtrudniej przewietrzanymi fragmentami rozważanego obszaru są strefy narożne oraz przyścienne, gdzie najdłużej utrzymuje się wysoki poziom stężenia zanieczyszczeń. Celem kolejnej fazy obliczeń było zbadanie wpływu simpleksu geometrycznego H/d na efektywność przewietrzania wnęki. Jako przedmiot wymienionej analizy wybrano układ przedstawiony na rys. 1 a. Przy stałej szerokości wnęki (d = 4,5 m) zmieniano jej długość przyjmując w obliczeniach kolejno, H = 7,5 m, 10 m, 15m. Na rys 7 przedstawiono krzywą Cm(t) uzyskaną na drodze numerycznego rozwiązania całki powierzchniowej (16) na każdym kroku czasowym. Jak wskazują wyniki analizy numerycznej (krzywe ciągłe na rys. 7) stosunek H/d posiada bardzo istotny wpływ na efektywność przewietrzania. W przypadku wnęki o długości 15 m po upływie dwugodzinnego okresu wentylacji utrzymuje się dwukrotnie wyższy poziom stężenia zanieczyszczeń, niż ma to miejsce w wersji o długości 7,5 m. Duży wpływ na intensywność usuwania zanieczyszczeń z przestrzeni wnęki ma również jej usytuowanie w stosunku do chodnika, którym przepływa powietrze. Przy tych samych wymiarach geometrycznych, zmiany średniego stężenia zanieczyszczeń w czasie dla wariantów prezentowanych na rys. la, 1 b i 1 c przedstawiają krzywe 2, 4 a i 4b na rys. 7. Po dwóch godzinach przewietrzania średnia zredukowana koncentracja zanieczyszczeń dla wersji wnęki z rys. 1 a wyniesie 44% wartości początkowej, dla wersji z rys. 1 b i 1 c odpowiednio 30% i 22% wartości początkowej. Program komputerowy, opracowany przez autorów niniejszej pracy może być wykorzystany do symulacji warunków wentylacyjnych w różnych wariantach geometrycznych układu chodnik-wyrobisko ślepe.

17

Jak odrobaczac jeleniowate?

63%

Branny M.

Łowiec Polski

|

2004

|

nr 12

38-39

18

Free surface of the liquid-gas phase separation as a measuring membrane of a device for measuring small hydrostatic pressure difference values

51%

Filipek W. , Broda K. , Branny M.

Archives of Mining Sciences

|

2015

|

tom Vol. 60, no. 1

341--358

EN

To obtain a correct reading of fluid flow through a porous medium, it is necessary to know the pressure distribution. While in the case of large Reynolds numbers (turbulent flows) finding pressure measurement devices on the market is not a major problem, there are currently no available devices with sufficient accuracy for measurement of laminar flows (i.e. for Re numbers (Bear, 1988; Duckworth, 1983; Troskolański, 1957) in the range from 0.01 to 3). The reasons of this situation has been discussed in a previous articles (Broda & Filipek, 2012, 2013). Therefore, most of the work on this issue relates to testing velocity distribution of the filter medium (Bear, 1988) or pressure distribution at high hydraulic gradient levels (Trzaska & Broda, 1991, 2000; Trzaska et al., 2005). The so-called measurements of the lower limit of the applicability of Darcy’s law for liquid, as well as determining a threshold hydraulic gradient J0 (Bear, 1988) tend to cause especially great difficulty. Such measurements would be particularly important application in determining the infiltration of water into the mine workings, filtering through the foundations of buildings, etc. For several years, the authors (Broda & Filipek, 2012, 2013) have been engaged in the development of methods and measuring instruments (patent applications: P.407 380 and P.407 381), which Gould allow for measurement of hydrostatic pressure (differences) below 1 Pa. In the course of research, a New concept of methodology for measuring low values of hydrostatic pressure differences was developed, which is the subject of this article. This article seeks to introduce a new concept of using the free surface of liquid-gas separation as the measuring membrane of a device used in measurement of small values of hydrostatic pressure. The fokus is mainly on the possibility of building such a device – describing the technical difficulties that occurred during the execution of the idea. Consequently, less attention was paid to the broader considerations related to uncertainty of the proposed method’s measurements, due to the authors’ awareness that this is the first prototype of such a device and, on the basis of this experience, another one will be built and tested. The observations and numerical analysis of the image formed on the screen by the passage of a laser beam through the free surface of the liquid-gas separation show that at low values of pressure difference, the bubble acts as a membrane shifting in the direction of lower pressure, in such way that the displacement is proportional to the pressure difference at both ends of the bubble. The proprietary method of numerical data processing presented in this article, based on analysis of the intensity of color change in a frame moving along a selected line outside of visual changes in the image ofthe laser beam after passing through the test structure, provided a tool to create first mathematical models to describe the observed changes (2),(3). Presented in this article method of measuring the difference between the free surface levels in two containers, and hence the measurement of hydrostatic pressure difference provides a new tool for laboratory measurements in the fields of science, which were previously unattainable.

PL

Do poprawnego opisu przepływu płynu przez ośrodek porowaty niezbędna jest znajomość rozkładu ciśnienia. O ile dla dużych liczb Reynoldsa (przepływy turbulentne) pomiar ciśnienia dostępnymi na rynku przyrządami nie stanowi większego problemu, to dla przepływów laminarnych cieczy (tj. dla liczb Re (Bear, 1988; Duckworth, 1983; Troskolański, 1957) z zakresu 0.01 do 3) nie ma na rynku przyrządów o wystarczającej dokładności. Przyczyny powodujące taką sytuację zostały omówione w poprzednich opracowaniach (Broda i Filipek, 2012, 2013), Dlatego większość prac dotyczących tego zagadnienia dotyczy badań rozkładu prędkości medium filtrującego przez badany ośrodek (Bear, 1988) lub rozkładu ciśnienia przy wysokich spadkach hydraulicznych (Trzaska i Broda, 1991, 2000; Trzaska i in., 2005). Zwłaszcza pomiary w zakresie tzw. dolnej granicy stosowalności prawa Darcy’ego dla cieczy oraz dotyczące określenia progowego spadku hydraulicznego J0 (Bear, 1988) sprawiają wielkie trudności. Pomiary takie miałyby duże znaczenie aplikacyjne zwłaszcza przy określaniu infiltracji wody do wyrobisk górniczych, filtracji przez fundamenty budowli itp. Autorzy od kilku lat (Broda i Filipek, 2012, 2013) zajmują się opracowaniem metody oraz przyrządu pomiarowego (wnioski patentowe: P.407 380 i P.407 381) pozwalających na pomiary wartości ciśnienia (różnicy ciśnienia) hydrostatycznego poniżej 1 Pa. W tym okresie opracowali nową metodę pomiaru, skonstruowali stanowisko badawcze i przeprowadzili pomiary różnicy ciśnień hydrostatycznych z dokładnością do 0.5 Pa znacznie ograniczając zjawisko histerezy (Broda i Filipek, 2012) (wniosek patentowy: P.407 380). W oparciu o zdobyte doświadczenie prace kontynuowano opracowując metodę pomiaru i budując nowe stanowisko do pomiaru bardzo małych różnic ciśnień z kompensacją wpływu ciśnienia atmosferycznego o dużo prostszej budowie, co znacząco zwiększyło dokładność i wiarygodność pomiarów (Broda i Filipek, 2013) (wniosek patentowy: P. 407 381). W trakcie prac badawczych narodziła się nowa koncepcja metodologii pomiaru niskich wartości różnicy ciśnienia hydrostatycznego, która jest przedmiotem niniejszego artykułu. Na rysunku 1 przedstawiono zdjęcie stanowiska pomiarowego służącego do określenia wpływu zmiany wartości różnicy ciśnienia hydrostatycznego na kształt a co za tym idzie przemieszczenie powierzchni swobodnej rozdziału faz ciecz-gaz, oraz omówiono jego budowę zwracając uwagę na istotne szczegóły konstrukcyjne. Przedstawiono także sposób kalibrowania przyrządu, wykonywania i obróbki zdjęć fotograficznych w celach pomiarowych z wykorzystaniem napisanego w języku Delphi autorskiego programu do obróbki numerycznej zdjęć. Występujące trudności ilustruje rysunek 2 przedstawiający przesunięcie linii odniesienia w trzech kolejno po sobie wykonanych zdjęciach. Następnie omówiono sposób przygotowania stanowiska do pomiarów oraz sposób ich przeprowadzania czego ilustracją są rysunki 3 i 4. Przedstawiono występujące problemy oraz zastosowane sposoby ich rozwiązania. Zarejestrowany przykładowy obraz po przejściu promienia lasera przez badaną strukturę dla wybranych wartości różnicy ciśnień hydrostatycznych uzyskany za pomocą kulek ceramicznych przedstawiono na rysunku 5. Rysunek 6 wyjaśnia metodę obróbki numerycznej zdjęć w oparciu o autorski program i zależności (1),(2),(3). Na rysunkach 7 i 9 zestawiono otrzymane krzywe zmienności intensywności barw uzyskane w trakcie opracowania numerycznego. Zwrócono także uwagę na rozkład zmian intensywności barw dla różnicy między powierzchniami swobodnymi cieczy w cylindrach (Rys. 8-11) dla wybranych serii pomiarowych. W dalszej części artykułu dokonano analizy otrzymanych obrazów zwracając uwagę na włączenie metody transformacji Fouriera lub „Falkowej” (Ziółko, 2000) do numerycznej analizy posiadanych danych (Rys. 12-14). Na rysunku 12 pokazano wybrane trzy zależności opisujące zmienność natężania barwy w funkcji położenia ramki (1), dla których dokonano transformacji Fouriera według zależności (3). Analizy dokonano metodą arytmetyczna Perry’ego (Ziółko, 2000) w okienku o szerokości n = 2300 przyjmując jako położenie startowe wartość x = 1600. Rysunek 13 przedstawia wartości współczynnika Ak a rys.14 przedstawia wartości kąta przesunięcia jk dla pierwszych 58 harmonicznych. Prace nad udoskonaleniem metody trwają. W dalszej części artykułu autorzy podsumowują osiągnięte wyniki zwracając uwagę na uzyskaną precyzję pomiarów oraz korzystne zastosowanie powierzchni swobodnej rozdziału faz ciecz-gaz jako membrany pomiarowej urządzenia do pomiaru małych wartości różnicy ciśnienia hydrostatycznego (Rys. 15-16) sugerując wprowadzenie do analizy trzeciego wymiaru co wiąże się z koniecznością kosztownej modernizacji stanowiska pomiarowego.

19

Eksperymentalne i numeryczne badania przepływu powietrza w wyrobisku ślepym – walidacja modeli turbulencji

51%

Branny M. , Wodziak W. , Szmyd J. , Jaszczur M.

Przegląd Górniczy

|

2016

|

tom T. 72, nr 9

37--45

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych i analiz numerycznych przepływu powietrza przez laboratoryjny model komory przewietrzanej wentylatorem wolnostrumieniowym. Pomiary prędkości przepływu wykonane przy użyciu metody PIV (Particle Image Velocimetry) wykorzystano do walidacji wybranych modeli turbulencji. Zamieszczono wyniki pomiarów i symulacji numerycznych przepływu powietrza w komorze o długości wynoszącej 2,0 m oraz 3,25 m (skala geometryczna modelu 1:10). Porównano zmierzone wartości dwóch składowych wektora prędkości przy średniej prędkości strugi wlotowej równej 21,2 m/s (Re=108 000) oraz 35,4 m/s (Re=180 000). Z uwagi na kształt tworzonego przez strugę nawiewną pola prędkości, w obszarze przepływu można wyróżnić dwie strefy z przepływem recyrkulacyjnym. Pierwsza strefa sięga na odległość około 1,0 m od wlotu strugi powietrza. W dalszej odległości od wlotu formułuje się druga strefa z wirem o przeciwnym do pierwszego kierunku wirowania. Przedstawiony obraz przepływu kształtuje się zarówno przy dwu, jak i trzymetrowej długości kanału ślepego, jak również dla różnych prędkości wlotowych strugi powietrza o liczbach Reynoldsa z przedziału 100 000÷200 000. Wykazano jakościową zgodność wyników symulacji numerycznych uzyskanych przy użyciu modelu turbulencji RSM (Reynolds Stress Model) z pomiarami. Przy stosowaniu tego modelu, średni błąd w prognozowanych wartościach składowych wzdłużnych prędkości wynosił 35%÷40%.

EN

This paper presents the results of experimental and numerical study of air flow through the laboratory model of the mining chamber ventilated by a jet fan. The measurements of the components of the velocity vector were used to validate the selected turbulence models. The results of measurements and numerical simulation of airflow within the chamber with a length of 2,0m and 3,25m (geometrical scale of the model 1:10) have been presented. The measured values of the two components of the velocity vector with the average velocity of the inlet air stream equal to 21,2m/s (Re = 108 000) and 35,4m/s (Re = 180 000) have been compared. In the velocity field formed by the inlet air stream, two zones with recirculating flow in the flow domain can be distinguished. The first zone extends over a distance of approximately 1.0 m from the inlet. In the further distance from the inlet a second vortex of the opposite direction to the former is formed. Such a configuration of the velocity field is characteristic for both two and three-meter channel length as well as for different velocities of the inlet air stream of Reynolds numbers of 100 000¸200 000. The numerical simulation results obtained with the use of the Reynolds Stress Model are qualitatively consistent with the measurements. Using this model, the average error in the forecast values of longitudinal velocity components was about 35%÷40%.

20

Dwufazowy przepływ powietrza i wody w pionowych wyrobiskach górniczych

51%

Branny M. , Filek K. , Nowak B. , Ptaszyński B.

Górnictwo i Geoinżynieria

|

2008

|

tom R. 32, z. 3

9-22

PL

W artykule opisano przykłady występowania przepływów dwufazowych w wyrobiskach górniczych i ich możliwy wpływ na przewietrzanie. Określono niektóre cechy takich przepływów, ich parametry oraz modele ich teoretycznego opisu. Przedstawiono wyniki badań numerycznych w pionowym szybie wydechowym, przyjmując metodykę opisu Eulera-Lagrange'a. Posługując się modelem fazy rozproszonej (the discrete phase model), zaimplementowanym w oprogramowaniu Fluent wykorzystującym wspomnianą metodykę, wykonano pierwsze próby numerycznych obliczeń. Wyniki zamieszczono w postaci wykresów.

EN

The article describes examples of two-phase flows in mining excavations and its impact on ventilation systems. Author discusses some of flows features, parameters and its theoretical models. The article presents computational model of two-phase flows in vertical expiratory shaft, using Euler-Lagrange's method. Numerical simulations were performed with the discrete phase model implemented using computational fluid dynamics (CFD) software- Fluent. Calculations results presented in the form of graphs are enclosed.