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| Aufgabe | Gesucht ist die Lufttemperatur in einer untertägigen Strecke in einem Salzbergwerk in Wetterrichtung infolge eines Fördergurtbrandes. Der Gurt brenne an vier Stellen (Ober- und Untergurt, beide Richtungen).
Parameter:
Entfernung zur Brandstelle [l]: 200m
Streckenprofil (BxH) [A]: 13m x 6,50m
Wetterstrom [VW]: 150m³/s
Spez. Gewicht Luft [ML]: 1,2kg/m² bei 20°C
Isobare Wärmekapazität Luft [cpL]= 1,005 kJ/(kg*K)
Wärmeleitfähigkeit von Salz [Lambda S] : 6,49 W/(m•K)
Wärmekapazität von Salz [CS]: 854 J/(kg•K)
Brandgeschwindigkeit Fördergurt [vB]: 300m/h
Massenbelag Fördergurt [MG]: 19kg/m
Brennwert Fördergurtmaterial [HF]: 32MJ/kg
Faktor der Wärmestrahlungsleistung [EG]: 0,9
Welche Wärmeleistung wird mindestens in das Salzlager abgeleitet? Welche maximale Temperatur hat der Wetterstrom 200m in Wetterrichtung hinter der Brandstelle? |
Hallo zusammen, als Elektroingenieur bin ich leider bezogen auf diese Frage etwas fachfremd. Es geht um die Abschätzung der maximal auftretenden Lufttemperatur ("Wettertemperatur") unter Tage in einem Salzbergwerk bei einem angenommenen Brand des Fördergurtes im Abstand von 200m in Wetterrichtung ("Wetter" ist der Luftstrom in einem Bergwerk).:
Parameter:
Entfernung zur Brandstelle [l]: 200m
Streckenprofil (BxH) [A]: 13m x 6,50m
Wetterstrom [VW]: 150m³/s
Spez. Gewicht Luft [ML]: 1,2kg/m² bei 20°C
Isobare Wärmekapazität Luft [cpL]= 1,005 kJ/(kg*K)
Wärmeleitfähigkeit von Salz [Lambda S] : 6,49 W/(m•K)
Wärmekapazität von Salz [CS]: 854 J/(kg•K)
Brandgeschwindigkeit Fördergurt [vB]: 300m/h
Massenbelag Fördergurt [MG]: 19kg/m
Brennwert Fördergurtmaterial [HF]: 32MJ/kg
Faktor der Wärmestrahlungsleistung [EG]: 0,9
Ansatz: Da Ober- und Untergurt brennen, sowie ein einmal entzündetes Förderband in beide Richtungen brennt, muss schlimmstenfalls von 4 Brandstellen ausgegangen werden. Es entsteht somit eine Heizleistung von 4 x 19kg/m x 32MJ/kg x 300m/3600s = 202,67MW.
Die Temperatur des Feuers liegt bei 1200°C, den Emissionsanteil der Wärmestrahlung nehme ich an mit 0,9.
Demnach gingen 0,1 x 202,67MW direkt als konvektive Wärme in die Wetter über (20,267MW).
Die Wärmestrahlung trifft nun auf die Salzoberfläche und erwärmt diese, was dazu führt, dass es einen Wärmeleistungsfluss ins (unendlich mächtig angenommene) Salzlager gibt. Gleichzeitig führt jene Oberflächenerwärmung jedoch auch zu einer zusätzlichen Erwärmung des Wetterstromes. Die Erwärmung der Salzoberfläche ist Abhängig vom Abstand und Winkel des jeweiligen Flächenelementes von der Strahlungsquelle.
Über die dann folgenden 200m kühlen sich danach die Wetter durch Wärmeeintrag ins Salzlager wieder ab.
Ich suche nach einer (von mir aus starken) Vereinfachung, welche jedoch begründbar keine zu niedrige Temperatur der Wetter nach 200m annimmt. Einen "Ersatzsalzblock" als Wärmewiderstand ist für mich schwer zu begründen, real nimmt z.B. die Fläche, durch welche der Wärmestrom ins Salzlager übergeht, mit dem Abstand ins Salzlager immer weiter zu. Hat jemand eine Idee für eine begründbare Modelvereinfachung oder einen einfacheren Ansatz?
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(Mitteilung) Reaktion unnötig  | | Datum: | 08:20 Fr 07.02.2014 | | Autor: | matux |
$MATUXTEXT(ueberfaellige_frage)
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