Prace Instytutu

Tytuł:

Rozwój strugi powietrza w dyfuzorze prostokątnym

Autor:

Przemysław Skotniczny

Statystyka:

ilość stron: 132,
ilość rysunków: 94 (w tym 27 kolorowych),
ilość tabel: 13,
ilość pozycji w spisie literatury: 130.

Streszczenie:

Przemieszczaniu płynu lepkiego w przewodzie zamkniętym towarzyszy szereg zjawisk przepływowych. Zjawiska te, takie jak: powstawanie i rozwój warstwy przyściennej, występowanie stref recyrkulacji rozwój turbulencji, od wielu lat są w centrum uwagi różnych ośrodków naukowych w kraju i za granicą. Poznanie i opisanie tych zjawisk stanowi klucz do optymalnego projektowania urządzeń przepływowych.

Szczególnym typem przewodu zamkniętego jest dyfuzor. Jest to element przepływowy, który najczęściej stosowany jest jako połączenie dwóch przewodów o różnych polach przekroju. Zasada działania dyfuzora polega na konwersji energii kinetycznej przepływającej strugi na energię potencjalną związaną z ciśnieniem statycznym, czyli na zmniejszeniu w kierunku przepływu prędkości przepływającej strugi. Podstawowym problemem związanym z przepływem płynu lepkiego w dyfuzorze jest możliwość występowania zjawiska separacji warstwy przyściennej tworzącej się wzdłuż jego ścian, a co za tym idzie obniżenie sprawności urządzenia. Najczęściej stosowanymi w rozwiązaniach technicznych, a więc najlepiej opisanymi w aspekcie przepływowym, są dyfuzory stożkowe o przekroju kołowym.

Przedstawiona praca koncentruje się na opisie zjawiska przepływu powietrza w dyfuzorach prostokątnych. Omawiane dyfuzory charakteryzują się specyficzną geometrią — wysokość przekroju poprzecznego jest stała i dużo mniejsza od jego szerokości na całej długości badanych dyfuzorów.

Autor podejmuje próbę opisu zjawisk przepływowych w oparciu o dane uzyskane z termoanemometrycznej metody wyznaczania składowych wektora prędkości strugi powietrza przepływającej przez dyfuzor.

W początkowych rozdziałach, pierwszym i drugim, przedstawiono cel pracy oraz budowę stanowiska pomiarowego. Przed przystąpieniem do zasadniczych badań przepływu powietrza w dyfuzorach prostokątnych poświęcono dużo uwagi zaprojektowaniu i eksperymentalnemu zweryfikowaniu konstrukcji tej części stanowiska pomiarowego, która ma wpływ na parametry przepływowe strugi powietrza wpływającej do dyfuzora.

W tym celu w pracy zbudowano dwa stanowiska pomiarowe. Jedno pomocnicze, na którym wykonano badania wstępne oraz drugie, zaprojektowane na podstawie wytycznych z opracowanych wyników badań wstępnych.

Rozdział trzeci opisuje wykonanie pomiarów przepływu powietrza przez dyfuzor prostokątny. Pomiary wykonano dla pięciu prędkości strugi w przekroju wlotowym U0 = {1, 2, 4, 6, 8} m/s, dla siedmiu całkowitych kątów rozwarcia ścian dyfuzora a = {7, 12, 14, 16, 18, 20, 28}° oraz dla trzech chropowatości powierzchni ścian bocznych o określonych parametrach geometrycznych. Do wyznaczenia składowych wektora prędkości stosowano metodę termoanemometryczną. Dodatkowe informacje, dotyczące zjawisk fizycznych występujących w przepływającej strudze powietrza uzyskano z jej wizualizacji.

Podstawowym problemem było opracowanie ogromnej ilości danych uzyskanych z pomiarów termoanemometrycznych. W wyniku pomiarów zgromadzono około 9 GB danych zawierających zapis chwilowych fluktuacji składowych wektora prędkości. W rozdziale czwartym omówiono specjalnie do tego celu stworzony program komputerowy #R3, który został stworzony przez Autora w celu optymalizacji obróbki danych pomiarowych. Program umożliwiał wyznaczenie intensywności turbulencji, składowych tensora naprężeń turbulentnych (naprężeń Reynoldsa) w kierunkach stycznych i normalnych, potrójnych korelacji składowych fluktuacyjnych, uśrednionych w czasie składowych wektora prędkości, podłużnych profili prędkości oraz wielkości określających warstwę przyścienną — miarę liniowej straty wydatku i pędu.

Rozdział piąty jest poświęcony analizie opracowanych danych pomiarowych. W rozdziale tym opisano warstwę przyścienną tworząca się wzdłuż ścian badanych dyfuzorów prostokątnych, opisano zjawiska związane z utworzoną warstwą przyścienną w zależności od całkowitego kąta rozwarcia ścian dyfuzora i ich chropowatości. Następnie opisano obszar znajdujący się poza warstwą przyścienną — strefę rdzenia potencjalnego. Tu skoncentrowano się na opisie rozwoju i zanikania rdzenia potencjalnego w funkcji odległości od przekroju wlotowego badanych dyfuzorów, jak również w funkcji chropowatości i kąta całkowitego rozwarcia ścian bocznych dyfuzora. Opracowane dane pomiarowe zostały przedstawione w postaci map poszczególnych mierzonych wielkości.

Pracę kończy rozdział szósty, w którym zamieszczono podsumowanie i wnioski sformułowane na podstawie przeprowadzonej w pracy analizy. Najważniejsze z nich to:

w przebadanych dyfuzorach zaobserwowano trzy rodzaje oderwania warstwy przyściennej: oderwanie przejściowe, oderwanie całkowite jednostronne i oderwanie całkowite dwustronne,
w przepływającej strudze powietrza przez dyfuzor prostokątny zauważono zmniejszenie w kierunku przepływu wartości jednej ze składowych wektora prędkości,
zauważono wpływ chropowatości ścian bocznych dyfuzora prostokątnego na parametry przepływowe strugi powietrza oraz oderwanie warstwy przyściennej,
dla przebadanej geometrii dyfuzorów istnieje optymalna chropowatość ścian, przy której następuje przesunięcie występowania zjawiska oderwania warstwy przyściennej w kierunku wyższych kątów całkowitego rozwarcia ścian dyfuzora.

Tytuł:

Wyrzuty węgla i gazu w aspekcie badań eksperymentalnych zjawisk gazodynamicznych w brykietach węglowych nasyconych gazem

Autor:

Marek Gawor

Statystyka:

ilość stron: 164,
ilość rysunków: 86 (w tym 6 kolorowych),
ilość tabel: 6,
ilość pozycji w spisie literatury: 121.

Streszczenie:

Najbardziej skomplikowanymi i groźnymi zjawiskami występującymi w kopalniach, ze względu na ich następstwa są wyrzuty skał i gazów. W przypadku tych katastrof mamy do czynienia zarówno z niszczącym działaniem poruszających się mas powyrzutowych, stanowiących zagrożenie dla ludzi, urządzeń górniczych i samego wyrobiska, jak również z niebezpieczeństwem związanym z uwalnianiem się dużych ilości gazu. Wykonanie badań wyrzutu mas skalno-gazowych in situ jest, ze względu na warunki bezpieczeństwa, praktycznie niemożliwe. Dlatego w laboratoriach podejmowane są próby symulacji tego zjawiska (miniwyrzuty).

W pracy przedstawiono badania związane z oddziaływaniem gazu z węglem kamiennym. Szczególnie uwzględniono procesy dynamiczne zachodzące w stanach niestacjonarnych. Badano kinetykę procesu sorpcji gazu na węglu, filtrację gazu w ziarnach węglowych, filtrację gazu w brykietach węglowych oraz zjawiska zachodzące podczas procesu wyrzutu brykietów węglowych nasyconych gazem.

W celu określenia szybkości sorpcji i desorpcji gazu na węglu kamiennym wykorzystano efekty cieplne związane z energią oddziaływania cząsteczki gazu z powierzchnią ciała stałego. Podano szczegółowy opis stanowiska pomiarowego pozwalającego na wyznaczenie stałej czasowej sorpcji. Wartość stałej czasowej sorpcji wyznaczono, dopasowując rozwiązania równania bilansu ciepła termometru z naniesioną warstwą węgla podczas sorpcji. Eksperymenty wykazały, że stała czasowa sorpcji jest nie większa niż 50 s.

Kolejnym rozważanym w pracy problemem, była szybkość wydzielania się gazu z ziaren węglowych. Przedstawiono opis stanowiska pomiarowego oraz wyniki eksperymentów, które pozwoliły na wyznaczenie współczynnika filtracji. Filtrację gazu w ziarnach węglowych opisano nieliniowym równaniem parabolicznym. Model teoretyczny weryfikowano z eksperymentem. Proces wydzielania się gazu z ziaren węglowych zachodzi stosunkowo szybko. Już po upływie 10 s z ziaren o wielkości od 25 do 32 m wydziela się 20% zasorbowanego gazu. Spostrzeżenie to może mieć istotne znaczenie praktyczne przy ocenie zawartości gazu w węglu np. przy stosowaniu desorbometrycznej metody oceny ilości gazu wykorzystywanej jako wskaźnik zagrożenia wyrzutami. Wykazano, że większa pojemność sorpcyjna węgla nie świadczy o jego skłonnościach wyrzutowych. Istotna jest szybkość wydzielania się gazu. Porównanie szybkości wydzielania się gazu z węgli pochodzących z pokładów wyrzutowych i niewyrzutowych prowadzi do wniosku, że z węgli niewyrzutowych gaz uwalnia się szybciej.

Badano również szybkość filtracji gazów w brykietach węglowych. Przedstawiono model teoretyczny oparty na założeniu, że w węglu istnieją trzy systemy porów. W systemie mikroporów następuje wydzielanie się gazu zasorbowanego — ilość wydzielonego gazu jest proporcjonalna do ciśnienia panującego w makroporach. W systemie makroporów następuje filtracja gazu, której kinetykę określa współczynnik filtracji D₂. Wydzielony gaz z makroporów transportowany jest na zewnątrz brykietu poprzez system porów międzyziarnowych. Szybkość filtracji gazu w tym systemie porów określona jest przez współczynnik filtracji D₁. Przedstawiono opis stanowiska eksperymentalnego do pomiaru ciśnienia gazu podczas niestacjonarnej filtracji gazu. Przeprowadzono weryfikację modelu teoretycznego i wyników eksperymentu. Zaproponowany model filtracji gazu może posłużyć do oceny stanu naprężeń brykietu (górotworu) podczas zmiany ciśnienia gazu.

Kolejnym celem pracy było poznanie zjawiska miniwyrzutu, to znaczy wyrzutu brykietu węglowego nasyconego gazem. W celu oceny dynamiki procesu destrukcji brykietów zbudowano specjalne stanowisko pomiarowe. Stanowisko umożliwiało: formowanie brykietów, pomiar ciśnienia na pobocznicy brykietu, odkształcenia i temperatury brykietu w jego środku oraz wykonywanie zdjęć destrukcji brykietu. Specjalne oprogramowanie umożliwiało akwizycję napięć z czujników pomiarowych oraz sterowanie parametrami pracy szybkiej kamery.

Dynamikę procesu wyrzutu można określić poprzez badanie prędkości jego destrukcji. Najbardziej rozpowszechnioną metodą pomiaru szybkości destrukcji brykietu jest pomiar spadku ciśnienia gazu na pobocznicy brykietu. Zakłada się, że gwałtowny spadek ciśnienia następuje w momencie pęknięcia brykietu i utworzenia płatka. Pomiaru prędkości destrukcji można też dokonać za pomocą specjalnie skonstruowanych tensometrów rezystancyjnych albo poprzez pomiar temperatury brykietu. Przejście fali kruszenia poprzez tensometr powoduje jego rozerwanie.

Najwięcej informacji dotyczących sposobu powstawania płatków, formowania szczelin, prędkości destrukcji, ruchu płatków po oderwaniu od brykietu, dostarczają zdjęcia rozpadu brykietu. Synchronizacja systemu rejestracji, moment wykonania zdjęć i pomiar napięć z przetworników, umożliwiła korelację zjawisk mechanicznych — powstawanie płatków i termodynamicznych — zmiany ciśnienia gazu, odkształcenia brykietu i jego temperatury.

Analiza wykonanych zdjęć prowadzi do wniosku, że proces kruszenia brykietu przebiega ze zmienną prędkością. W początkowym stadium procesu prędkość destrukcji jest stała i należy od rodzaju gazu nasycającego brykiet. Prędkość ta jest dwukrotnie większa w przypadku, gdy gazem nasycającym jest hel, niż dwutlenek węgla. W końcowej fazie proces ulega opóźnieniu. Przedstawione dane dotyczące prędkości destrukcji brykietu i prędkości ruchu płatków świadczą o dużej dynamice procesu. Różnice w kinetyce procesu destrukcji brykietu w fazie początkowej i końcowej możliwe są do wychwycenia jedynie poprzez analizę wykonanych zdjęć. Odrywające się od brykietu płatki poruszają się ruchem przyspieszonym. Największa prędkość płatków, dochodząca do 20 m/s, występuje na czole brykietu.

Metody wiarygodnej prognozy pojawienia się wyrzutu w danym miejscu i określonym czasie powinny być oparte nie tylko na bezpośrednim doświadczeniu nabytym w długoletniej praktyce górniczej, ale również na wynikach badań laboratoryjnych umożliwiających lepsze zrozumienie natury i mechanizmu zjawiska wyrzutu. Podczas przenoszenia wyników badań laboratoryjnych na warunki kopalniane należy uwzględnić: różną skalę zjawisk, różnice badanych materiałów skalnych, różnice w warunkach brzegowych i początkowych.

Tytuł:

Wpływ przestojów frontu eksploatacji podziemnej na przebieg przemieszczeń i deformacji terenu

Autor:

Praca zbiorowa pod redakcją Jadwigi Rogowskiej: Jadwiga Rogowska, Stanisław Knothe, Jerzy Gustkiewicz, Edward Popiołek, Adam Kanciruk, Janusz Ostrowski, Ryszard Hejmanowski, Wiesława Pielok, Jan Leśniak, Jerzy Cygan, Leszek Stanisławski, Paweł Sopata, Artur Wójcik

Statystyka:

ilość stron: 224,
ilość rysunków: 147 (w tym 0 kolorowych),
ilość tabel: 27,
ilość pozycji w spisie literatury: 66.

Streszczenie:

W pracy przedstawiono wyniki badań nad ustaleniem wpływu okresowych zatrzymań frontów eksploatacji na przebieg procesu deformacji powierzchni terenu, których skutki stwarzają dodatkowe zagrożenie dla obiektów podlegających wpływom eksploatacji górniczej.

Badania były realizowane przez zespoły posługujące się różnymi metodami badawczymi o odmiennej specyfice: pomiary geodezyjne — zespół prof. E. Popiołka, pomiary tensometryczne — zespół prof. J. Gustkiewicza, badania modelowe — pod kierownictwem dr J. Rogowskiej, teoretyczne opracowanie modelu matematycznego — prof. St. Knothe i mgr J. Cygan.

Tytuł:

Wpływ warunków termicznych na zmianę niektórych właściwości fizycznych i strukturalnych wybranych skał

Autor:

Andrzej Nowakowski, Mariusz Młynarczuk, Teresa Ratajczak, Jerzy Gustkiewicz

Statystyka:

ilość stron: 106,
ilość rysunków: 106 (w tym 8 kolorowych),
ilość tabel: 7,
ilość pozycji w spisie literatury: 72.

Tytuł:

Zmiany stanu naprężenia i wytężenia materiału w trakcie prowokowania i inicjacji laboratoryjnego wyrzutu skalno-gazowego

Autor:

Mirosław Wierzbicki

Statystyka:

ilość stron: 140,
ilość rysunków: 85 (w tym 6 kolorowych),
ilość tabel: 14,
ilość pozycji w spisie literatury: 94.

Streszczenie:

Pośród zagrożeń naturalnych towarzyszących podziemnej eksploatacji węgla kamiennego najtrudniejsze w opisie są zagrożenia związane z występowaniem zjawisk o charakterze dynamicznym. Do grupy tych zjawisk należą m.in. nagłe wyrzuty skalno-gazowe. Nagły wyrzut skalno-gazowy jest to zachodzące w sposób dynamiczny zjawisko niszczenia struktury pierwotnej skały wraz z odrzutem produktów destrukcji do przestrzeni wolnej. Warunkiem koniecznym wystąpienia wyrzutu jest obecność w porach skały gazu, pod ciśnieniem wyższym od ciśnienia gazu w przestrzeni wolnej, graniczącej ze skałą. Ani nauka, ani ruch górniczy nie dopracowały się dotychczas zobiektywizowanych metod przewidywania występowania tego zjawiska w oznaczonym miejscu i czasie.

Monografia stanowi prezentację pewnego modelu zjawiska wyrzutu skalno-gazowego. Szczególną uwagę zwrócono na procesy zachodzące w materiale w czasie bezpośrednio poprzedzającym inicjację zjawiska. Fazę tą nazywamy prowokowaniem wyrzutu. Model opiera się na warunkach równowagi sił działających ośrodek porowaty. Zaprezentowano również liczne wyniki prac eksperymentalnych na unikatowym stanowisku, przeznaczonym do obserwacji wyrzutów brykietów węglowych w warunkach laboratoryjnych. Uwzględniono dwa rodzaje naprężeń istniejących w materiale. Pierwszy z nich — naprężenia pozostałe w brykiecie węglowym po procesie jego przygotowania (prasowania) — obliczony został metodą elementów skończonych. Drugi składnik stanu naprężenia to naprężenia związane z istnieniem gazu w przestrzeni porowej ośrodka. Zastosowanie do opisu filtracji nieliniowego równania filtracji gazu przez brykiety węglowe pozwoliło na odtworzenie czasoprzestrzennego rozkładu ciśnienia porowego w trakcie trwania procesu prowokowania zjawiska. To z kolei umożliwia ocenę rozkładu i wartości zmiennych w czasie i przestrzeni naprężeń, wywołanych obecnością gazu w brykiecie.

Wyniki badań laboratoryjnych przeprowadzonych na „stanowisku rury wyrzutowej”, polegających na rejestrowaniu zmian ciśnienia porowego w trakcie prowokowania, pokazały, że:

niezwykle ważnym elementem procesu prowokowania laboratoryjnego wyrzutu jest tempo, z jakim zmienia się ciśnienie gazu, przed czołem nasyconego gazem brykietu. Wzrost tempa spadku ciśnienia gazu przed brykietem skutkuje wzrostem maksymalnej wartości rozciągającego naprężenia gazowego, a miejsce wystąpienia maksimum tego naprężenia zbliża się do czoła brykietu,
poprawa własności filtracyjnych brykietów węglowych prowadzi do spadku wartości naprężeń gazowych, których występowanie jest warunkiem koniecznym wystąpienia wyrzutu,
zwiększenie wartości ciśnienia nasycania brykietów węglowych, przy niezmiennych pozostałych parametrach granicznych procesu prowokowania, powoduje wzrost wartości maksimum absolutnego naprężenia gazowego.

Analiza wypadkowego stanu odkształcenia brykietów o porowatości 20,5% wykazała, że podczas prowokowania wyrzutu, w osi brykietu węglowego występuje maksimum względnego odkształcenia w kierunku osiowym. Średnia wartość tego odkształcenia w momencie inicjacji jest wyższa od analogicznych wartości w eksperymentach, w których prowokacje nie zakończyły się inicjacją zjawiska. Wyniki eksperymentalne zdają się pokazywać, że inicjacja wyrzutu może następować na skutek przekroczenia maksymalnego wydłużenia względnego materiału.

Tytuł:

Wybrane problemy współdziałania budowli z górotworem

Autor:

Lucyna Florkowska

Statystyka:

ilość stron: 128,
ilość rysunków: 73 (w tym 13 kolorowych),
ilość tabel: 2,
ilość pozycji w spisie literatury: 94.

Streszczenie:

Zapewnienie dobrej współpracy obiektu budowlanego z podłożem stanowi ważne zadanie inżynierskie. Problem ten nabiera wyjątkowego znaczenia wszędzie tam, gdzie podłoże to doznaje deformacji, na skutek różnego rodzaju procesów. Jednym z takich przypadków jest sytuacja, w której górotwór zostaje naruszony z powodu eksploatacji złóż.

Działalność wydobywcza uruchamia cały szereg skomplikowanych procesów, które biegnąc w przestrzeni górotworu i zmieniając się w czasie, wywołują skutki tak na powierzchni terenu, jak i we wszelkiego rodzaju obiektach powiązanych z gruntem. Nie ustają one z momentem zakończenia eksploatacji, ale ujawniają się jeszcze przez wiele lat, mimo zaprzestania wydobycia i zabezpieczenia wyrobisk.

Złożoność zagadnienia ma swoje źródło w budowie górotworu i związanych z nią własnościach. Jako kształtujący się przez miliony lat i poddawany różnorakim oddziaływaniom, ośrodek ten odznacza się skomplikowanymi mechanizmami rządzącymi jego zachowaniem. Wszystko to powoduje znaczne trudności z matematycznym opisem zagadnienia, a co za tym idzie, z prognozowaniem skutków procesów eksploatacyjnych.

Wykorzystując dotychczasowe osiągnięcia w dziedzinie poznawania i opisywania procesów zachodzących w górotworze poddanym eksploatacji górniczej oraz nowoczesne metody i narzędzia modelowania numerycznego, podjęto prace zmierzające do opracowania optymalnego schematu rozwiązywania tego zagadnienia.

Na podstawie przeprowadzonych analiz wyselekcjonowano odpowiednie prawo materiałowe podłoża gruntowego, opisujące jego sprężyste, plastyczne i lepkie zachowanie. Od strony geometrycznej sformułowano zagadnienie w ten sposób, by uwzględniona została „nieskończoność” górotworu otaczającego budynek. Zamodelowano proces czasoprzestrzennego kształtowania się górniczej niecki obniżeń w takim ośrodku za pomocą specjalnie opracowanego podprogramu współpracującego z użytym do obliczeń numerycznych programem MES – ABAQUS. Przekazywanie oddziaływań pionowych i poziomych z górotworu na fundamenty budynku opisano tak, by umożliwić poślizgi na powierzchniach kontaktowych.

Analiza uzyskanych wyników, które pozostają w zgodzie z dotychczasową wiedzą opartą na rozważaniach teoretycznych oraz na rozpoznaniu doświadczalnym wykazuje, że udało się opracować wygodne i praktyczne narzędzie umożliwiające analizę różnorodnych zagadnień z zakresu współpracy budynków z górotworem. Narzędzie to posiada szereg atutów, potwierdzających zasadność podjętej pracy. Należą do nich między innymi:

ogólna dostępność, dzięki użyciu powszechnego na rynku pakietu programów MES,
prostota użytkowania,
możliwości modelowania złożonych procesów zachodzących w ośrodku gruntowym,
kompleksowa analiza wpływu górniczych deformacji na górotwór i posadowiony na nim budynek,
szybkie uzyskiwanie wyników pozwalające na sprawną analizę zagadnienia, jak również ocenę wpływu poszczególnych parametrów modelu na rozwiązanie,
„nieograniczone” możliwości poszerzania i udoskonalania modelu.

Tytuł:

Symulacja numeryczna procesu przewietrzania sieci wentylacyjnej kopalni

Autor:

Wacław Dziurzyński

Statystyka:

ilość stron: 128,
ilość rysunków: 106,
ilość tabel: 1,
ilość pozycji w spisie literatury: 36.

Streszczenie:

Wentylacja kopalni, która odbywa się w wyrobiskach, wymuszona jest przez wentylatory i czynniki naturalne. Obecność zagrożeń powoduje dyskomfort pracy, a z drugiej strony wywołuje czynnik poznawczy i zmusza do zapobiegania ewentualnym niepożądanym zdarzeniom. Wieloletnie doświadczenia wynikające z wydobywania kopalin użytecznych doprowadziło do zgromadzenia bogatej faktografii zdarzeń, szczególnie przydatnej dla stosowania metod badania procesu przewietrzania w obecności zaburzeń. W ostatnim dziesięcioleciu w polskim górnictwie nastąpiło unowocześnienie środków zwiększających bezpieczeństwo pracy załóg górniczych. Do jednych z nich należy zaliczyć wprowadzenie do działów wentylacji i u dyspozytora kopalni systemu monitoringu oraz systemu programów komputerowych inżyniera wentylacji. System monitoringu kopalni dostarcza dyspozytorowi dużą liczbę danych pomiarowych uzyskaną z czujników, które są rozmieszczone w newralgicznych miejscach kopalni.

Biorąc powyższe pod uwagę, zasadniczym celem niniejszej monografii jest zapoznanie czytelnika z możliwościami zastosowania metody symulacji numerycznej dla potrzeb wentylacji kopalń oraz przedstawienie metodyki postępowania w celu przygotowania danych wejściowych i przeprowadzenia obliczeń, oraz przedstawienia wyników, ich analiza i wyciągnięcie wniosków końcowych.

Na wstępie, w rozdziale pierwszym przedstawiono rozważania dotyczące symulacji numerycznej jako metody badawczej stosowanej do prognozowania i szkolenia w różnych dziedzinach nauki.

W rozdziale drugim przedstawiono krótką charakterystykę poszczególnych programów komputerowych pakietu VENTGRAPH. Zapoznano czytelnika z możliwościami prognozy procesu przewietrzania w oparciu o pakiet profesjonalnych programów komputerowych VENTGRAPH i VentZroby. W rozdziale trzecim przedstawiono zastosowane w pakiecie programów komputerowych modele matematyczne opisujące przepływ powietrza i gazów w wyrobisku i zrobach z uwzględnieniem modelu ogniska pożaru oraz różnych źródeł dopływu metanu. Następne rozdziały czwarty i piąty zawierają szereg przykładów wyznaczenia parametrów determinujących proces przewietrzania dla sytuacji wywołanych:

pożarem w prądzie wznoszącym w warunkach dopływu metanu,
pożarem w zrobach w warunkach dopływu metanu,
wpływem tąpnięcia górotworu i wypływu metanu na niestacjonarny rozpływ mieszaniny w rejonie ściany,
zatrzymaniem lub rewersją wentylatora głównego przewietrzania,
podawaniem azotu do obszaru zrobów, w których rozwija się ognisko pożaru.

Dla każdego przykładu przedstawiono sposób przygotowania danych do komputerowych obliczeń. Uzyskane wyniki przedstawiono w postaci wykresów czasowych zmian obserwowanych parametrów oraz jako rozkłady przestrzenne stężenia gazów dla obszaru zrobów. Na zakończenie opisu każdego przykładu wyciągnięto wnioski przydatne dla praktyki.

Tytuł:

Termoanemometryczna metoda wyznaczania wektora prędkości przepływu gazu

Autor:

Elżbieta Poleszczyk

Statystyka:

ilość stron: 120,
ilość rysunków: 89 (w tym 41 kolorowych),
ilość fotografii: 8 (kolorowych),
ilość tabel: 4,
ilość pozycji w spisie literatury: 53.

Streszczenie:

Niniejsza praca jest obszerną monografią na temat metody pomiaru prędkości przepływu zwanej anemometrią cieplną lub termoanemometrią, działania anemometrów z grzanym włóknem, budowy czujników hot-wire oraz technologii ich wytwarzania. Omawia teoretyczne podstawy pracy termoanemometrów, różne sposoby zasilania czujników pomiarowych i zasady uzyskiwania informacji o badanych przepływach. Wymienia najważniejsze problemy materiałowe i technologiczne, nakreśla rolę anemometrii cieplnej w różnych dziedzinach nauki i techniki. Przedstawia specjalne konstrukcje czujników anemometrycznych przeznaczonych do konkretnych zadań metrologicznych.

Autorka bliżej opisuje trzy rodzaje czujników: z włóknem prostopadłym do osi czujnika, z włóknem ukośnym oraz czujnik trójwłóknowy, w którym elementy mierzące tworzą w przestrzeni naroże sześcianu, a więc są do siebie wzajemnie prostopadłe.

W pracy opisano aparaturę i algorytm pomiarowy służące do wyznaczania składowych i modułu wektora prędkości przepływu gazu.

Dużo miejsca poświęcono omówieniu eksperymentów, które miały na celu wykrycie zjawisk fizycznych zakłócających pomiar przy pomocy sondy trójwłóknowej. W obszarze pomiarowym tej sondy, charakteryzującej się skomplikowaną budową, występują ślady aerodynamiczne i termiczne za wspornikami i grzanymi włóknami. Na drodze eksperymentu wykazano wpływ wzajemnych oddziaływań pomiędzy elementami konstrukcyjnymi czujnika na niepewność pomiaru. Określono również optymalne warunki pracy termoanemometrycznego systemu wyznaczania wektora prędkości.

Na szczególną uwagę zasługuje metoda określania zwrotu przepływu przy pomocy sondy trójwłóknowej, której dwa włókna są grzane natomiast trzecie pełni rolę termometru rezystancyjnego. Przy obrocie sondy wokół osi znajduje się takie położenie, w którym termometr pokazuje maksimum temperatury medium, co ma miejsce w tym momencie, gdy znajdzie się on na linii prądu.

Monografia ta może być zalecana jako pomoc z dziedziny metrologii przepływów dla wykonujących pomiary przy pomocy aparatury termoanemometrycznej oraz studentów kierunków technicznych.

Komitet redakcyjny:

Redaktor serii: prof. dr hab. inż. Wacław Dziurzyński,
Sekretarz redakcji: prof. dr hab. inż. Paweł Ligęza,
Redaktor techniczny: lic. Jan Palacz.

Indeks: ISSN 1731-8416.

Numeryczna Mechanika Płynów (Compound Fluid Dynamics)

Jest to dział mechaniki płynów wykorzystujący metody numeryczne do rozwiązywania zagadnień przepływu płynów. W Pracowni Wentylacji Kopalń metody numerycznej mechaniki płynów wykorzystywane są do przybliżania przepływów w sieciach wentylacyjnych kopalń. Analizuje się wentylacyjne aspekty funkcjonowania kopalń. Z analiz powstają wyniki obrazujące przepływy mieszanin gazów, głównie metanu z powietrzem. Analizy są ukierunkowane na profilaktykę zagrożeń np. poprzez wskazanie na właściwą zabudowę naroża ściany. Do tego celu wykorzystywane jest oprogramowanie ANSYS Fluent.