СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ ТЕЛОМ ПЕРЕМЕННОГО ВЕСА В ТЕКУЩЕЙ СРЕДЕ
METHOD OF DETERMINING DYNAMIC PRESSURE BY A BODY OF VARIABLE WEIGHT IN A CURRENT MEDIUM

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано при определении давления телом переменного веса в среде. Известен способ определения динамического давления в нестационарном потоке постоянным удельным весом тела, (К.З. Ушаков, А.С. Бурчаков, Л.А. Пучков, И.И. Медведев. Аэрология горных предприятий. М.: Недра. 1987. С. 105-108) при котором измеряют известным способом силу аэродинамического давления турбулентного потока на неподвижное в нем твердое тело, измеряют площадь его сечения и определяют аэродинамическое давление в потоке по математическому выражению, как отношение силы аэродинамического давления потока на площадь его сечения. (Данный способ принят за аналог). Недостатком данного способа является то, что он не учитывает: высоту потока; априори, т.е. без замера принимает квадратичный режим скорости движения потока.
Известен так же способ определения динамического давления в стационарном потоке постоянным удельным весом тела (Х. Кухлинг. (Справочник по физике. М.: Мир. 1985, С. 123-127), при котором измеряют известным способом удельный вес потока, измеряют постоянную высоту его над поверхностью замера, устанавливают постоянную скорость движения потока и определяют суммарное динамическое и статическое давление в ламинарном потоке по математическому выражению, как произведение постоянного удельного веса тела на постоянную его высоту. (Данный способ принят за аналог). Недостатками данного способа является то, что он не учитывает: переменную высоту потока; априори, т.е. без замера принимает ламинарный режим скорости движения потока.
Известен так же способ измерения давления (Справочник. Измерения в промышленности кн. 2. под ред. проф. П.профоса. М.:Металлургия. 1990. С. 238-239), при котором обе составляющие давление, т.е. высота и удельный вес определяются независимо одна от другой различивши способами (Данный способ принят за прототип).
Известен так же способ определения первого существенного признака гидродинамического давления в заявленном способе - плотности импульса массы единицы объема тела, вместо массы в виде физической модели - точки. (Импульс в гидродинамике, интернет https//wikipediaorg/wiki/Импульс), при котором измеряют массу единицы объема тела, т.е. его плотность, затем измеряют скорость движения тела и определяют плотность импульса массы тела по математическому выражению, как произведение плотности единицы объема массы тела на скорость его движения. При этом плотность импульса по размерности и смыслу соответствует плотности потока массы или импульсу удельного веса массы единичного объема тела. (Данный способ принят за аналог). Недостатком данного способа является то, что он не учитывает; сопротивление среды.
Существенное отличие заявленного способа от известных состоит в том, что он позволяет заменить замер высоты потока на замер ее переменным временем и скоростью движения потока. Такие операции позволили объединить два известных способа: статический и динамический виды, в один - гидродинамический способ давления тела.
Задачей изобретения является повышение безопасности, комфортности условий труда и улучшение технико-экономических показателей шахт.
Технический результат изобретения состоит в повышении точности определения динамического давления в потоке при переменном импульсе веса тела и сопротивления текущей среде, а с учетом этого в повышении достоверности подачи расхода воздуха, в предотвращении аварий в шахтах п
Указанный технический результат достигается тем что способ определения динамического давления телом переменной плотности импульса тела в воздушной среде, включает: выбор сквозного вентиляционного потока с находящимся в нем участком замера, заполнение участка воздушной средой его устройством. Затем установление устройством заданной массы тело в начальное сечение участка, установку на тело датчика замера направления и величины скорости движения тела, измерение массы тела, измерение миделева сечения тела, измерение высоты потока и определение массы единицы объема тела, отличающийся тем, что дополнительно предоставляют возможность движения телу массой единицы объема движение по высоте потока, измеряют время движения тела от входного до выходного сечения участка, измеряют скорость движения тела, определяют фактическое ускорение движения тела в среде и определяют заданную плотность импульса тела в конечном сечении участка замера. Одновременно измеряют скорость движения среды относительно тела, определяют заданную удельную плотность объемного расхода среды приходящуюся на миделево сечение тела. После этого определяют предельные отклонения от заданных значений плотности импульса тела в среде и удельной плотности объемного расхода воздушной среды. При наличии отклонений от заданных значений устанавливают устройством изменения массы тела минимальное ее значение при дальнейшем увеличении до максимального значения или устанавливают максимальное значение - при дальнейшем ее снижении до минимального значения. Одновременно устанавливают минимальное значение скорости движения воздуха относительно тела при дальнейшем ее увеличении до максимального значения или устанавливают максимальное значение скорости движения воздуха при дальнейшем ее снижении до минимального значения. После этого измеряют при каждом замере значения плотности импульса тела и скорости движения воздуха относительно тела, определяют удельную плотность объемного расхода среды при замеренной скорости движения воздуха, измеряют время движения при каждом замере. Вслед за этим определяют показатель режима изменения плотности импульса тела. Одновременно определяют показатель режима удельной плотности объемного расхода воздушной среды. Затем определяют начальную величину динамического давления тела и определяют при каждом замере динамическое давления тела при переменной плотности импульса тела, переменной удельной плотности объемного расхода среды, разных режимах и вариантах их изменения по основной математической формуле
,
где  - динамическое давление;
- начальное динамическое давление определяется по формуле
- начальная плотность импульса тела определяется по формуле ; - начальная удельная плотность объемного расхода среды определяется по формуле ;
- плотность импульса тела; определяется по формуле
где  - плотность массы единичного объема тела в среде;
при условии, когда плотность тела больше плотности среды, то определяется по формуле
,
где  - где соответственно мсса тела и среды;
- миделево сечение тела;  - высота потока;
- скорость движения тела в среде определяется по формуле;
где  - фактическое ускорение движения тела;  - время движения тела;
- удельная плотность объемного расхода сопротивления среды; определяется по формуле
где  - плотность объемного расхода среды омывающей тело,
определяется по формуле , где  - объемный расход среды:
; где  - скорость сопротивления среды относительно тела,
где  - сила сопротивления среды;  - коэффициент сопротивления среды.
- показатель режима изменения плотности импульса тела при переменной удельной плотности объемного расхода среды; определяется по формуле
- показатель режима изменения плотности объемного расхода среды при переменной плотности импульса тела; определяется по формуле
Или удельную плотность объемного расхода среды устройством ее изменения устанавливают на начальном уровне, а плотность импульса тела устройством изменяют, после этого измеряют при каждом замере плотность импульс тела, определяют постоянную удельную плотность объемного расхода среды, определяют соответствующие им показатели режимов и определяют динамическое давление тела в среде при переменной плотности импульса тела в среде, при постоянной начальной удельной плотности объемного расхода среды и разных режимах их изменения по основной математической формуле.
где  - показатели режимов изменения плотности импульса тела и удельной плотности объемного расхода среды;
Или плотность импульс тела устанавливают устройством его изменения в конечном сечении выработки на начальном уровне, а удельную плотность объемного расхода среды ее устройством изменяют, после этого измеряют удельную плотность объемного расхода среды, определяют постоянную начальную плотности импульса тела, определяют соответствующие им показатели режимов изменения и определяют динамическое давление тела при постоянной начальной плотности импульса тела, переменной удельной плотности объемного расхода среды и разных режимах их изменения по основной математической формуле
где  - показатели режимов изменения постоянной плотности импульса тела и переменной удельной плотности объемного расхода среды
Или плотность импульса тела устройством его изменения устанавливают в конечном сечении выработки на начальном уровне, устанавливают удельную плотность объемного расхода среды ее устройством гак же на начальном уровне, после этого их одновременно измеряют, определяют соответствующие им показатели режимов изменения и определяют начальное динамическое давление тела в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения по основной математической формуле.
где  - показатели режимов изменения начальной плотности импульса тела и удельной плотности объемного расход среды;
Или определяют зависимость плотности импульса тела и удельной плотности объемного расхода среды от переменного давления, определяют общую точку равенства их величин, затем устанавливают плотность импульса тела и удельной плотности объемного расхода среды на общем уровне, после этого измеряют величины плотности импульса тела, удельной плотности объемного расхода среды, определяют начальные их величины, определяют соответствующие им показатели режимов изменения и определяют оптимальную величину динамического давления тела при одинаковом уровне плотности импульса тела, удельной плотности объемного расхода среды и разных режимах их движения по основной математической формуле
где  - показатели режимов изменения плотности импульса тела и удельной плотности объемного расхода среды;
Или определяют зависимость плотности импульса тела от времени его движения при каждом замере, затем определяю зависимость удельной плотности объемного расхода среды от времени, определяют показатель режима их изменения от времени, определяют соответствующее времени постоянное давление на протяжении всего времени движения тела и после этого определяют динамическое давление при условии зависимости от времени переменной плотности импульса тела и удельной плотности объемного расхода среды по основной математической формуле
где  - показатель режима изменения времени, в зависимости от переменной плотности импульса тела и удельной плотности объемного расхода среды;  постоянное давление тела в течение времени перемещения тела;
Или определяют зависимость плотности импульса тела от пути перемещения тела в единицу времени при каждом замере, одновременно определяют зависимость удельной плотности объемного расхода среды от пути перемещения в единицу времени при каждом замере, затем определяют показатель режима изменения пути перемещения тела, определяют соответствующую ему постоянную величину динамического давления, после этого определяют динамическое давление тела в среде при условии зависимости плотности импульса тела и удельной плотности объемного расхода среды от пути движения тела по основной математической формуле
где  - показатель режима изменения пути перемещения тела от переменной плотности импульса тела и удельной плотности объемного расхода среды;  - начальное давление при каждом замере на протяжении пути движения тела;
Или определяют динамическое давление между точками замера, при условии: зависимости плотности импульса тела от времени его движения, зависимости удельной плотности объемного расхода среды так же от времени и определяют сумму изменения давления. После этого определяют динамическое давление между точками замера при условии: зависимости плотности импульса тела от пути движения тела, определяют зависимость удельной плотности объемного расхода среды так же от пути движения тела и определяют сумму полного давления от пути перемещения. Затем приравнивают полученные суммы и подтверждают точность определения динамического давления во времени и в пространстве пути а движения тела по математической формуле
где  - индексы изменения суммы давления, изменяющегося во времени;
- индексы суммы давления, изменяющегося в пути перемещения тела в пространстве.
После этого определяют условия соотношения фактической и допустимой величины динамического давления , где , ,  соответственно фактические и допустимая величина давления. Затем при условии, когда фактическая величина давления больше допустимой, то ее изменяют до допустимой величины и определяют достоверную величину скорости движения воздуха в выработке при каждом замере по формуле .
Далее определяют расход воздуха по формуле  и получают требуемый технический результат.
Наличие причинно-следственной связи между начальной величиной динамического давления и техническим результатом подтверждается тем, что общая величина требуемого расхода воздуха складывается из начальной величины и приращения при движении тела. Не учет этого вносит значительные ошибки в определение расхода воздуха и приводит к авариям. Наличие причинно-следственной связи между взаимосвязью плотности импульса тела с удельной плотностью объемного расхода среды и техническим результатом подтверждается тем, что оба эти признака воздействуют на тело совместно и создают динамическое давление. В шахте движущиеся тела (клети, скипы, бадьи, вагоны, монорельсовые машины, передвигающиеся горные породы под действием тяжести, конвейеров и другие предметы) имеют разные размеры, площади сечений, плотности импульса тела и соответствующие им удельные плотности объемного расхода среды и создают различные аварии в шахтах. В известном способе не учитывается сопротивление движению тела в среде, что не позволяет получить требуемый технический результат. Наличие причинно-следственной связи между показателями режимов движения плотности импульса тела и удельной плотности объемного расхода среды и техническим результатом подтверждается тем, что тела реальных размеров движутся при разных скоростях: равномерно, неравномерно, замедленно, ускоренно и разных режимах: ламинарном, турбулентном и промежуточных между ними. В предлагаемом способе показатели режимов у импульса тела и удельной плотности объемного расхода среды измеряются, что позволяет получить технический результат. В известном способе показатели режимов движения тела и среды не измеряются, а принимаются без замера, что не позволяет получить требуемый технический результат.
Физический смысл динамического давления в заявленном способе состоит в том, что оно является равнодействующей сил: давления - плотности импульса тела и сопротивления - удельной плотности объемного расхода среды, которые позволяют получить технический результат. В предлагаемой формуле изобретения признак - давление охарактеризован общим понятием - динамическое давление, охватывающим разные частные формы его реализации в виде вариантов. При этом в описании изобретения приводятся сведения, подтверждающие, что именно плотность импульса тела и удельная плотность объемного расхода среды, содержащиеся в понятии динамическое давление, обеспечивают в совокупности с другими признаками получение указанного в формуле технического результата. В предлагаемой формуле признак динамическое давление, как общее понятие выражен в виде альтернативы при соблюдении условия, что при любом допускаемом альтернативой выборе плотности импульса тела и удельной плотности объемного расхода воздушного потока, в связи с другими признаками, включенными в формулу изобретения, обеспечивается получение одного и того же технического результата. Поэтому в формуле изобретения характеризуется несколько вариантов определения динамического давления, которые являются функционально самостоятельными.
Изобретение поясняется фиг. 1, где показан разрез выработки сбоку. Позиции на чертеже обозначают: вентиляционный поток - 1; участок замера - 2; устройство изменения скорости движения среды - 3; устройство изменения массы тела и плотности импульса тела - 4, тело - 5; начальное сечение участка - 6; датчик измерения направления и скорости движения воздуха - 7; площадь миделева сечения - 8; высота потока - 9; плотность массы единичного объема тела 10; конечное сечение 11 потока; плотность импульса тела 12; скорость движения среды 13 относительно тела; удельная плотность объемного расхода 14 среды.
Предлагаемый способ достигается тем, что способ определения динамического давления телом переменной плотности импульса тела в воздушной среде при котором: выбирают сквозной вентиляционный поток 1 с находящимся в нем участком замера - 2, заполняют участок воздушной средой устройством 3. Затем устанавливают устройством 4 заданную массу тела 5 в начальное сечение 6 участка замера, устанавливают на тело датчик 7 замера направления и величины скорости движения тела, измеряют массу тела, измеряют миделево сечение 8 тела, измеряют высоту потока 9 и определяют массу единицы объема 10 тела. Дополнительно предоставляют возможность движения телу массой единицы объема по высоте потока, измеряют время движения тела от входного до выходного сечения 11 участка, измеряют скорость движения тела, определяют фактическое ускорение движении тела в среде и определяют плотность импульса 12 тела в конечном сечении участка замера. Одновременно измеряют скорость движения среды 13 относительно тела, определяют заданную удельную плотность объемного расхода среды 14 приходящуюся на миделево сечение тела. После этого определяют предельные отклонения от заданных значений плотности импульса тела в среде и удельной плотности объемного расхода воздушной среды. При наличии отклонений от заданных значений устанавливают устройством изменения массы тела минимальное ее значении при дальнейшем увеличении до максимального значения или устанавливают максимальное значение импульса тела при дальнейшем ее снижении до минимального значения. Одновременно устанавливают минимальное значение скорости движения воздуха относительно тела при дальнейшем ее увеличении до максимального значения или устанавливают максимальное значение скорости движения воздуха при дальнейшем ее снижении до минимального значения. После этого измеряют при каждом замере значения импульса тела и скорости движения воздуха относительно тела, определяют удельную плотность объемного расхода среды при измеренной скорости движения воздуха, измеряют время движения при каждом замере. Вслед за этим определяют показатель режима изменения импульса тела. Одновременно определяют показатель режима удельной плотности объемного расхода воздушной среды. Затем. Затем определяют начальную величину динамического давления тела и определяют при каждом замере динамическое давление тела при переменном импульсе тела, переменной удельной плотности объемного расхода среды, разных режимах и вариантах их изменения по основной математической формуле.
Или удельную плотность объемного расхода среды устройством ее изменения 3 устанавливают на начальном уровне, а импульс тела ее устройством 4 изменяют, после этого умеряют при каждом замер е импульс тела, определяют постоянную удельную плотность объемного расхода среды, определяют соответствующие им показатели режимов и определяют динамическое давление тела в среде, при переменном импульсе тела в среде, при постоянной удельной плотности объемного расхода среды и разных режимах их изменения по основной математической формуле.
Или импульс тела устройством его изменения 4 устанавливают на начальном уровне, а удельную плотность объемного расхода среды ее устройством 3 изменяют, после этого изменяют удельную плотность объемного расхода среды, определяют постоянную начальную плотность массового расхода тела, определяют соответствующие им показатели режимов изменения и определяют динамическое давление тела при постоянном импульсе тела, переменной удельной плотности объемного расхода среды и разных режимах их изменения по основной математической формуле.
Или импульс тела устанавливают устройством его изменения 4 в конечном сечении выработки на начальном уровне, устанавливают начальную удельную плотность объемного расхода среды устройством 3 так же на начальном уровне, после этого одновременно их измеряют, определяют соответствующие им показатели режимов изменения и определяют начальное динамическое давление тела в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения по основной математической формуле.
Или определяют зависимость импульса тела и удельной плотности объемного расхода среды от переменного давления, определяют общую точку равенства их величин, затем устанавливают импульс тела и удельную плотность объемного расхода среды на общем уровне, после этого измеряют величины импульса тела, удельной плотности объемного расхода среды, определяют начальные их величины, определяют соответствующие им показатели режимов изменения и определяют оптимальную величину динамического давления тела при одинаковом уровне импульса тела, удельной плотности объемного расхода среды и разных режимах их движения по основной математической формуле. Или определяют зависимость импульса тела от времени его движения при каждом замере, затем определяют зависимость удельной плотности объемного расхода среды от времени, определяют показатель режима их изменения от времени, определяют соответствующее времени постоянное давление на протяжении всего времени движения тела, после этого определяют динамическое давление при условии зависимости от времени импульса вес тела и удельной плотности объемного расхода среды по основной математической формуле.
Или определяют зависимость импульса тела от пути перемещения тела в единицу времени при каждом замере, одновременно определяю зависимость удельной плотности объемного расхода от пути перемещения в единицу времени при каждом замере, затем определяют показатель режима изменения пути перемещения тела, определяют соответствующую ему постоянную величину давления, после этого определяют динамическое среде при условии зависимости импульса тела и удельной плотности объемного расхода среды от пути движения тела по основной математической формуле.
Или определяют динамическое давление между точками замера, при условии зависимости импульса тела от времени его движения, зависимости удельной плотности объемного расхода среды так же от времени и определяют сумму изменения давления от времени. После этого определяют динамическое давление между точками замера при условии зависимости импульса тела от пути движения, определяют зависимость удельной плотности объемного расхода среды так же от пути движения тела и определяют сумму полного давления от пути перемещения. Затем приравнивают полученные суммы и подтверждают точность замера динамического давления во времени и в пространстве перемещения тела по основной математической формуле. Затем, при условии, когда фактическая величина давления больше допустимой, то ее изменяют до допустимой величины и определяют величину достоверной скорости движения, расхода воздуха в выработке при каждом замере по основной математической формуле и получают требуемый технический результат.
Замеры параметров в указанных пунктах производят следующими приборами и: пружинными весами измерялся вес тела; микроманометром ММН-1 и анемометрами АСО-3, МС-13- скорость движения воздуха; рулеткой - размеры тела; компьютером «note book», секундомером - время движения тела, воздуха; вентилятором ВМП - регулировалась скорость движения воздуха и плотность объемного расхода потока; термометром измерялась температура воздуха;
Технико-экономический эффект предложенного способа по сравнению с прототипом (таблица) позволяет повысить достоверность: давления, скорости движения тела и расхода воздуха в диапазоне от одного до восьми раз и таким путем получить требуемый технический результат
Примером применения предлагаемого способа служит определение динамического давления создаваемого движущимся углем переменной плотности импульса, удельной плотностью расхода воздушной среды. Для осуществления способа выбирался вентиляционный поток шахты 1, с находящимся в нем участком 2, заполнялся участок устройством 3 требуемым расходом воздушной среды, устанавливалось устройством 4 изменения массы тело 5 в начальное сечение 6 участка, измерялась его заданная масса  устанавливался на тело датчик 7 замера направления и скорости воздушной среды. Потом измерялось миделево сечение 8  тела, измерялась высота 9 участка  и определялась плотность массы единицы объема 10 тела . Затем предоставлялась телу возможность движения от начального до конечного 11 сечения потока, измерялось время  движения тела, измерялась заданная скорость движения тела  и определялась заданная плотность импульса  тела 12 в конечном сечении потока. После этого измерялась скорость сопротивления среды 13 движению тела  и определялась заданная удельная плотность объемного расхода сопротивления среды 14  движению тела. Затем определялись возможные отклонения от заданного значения плотности импульса тела и заданного значения удельной плотности объемного расхода среды. При наличии отклонений измерялась при каждом замере плотность импульса тела от  до  Одновременно измерялась удельная плотность объемного расхода среды от  до . Затем определялся показатель режима изменения плотности импульса тела .
Одновременно определялся показатель режима изменения удельной плотности объемного расхода воздушной среды . После этого определялась начальная величина динамического давления тела  и определялось динамическое давление тела в потоке при переменной плотности импульса тела, переменной удельной плотности объемного расхода воздуха и разных режимах и вариантах их изменения при каждом замере по основной математической формуле
от
до
или определялось динамическое давление при условии переменной плотности импульса тела, постоянной начальной удельной плотности объемного расхода среды и разных режимах их изменения по основной математической формуле
от
до
или определялось динамическое давление при условии постоянной плотности импульса тела, переменной удельной плотность объемного расхода среды и разных режимах их изменения по основной математической формуле
от
до
или определялось динамическое давление при условии постоянной начальной плотности импульса тела, постоянной начальной плотности объемного расхода среды и разных режимах их изменения по основной математической формуле
или определялось динамическое давление при условий оптимальных значений плотности импульса тела и удельной плотности объемного расхода среды и разных режимах их изменения по основной математической формуле
или определялось динамическое давление при условии зависимости переменной плотности импульса тела и удельной плотности объемного расхода среды в течение всего времени движения тела и разных режимах при переменной плотности импульса и переменой удельной плотности объемного расхода среды по основной математической формуле
от
до
или определялось динамическое давление при условии зависимости переменной плотности импульса тела, переменной удельной плотности объемного расхода среды по всей длине пути перемещения тела и разных режимах их изменения по основной математической формуле
от
до
или определялось динамическое давление при условии зависимости приращений плотности импульса тела от времени движения тела, зависимости приращений удельной плотности объемного расхода среды так же от времени. После этого определялась зависимость приращений плотности импульса тела от пути, зависимость удельной плотности объемного расхода среды так же от пути перемещения. Затем приравнивались полученные суммы приращений величин и подтверждалась точность замера давления во времени и в пространстве по формуле
с полученной точностью результатов сравнения: 100%=100,2%,. После этого выбирался объект применения динамического давления, например пожароопасный участок шахты, затем определялись условия соотношения фактической величины динамического  давления с допустимой его  величиной. При условии, когда фактическая величина больше допустимой, то изменялась величина фактического давления и сопротивления среды до допустимого значения. С учетом этого определялась достоверная величина скорости движения воздуха по основной математической формуле
и расхода воздуха  - площадь сечения тела.
Таким путем достигался требуемый технический результат.