Естественная тяга и естественная вентиляция, часть №1

«О ВОЛЬНОМ ДВИЖЕНИИ ВОЗДУХА, В РУДНИКАХ ПРИМЕЧЕННОМ», первое из двух прибавлений к руководству «Первые основания металлургии, или рудных дел». В нем Ломоносов рассматривает движение воздуха в руднике под воздействием разности веса воздуха в сообщающихся вертикальных стволах.

Ломоносов обратил внимание на то. что в саксонских рудниках „без принуждения воздушными машинами . . . случалось, приметить движение воздуха". В настоящее время причину, вызывающую означенное движение воздуха, называют естественной тягой. Во время пребывания в Саксонии Ломоносову „было неудобно заприметить обстоятельств сего явления", однако после возвращения в Россию (в 1742 г.) Ломоносов, заинтересованный данным явлением, стал просматривать „разных авторов о рудных делах" и в классическом сочинении Георгия Агриколы, написанном в XVI ст., нашел „явственное" описание этого явления. Агрикола писал, что в летнее теплое время года воздух выходит из штольни, соединенной подземными выработками с вертикальной или наклонной шахтой, а зимой, наоборот, те же штольни принимают воздух; весной и осенью происходят частые изменения направления движения воздуха. Агрикола ограничился описанием явления естественной тяги. Ломоносов впервые дал объяснение этого явления „согласно с аэрометрическими и гидростатическими основаниями". Из сказанного ранее видно, что естественное движение воздуха в шахтах и рудниках было известно задолго до Ломоносова, однако объяснения этому явлению дано не было. Лишь Ломоносов, применив закон гидростатики, совершенно правильно указал, что причиной движения воздуха является разница удельных весов воздуха, вызывающая разницу удельных давлений столбов воздуха. В работе рассматривается процесс изменения температуры воздуха, соступающего в рудник в зимнее и летнее время, и даются „доказательства" нескольких частных случаев „вольного" движения воздуха. Указав, что „воздух в рудниках во всякое время целого года сохраняет равное растворение", т. е. одинаковую температуру, Ломоносов отмечает, что столб воздуха над расположенным ниже устьем шахты имеет зимой более низкую температуру, а летом, наоборот, более высокую, чем средняя температура воздуха в подземных выработках и, в частности, температура воздуха в выше расположенном стволе другой шахты. В результате, в силу закона гидростатики, столб более холодного тяжелого воздуха, „чтобы сыскать равновесие" со столбом более легкого воздуха, который нагрелся в рудничных выработках, будет опускаться, „давая место втекающему внешнему воздуху". Установится, по терминологии Ломоносова, „вольное" движение воздуха, которое будет продолжаться до тех пор, пока температуры обоих столбов воздуха не сравняются.

В работе нет формулы для подсчета величины естественной тяги, однако она непосредственно вытекает из объяснения естественной тяги, данного Ломоносовым: если обозначить удельные давления каждого из столбов воздуха через р₁ и р₂ , то величину естественной тяги (h_e) можно найти по формуле

h_e = p₁ — p₂ (Па)

Эта формула применяется в настоящее время. Для нахождения величин р₁ и р₂ были предложены разные выражения, отвечающие разным законам изменения состояния столбов воздуха, а также учитывающие движение этих столбов; однако эта основная формула осталась без изменения, равно как и данное Ломоносовым объяснение явления „вольного" движения воздуха.

Оригинал

Продолжаем копать