Приведены результаты теоретического исследования динамики воздушных потоков в вертикальном шахтном стволе в условиях смешанной конвекции с применением трехмерного численного моделирования в программном комплексе Ansys. Получены средние коэффициенты теплоотдачи на границе "крепь - воздух" в зависимости от перепада температуры между воздухом и крепью ствола, а также от средней скорости воздушной струи. Определены пороговые скорости воздушного потока для различных перепадов температуры крепи и воздуха. Показано, что при скоростях выше пороговой в инженерных расчетах можно пренебречь влиянием термогравитационных сил и использовать формулу для теплоотдачи при вынужденной конвекции, а при скоростях ниже пороговой необходимо учитывать поправку на величину коэффициента теплоотдачи вследствие действия свободной конвекции. Предложена эмпирическая формула для вычисления среднего безразмерного коэффициента теплоотдачи при доминирующем влиянии свободной конвекции.
The air flow dynamics in a vertical mine shaft under conditions of mixed convection is theoretically studied using 3D modeling in ANSYS. The average heat-transfer coefficients are obtained at the air-lining interface depending on air-lining temperature difference and on the average air flow velocity. The threshold velocities of air flow are determined at various air-lining temperature differences. At the air flow velocities higher than the threshold, the engineering designs can neglect the influence of the heat-gravitational forces and use the formula of heat transfer in induced convection. When the air velocity is lower than the threshold, the heat-transfer coefficient should be adjusted with respects to the natural convection effect. The authors offer an empirical formula for calculating the average dimensionless heat transfer coefficient in case of prevailing natural convection.