Тема: Туманообразование и его использование в горной промышленности

Тема: Туманообразование и его использование в горной
промышленности
Цель моего проекта – понять физическую природу образования холодного
тумана; понять, как с помощью ультразвука образуется холодный туман; создать
модель использования холодного тумана для орошения в горных выработках.
В квартире моей бабушки зимой всегда работает ультразвуковой увлажнитель
воздуха. Много раз у меня возникали вопросы зачем он нужен и почему пар, который из
него выходит не обжигает? Где еще используется такой туман? Так и появилась моя работа.
Для достижения поставленной цели я определила для себя следующие задачи:
- понять физическую природу появления холодного тумана;
- понять принцип туманообразования с помощью ультразвука;
- создать модель использования холодного тумана для пылеподавления в шахте.
Физическая природа явления
Туман – это скопление огромного количества капелек воды и кристалликов льда,
которые собираются вместе и образуют облако у поверхности земли. Иногда облако такое
плотное, что ничего не видно на расстоянии вытянутой руки.
Туман образуется при соприкосновении холодного воздуха с теплым при
относительной влажности воздуха – более 85%. Возникает он чаще в осенне-зимний
период, когда температура воздуха меняется скачкообразно, а также преобладает
повышенная влажность.
Поэтому потоки холодного и теплого воздуха активно
перемещаются над землей.
Физические принципы образования тумана с помощью ультразвука
Для образования тумана был использован ультразвуковой увлажнитель воздуха.
Использование ультразвука в современных тепловых приборах становится все более
распространенным. У меня давно был вопрос как же работает этот прибор и где еще кроме
квартиры его можно применить.
Суть работы ультразвукового увлажнителя состоит в том, что с помощью
ультразвуковой волны (образована вследствие высокочастотных колебаний мембраны) в
жидкости создаются звуковые волны, которые представляют собой области повышенного
и пониженного давления. В области пониженного давления образуются пузырьки пара. Они
появляются благодаря тому что при низком давлении температура кипения ниже
температуры воды. (убедиться в этом можно на простом опыте – наполним шприц водой
наполовину, закроем отверстие и протянем поршень вверх. В воде начнут появляться
пузырьки).
Звуковые волны выносят эти пузырьки наверх, а так как давление в атмосфере ниже,
чем внутри пузырька, то когда он лопается на поверхности появляются частички пара. (при
такой температуре и давлении вода уже не может оставаться в газообразном состоянии. Она
конденсируется. Этот эффект тоже можно проверить с помощью шприца: в мокрый шприц
набираем воздух, закрываем отверстие, сжимаем воздух поршнем, а потом резко открываем
отверстие – наблюдаем появление пара)
Частота колебаний мембран в устройстве находится в районе 1,7МГц, а само
устройство состоит из генератора этой частоты, и устройства, основанного на изменении
размеров под действием магнитного поля, которое и колеблет мембрану. Т.е. электрическая
энергия преобразовывается в механическую. В жидком слое над пьезоэлектрическим
элементом образуются волны повышенного и пониженного давления чередующиеся между
собой. В областях пониженного давления происходит закипание жидкости при обычной
комнатной температуре, а в воздух выбрасываются отдельные частицы жидкости. В это
время образуется туман из отдельных капелек. Туман полученный таким способом
называется «холодным», т.к. его температура не превышает 40 градусов С.
Модель пылеподавления в горных выработках
На современных горнодобывающих и перерабатывающих предприятиях в огромном
количестве образуется пыль. Она создает взрывоопасную обстановку в шахте, а также
представляет опасность для здоровья людей. Вред ее для здоровья людей не требует
доказательств. Силикоз – так называемая «болезнь черных легких» - у шахтеров является
следствием высокого содержания пыли в воздухе. Но еще большую опасность
представляет наличие высокого количества угольной пыли в забоях и лавах. Пыль является
одним из главных факторов, значительно повышающих риски ведения подземных работ
горняками.
Она
обладает
повышенной
взрывоопасностью.
Особенно
для
шахт,
разрабатывающих пласты насыщенные метаном. Именно угольная пыль является причиной
большинства самых крупных и трагических аварий в угольной отрасли. В связи с чем
борьба с пылеобразованием всегда позиционировалась как наиболее актуальная задача в
сфере повышения безопасности. Сегодня для того чтобы максимально обезопасить
человеческий труд применяются новые, всё более совершенные методы пылеподавления.
Моя
модель
демонстрирует
физическое
явление,
которое
называется
туманообразование. Она состоит из ультразвукового увлажнителя, стекла.
Прибор надо расположить в местах повышенного пылеобразования: в лавах, забоях
в местах пересыпа на ленточных конвейерах. Можно организовать доставку тумана
влагостойким вентилятором. Туман будет сбивать пыль, увлажняя и осаждая ее.
Если в прибор добавить цветочную воду, то это улучшит качество воздуха очищая и
насыщая его ионами, что полезно для кожи и органов дыхания, а также повышает
иммунитет всего организма.
Положительные стороны такого прибора: компактный, легкий, качественно
сделанный не нуждается в чистке, распыляет туман на определённом промежутке
пространства, не заливает лишней водой всю выработку. Включается в момент начала
работы оборудования.
Выключается в момент прекращения работы оборудования.
Возможно электронное управление на расстоянии. Не образует опасности возгарания, так
как весь процесс проходит с помощью ультразвуковых волн. Минимальное потребление
электроэнергии. Поскольку холодный туман не бывает густым, так как состоит из мелких
капель воды, то видимость в выработке не теряется, кроме того люди могут свободно
перемещаться не получая ожогов. Очищает воздух, что полезно для здоровья шахтеров.
Отрицательные стороны – не выявлены.
Учитывая,
что
практически
каждый
технологический
процесс
на
шахте
сопровождается выделением пыли, которая способствует образованию взрывоопасной
обстановки, а также, является основным источником заболевания шахтеров силикозом,
пылеподавление – важная и неотъемлемая часть технологии ведения горных работ.
Разработка новых методов и способов борьбы с пылью, а также применение новых
технологий позволяет снизить заболеваемость шахтеров и повысить безопасность в
угольных шахтах.