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第197篇通风安全学课后习题答案第五章矿井通风网络中风量分配与调节5.1什么是通风网络。
其主要构成元素是什么。
用图论的方法对通风系统进行抽象描述，把通风系统变成一个由线、点及其属性组成的系统，称为通风网络。
构成元素：1.分支，表示一段通风井巷的有向线段，线段的方向代表井巷中的风流方向。
2.节点。
两条或两条以上分支的交点，每个节点有惟一编号。
3.路。
由若干条方向相同的分支首尾相连而成的线路。
4.回路。
由两条或两条以上分支首尾相连形成的闭合线路称为回路。
若回路中除始末节点重合外，无其他重复节点，则称为基本回路，简称回路。
5.树。
任意两点间至少存在一条通路但不含回路的一类特殊图。
包含通风网络的全部节点的树称为其生成树，简称树。
在网络图中去掉生成树后余下的子图称为余树。
6.割集。
网络分支的一个子集。
将割集中的边从网络图中移去后，将使网络图成为两个分离的部分。
若某割集s中恰好含有生成树t中的一个树枝，则称s为关于生成树t的基本割集。
5.2如何绘制通风网络图。
对于给定矿井其形状是否固定不变。
1.节点编号.。
在通风系统上给井巷交汇点标上特定的节点号。
某些距离较近，阻力很小的几个节点，可简化为一个节点。
2.绘制草图。
在图纸上画出节点符号，并用单线条连接有风流连通的节点。
3.图形整理。
按照正确、美观的原则对网络图进行修改。
网络图总的形状基本为“椭圆形”。
5.3简述风路、回路、生成树、余树、割集等基本概念的含义。
风路：由若干条方向相同的分支首尾相连而成的线路。
回路：两条或两条以上分支首尾相连形成的闭合线路为回路。
树：任意两节点间至少存在一条通路但不含回路的一类特殊图。
包含通风网络的全部节点的树称为生成树。
在网络图中去掉生成树后余下的子图称为余树。
割集是网络分支的一个子集，将割集中的边从网络图中移去后，将使网络图成为两个分离的部分。
5.4基本关联矩阵、独立回路矩阵、独立割集矩阵有何关系?基本关联矩阵表示网络分支ej与节点vi关系的矩阵。
矿井通风实时网络解算技术研究李伟;霍永金;张浪;王恩;桑聪【摘要】Traditional network solution lags behind actual change in ventilation system and air flow monitor cannot cover all roadways .To solve these problems ,we propose real-time mine ventilation network solution technology that based on real time air volume monitoring data ,quickly solve other roadway real time air volume in the inspection cycle .This eliminates airflow blind spots .In the real time network solutionprocess ,adjustment of all independent circuits method was used ,avoid resistance error concentrate on the circuit with fixed volume .%针对传统网络解算滞后于井下的风量变化和风量监测无法覆盖到所有巷道问题,提出矿井通风实时网络解算方法:读取风量实时监测数据,并以此为基准,在监控系统巡检周期内快速求解其他巷道的实时风量,消除了风量监控盲区.在实时网络解算过程中采用全回路调节法,避免了阻力误差集中在固定风量回路.【期刊名称】《中国矿业》【年(卷),期】2016(025)003【总页数】4页(P167-170)【关键词】矿井通风;风量监测;实时网络解算【作者】李伟;霍永金;张浪;王恩;桑聪【作者单位】煤炭科学技术研究院有限公司安全分院 ,北京100013;煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室 (煤炭科学研究总院) ,北京100013;中天合创能源有限责任公司 ,内蒙古鄂尔多斯017399;煤炭科学技术研究院有限公司安全分院 ,北京100013;煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室 (煤炭科学研究总院) ,北京100013;煤炭科学技术研究院有限公司安全分院 ,北京100013;煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室 (煤炭科学研究总院) ,北京100013;煤炭科学技术研究院有限公司安全分院 ,北京100013;煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室 (煤炭科学研究总院) ,北京100013【正文语种】中文【中图分类】TD722自1953年Scott和Hinsley首先提出利用计算机来解算通风网络问题以来，各国学者在该领域进行了一系列创新性研究，开发了诸如VentGraph、VentSim、VentPC、风丸、VentAnaly[1]、MVSS等大量优秀的矿井通风网络解算软件，并取得了广泛的应用。
矿井通风网络解算基本算法之迭代法（Hardy-Cross）1. 矿井通风网络风量分配及复杂通风网路解算1.1 风量分配的基本定律风流在通风网路中流动时，都遵守风量平衡定律、风压平衡定律和阻力定律。
它们反映了通风网路中三个最主要通风参数——风量、风压和风阻间的相互关系，是复杂通风网路解算的理论基础。
1）通风阻力定律井巷中的正常风流一般均为紊流。
因此，通风网路中各分支都遵守紊流通风阻力定律，即（1）2）风量平衡定律风量平衡定律是指在通风网路中，流入与流出某节点或闭合回路的各分支的风量的代数和等于零，即（2）若对流入的风量取正值，则流出的风量取负值。
如图1（a）所示，节点⑥处的风量平衡方程为：如图1（b）所示，回路②-④-⑤-⑦-②的风量平衡方程为：图1 节点和闭合回路3）风压平衡定律风压平衡定律是指在通风网路的任一闭合回路中，各分支的风压（或阻力）的代数和等于零，即（3）若回路中顺时针流向的分支风压取正值，则逆时针流向的分支风压取负值。
如图1（b）中的回路②-④-⑤-⑦-②，有：当闭合回路中有通风机风压和自然风压作用时，各分支的风压代数和等于该回路中通风机风压与自然风压的代数和，即（4）式中，和分别为通风机风压和自然风压，其正负号取法与分支风压的正负号取法相同。
1.2 解算复杂通风网路的方法复杂通风网路是由众多分支组成的包含串、并、角联在内结构复杂的网路。
其各分支风量分配难以直接求解。
通过运用风量分配的基本定律建立数学方程式，然后用不同的数学手段，可求解出网路内各分支自然分配的风量。
这种以网路结构和分支风阻为条件，求解网路内风量自然分配的过程，称为通风网路解算，也称为自然分风计算。
目前解算通风网路使用较广泛的是回路法，即首先根据风量平衡定律假定初始风量，由回路风压平衡定律推导出风量修正计算式，逐步对风量进行校正，直至风压逐渐平衡，风量接近真值。
下面主要介绍回路法中使用最多的斯考德–恒斯雷法(Hard.Crross算法)。
矿井通风网络的解算摘要：矿井通风是矿山生产的重要环节之一。
安全、可靠、经济、实用的矿井通风系统对保证井下安全生产具有重要的意义。
随着计算机技术的飞速发展，现有的通风软件存在功能比较单一，针对这种情况，本文以Visual C++6.0为开发工具、SQL Server2000为后台数据库，进行了矿井通风网络解算的研究。
关键词：通风系统，网络解算1.引言矿井通风是矿山生产的一个重要环节。
安全、可靠、经济、实用的矿井通风系统，对保证井下安全生产具有重要意义。
煤矿生产过程的瓦斯爆炸、煤尘爆炸、矿井火灾、有毒气体窒息等灾害的发生都与矿井通风有直接关系[1]。
可以说通风状况的好坏直接影响工人的安全、健康和劳动效率，直接关系到煤矿的安全生产、经济效益和可持续发展。
随着煤矿产量增加，开采深度加大和机械化程度提高，需要加大风量，形成多进风井、多回风井的复杂通风系统。
如果矿井通风管理跟不上，事故隐患不能及时发现，矿井通风安全事故将会不断发生。
不但严重危害职工的健康和生命安全，而且破坏正常的通风系统，使安全生产无法正常进行。
因此，开展矿井通风网络解算、调节与评价的一体化系统研究，对保障矿井安全生产具有十分重要的理论意义和应用价值。
2.矿井通风网络的建模研究2.1流体网络建模数学模型是程序算法设计的灵魂。
能否选取恰当的方法，并建立起准确而全面的数学模型，是软件设计成功与否的决定性因素。
①数学模型对复杂的对象或系统进行计算或仿真时，首先要建立它的数学模型。
所谓数学模型就是由一系列数学方程(包括代数方程、微分方程)描述系统的每一个具体过程，最终组成一个联立方程组。
数学模型比较抽象，但它可以比较全面地反映一个复杂系统的性质。
当对一个系统的内部机理比较清楚时，就可以利用数学模型对其进行进一步的研究。
数学模型又可分为静态数学模型和动态数学模型。
②静态数学模型静态数学模型用来描述系统在稳定状态或平衡状态下各种输入变量与输出变量之间的关系。
矿井通风网络的解算摘要：矿井通风是矿山生产的重要环节之一。
安全、可靠、经济、实用的矿井通风系统对保证井下安全生产具有重要的意义。
随着计算机技术的飞速发展，现有的通风软件存在功能比较单一，针对这种情况，本文以Visual C++6.0为开发工具、SQL Server2000为后台数据库，进行了矿井通风网络解算的研究。
关键词：通风系统，网络解算1.引言矿井通风是矿山生产的一个重要环节。
安全、可靠、经济、实用的矿井通风系统，对保证井下安全生产具有重要意义。
煤矿生产过程的瓦斯爆炸、煤尘爆炸、矿井火灾、有毒气体窒息等灾害的发生都与矿井通风有直接关系[1]。
可以说通风状况的好坏直接影响工人的安全、健康和劳动效率，直接关系到煤矿的安全生产、经济效益和可持续发展。
随着煤矿产量增加，开采深度加大和机械化程度提高，需要加大风量，形成多进风井、多回风井的复杂通风系统。
如果矿井通风管理跟不上，事故隐患不能及时发现，矿井通风安全事故将会不断发生。
不但严重危害职工的健康和生命安全，而且破坏正常的通风系统，使安全生产无法正常进行。
因此，开展矿井通风网络解算、调节与评价的一体化系统研究，对保障矿井安全生产具有十分重要的理论意义和应用价值。
2.矿井通风网络的建模研究2.1流体网络建模数学模型是程序算法设计的灵魂。
能否选取恰当的方法，并建立起准确而全面的数学模型，是软件设计成功与否的决定性因素。
①数学模型对复杂的对象或系统进行计算或仿真时，首先要建立它的数学模型。
所谓数学模型就是由一系列数学方程(包括代数方程、微分方程)描述系统的每一个具体过程，最终组成一个联立方程组。
数学模型比较抽象，但它可以比较全面地反映一个复杂系统的性质。
当对一个系统的内部机理比较清楚时，就可以利用数学模型对其进行进一步的研究。
数学模型又可分为静态数学模型和动态数学模型。
②静态数学模型静态数学模型用来描述系统在稳定状态或平衡状态下各种输入变量与输出变量之间的关系。
3.6 矿井通风网络解算的计算方法3.6.1算法概述3.6.1.1通风网络解算的内容通风网络解算就是在已知通风网络中的几何结构（网络图）、各分支风阻、各风机特性曲线、矿井的自然风压等基础数据的情况下，要求：（1） 计算网络中各分支的风量和阻力；（2） 计算各扇风机在该网络上工作时的工况参数。
除了计算矿井在设计和正常生产情况下的通风状况外，还可计算出矿井在冒顶、火灾、风机故障等非正常情况下和各种可预见的情况（如工作面贯通、采完封闭等）下网络的通风状况。
但不论在什么情况下，所计算的都是空气在网络中自然流动状况，所以矿井通风网络解算又称为自然分风计算。
3.6.1.2网络自然分风计算的数学模型在3.5节中已经给出了用不同形式描述的风压、风量平衡定律，它们是任何矿井通风网络分析问题的基本数学模型。
风量平衡定律：01=∙∑=nj j ijq b（i=1,2,3,…,m-1），BQ=0 （3-10）风压平衡定律：01=∑=nj ij i h c（i=1,2,3,…,b ） ，CH=0 （3-15）通风网络解算的目的就是要计算出同时满足以上两式的一组风量和一组风压：T Q =（q 1，q 2，q 3，…，q n ，） T H =（h 1，h 2，h 3，…，h n ，） 式（3-10）有m-1个独立风量方程，式（3-15）有n-m+1个独立风压方程式，两式联立有：独立方程数：（m-1）+(n-m+1)=n 个；又知在n 个未知风量中，只有n-m+1个是独立的。
在n 个未知风压中，只有m-1个是独立的。
因此：独立变量数：(n-m+1)+（m-1）=n 个所以两式联立后，独立方程数正好等于独立变量数，故方程组是有解的。
因在式（3-15）中j N j f j j j j h h h q r h --∆+=2，所以，所得方程组是非线性的。
对这样一个非线性方程组，一般均无法直接用解析法求解（除简单并联外）。
因而只能用数值解法求其数值解。
1.1.1 概述矿井通风的主要任务是根据各用风地点的需要供给新鲜风流。
新风在被送到各用风地点直至排出地面要经过许多巷道，这些进回风巷与用风巷地点形成矿井通风系统，按矿井的风流方向，依次相联而成的网状线路叫做通风网路。
在进行通风管理及设计工作中或改善矿井通风系统时，往往要进行网路解算。
解算网路的原理是依据风量平衡定律、风压平衡定律、阻力定律及已知参数列出方程组（独立方程的个数要和独立未知数的个数相等），然后求解。
由于未知数的个数众多，阻力定律又是二次方程，利用代数法解算甚为困难。
1931年，H〃柴操德提出几何法计算θ型网路风量；1938年，S〃威克斯提出了简单网路图解法；50年代，W〃马斯等提出了电力模拟法解算复杂的通风网路，后来又经历了通风网路（迭代）试算法。
以后这种试算法在使用中不断完善，特别是六十年代应用数字电子计算机解算通风网路以来，复杂网路迭代试算法得到了迅速发展和广泛的使用。
解算复杂的通风网路的迭代试算法可分为两类：一类是回路法，即由假定回路内分支风向和风量开始，逐步修正，使之满足风压平衡定律；一类是节点法，由假定风流节点的压力值，逐步修正压力分布值，使之满足风量平衡定律。
1.1.2 软件简介目前我矿使用的矿井通风网络解算软件原名"风丸"（以下皆称之为风丸），是由日本九州大学工学研究院井上雅弘博士编制，编制的主要计算机语言为V-Basic,它的主要工作原理：利用风量平衡定律、风压平衡定律、阻力定律及已知参数进行模拟解算，首先给出网路中各个回路风量的近似值，使它们满足风量平衡定律，然后利用风压平衡定律对初拟的回路风量逐一进行修正，这样经过多次反复迭代计算、修正，使风压逐渐平衡，风量逐渐接近于真值。
1.2 风丸软件的界面1.2.1软件应用环境风丸软件支持Windows 98以上计算机操作系统，对计算机的内存、CPU、硬盘、CD-ROM、打印机无特殊要求。
1.2.2 安装启动计算机，进入windows98（或以上）操作系统，插入软盘（带风丸软件的），直接将其拷进硬盘某一目录下即可，或者直接在软盘中使用。
第五章通风网路中风量的分配第一节通风网路及矿井通风网路图一、通风网路的基本术语和概念１．分支分支是指表示一段通风井巷的有向线段，线段的方向代表井巷风流的方向。
每条分支可有一个编号，称为分支号。
如图5-1中的每一条线段就代表一条分支。
用井巷的通风参数如风阻、风量和风压等，可对分支赋权。
不表示实际井巷的分支，如图5-1中的连接进、回风井口的地面大气分支8，可用虚线表示。
图5-1 简单通风网路图２．节点节点是指两条或两条以上分支的交点。
每个节点有唯一的编号，称为节点号。
在网路图中用圆圈加节点号表示节点，如图5-1 中的①～⑥均为节点。
３．回路由两条或两条以上分支首尾相连形成的闭合线路，称为回路。
单一一个回路（其中没有分支），该回路又称网孔。
如图5-1 中，1-2-5-7-8、2-5-6-3和4-5-6等都是回路，其中4-5-6是网孔，而2-5-6-3不是网孔，因为其回路中有分支4。
４．树由包含通风网路图的全部节点且任意两节点间至少有一条通路和不形成回路的部分分支构成的一类特殊图，称为树；由网路图余下的分支构成的图，称为余树。
如图5-2所示各图中的实线图和虚线图就分别表示图5-1的树和余树。
可见，由同一个网路图生成的树各不相同。
组成树的分支称为树枝，组成余树的分支称为余树枝。
一个节点数为m，分支数为n的通风网路的余树枝数为n －m＋1。
图5-2 树和余树５．独立回路由通风网路图的一棵树及其余树中的一条余树枝形成的回路，称为独立回路。
如图5-2（a）中的树与余树枝5、2、3可组成的三个独立回路分别是：5-6-4、2-4-6-7-8-1和3-6-7-8-1。
由n－m＋1条余树枝可形成n－m＋1个独立回路。
二、通风网路图的绘制不按比例、不反映空间关系的矿井通风网路图，能清楚地反映风流的方向和分合关系，便于进行通风网路解算和通风系统分析，是矿井通风管理的重要图件之一。
通风网路图的形状是可以变化的。
为了更清晰地表达通风系统中各井巷间的联接关系及其通风特点，通风网路图的节点可以移位，分支可以曲直伸缩。
矿井通风网络节点风压解算法及其ＱＢＡＳＩＣ程序设计李济吾（南方冶金学院－赣州３４１０００）周基校（柿竹园多金属矿・郴州４２３００，Ｊ）摘要文中介绍了矿升通风同络自然分风用节点风压法解算方法的数学模型、算法及骶图．用高级语言ＱＢＡＳＩＣ编制了计算程序．在５８６微机上调试通过，并经实倒运算正确。
应用ＱＢＡＳＩｒ．＂语言编制程序简单方便，界面友好，易于修改，通用性强。
所编程序简单实用，功能较强．易为广大通风Ｉｉ作者接受．时提高矿山通风管理水平有一定指导意义。
关键词矿井通风，通风网络解算，ＱＢＡＳＩＣ语言。
矿井通风网络自然分风解算的实质是给定风网、分支风阻和分支通风动力的前提下求解分支风量和分支通风阻力。
其解算方法可分为两大类：风量法及风压法。
具体解算方法有数十种之多。
本文介绍一种节点风压法解算自然分风的基本原理及其用ＱＢＡＳＩＣ语言编制程序。
１节点风压法数学模型节点风压法是以节点的全压能力为基本未知量的风网解算方法，即先求解节点风压为未知量的方程组，再由节点风压计算各分支风量和通风阻力。
对于Ｂ条分支，Ｎ个节点的风网，其数学模型为：Ｎ—ｌ∑ａｉｉＰ．＝ＲｊＱｊｌＱＪｌ—Ｈｏ—Ｉ｛ｑ（产１，２．……，Ｂ）（１）Ｂ∑８ｋ，Ｑ．＝０】２Ｊ（ｋ＝ｌ，２．－…・，Ｎ一１）（２）式中ａ。
一关联矩阵Ａ中的第ｉ行第ｊ列元素；Ｐ．一ｉ节点的压力，只；Ｈ¨Ｈ，一；分支通风动力、位压差，Ｐａ；Ｒ．、Ｑ．一Ｊ分支风阻及风量。
由式（１）和（２）联立的方程组有定解。
该方程组为非线性方程组，要进行迭代计算才能求解。
将（１）式写成以Ｐ．为因变量，Ｑ．为函数的显函数形式，并代入（２）式，最终得到以Ｐ．（ｉ＝ｌ，２，…，Ｎ一１）为未知量的Ｎ～１个独立方程，由此求解Ｐ．，然后就可计算出分支通风阻力和风量，达到解算风网的目的。
迭代计算的数值算法不同，将得到不同算法。
下面用牛顿法进行迭代计算。
２牛顿法数学原理由（１）式可得：Ｑ＝／ＩＨｎ十Ｈｑ＋∑ａｕＰｉｆ／Ｒ１＋ＳｎＥ（Ｈｆｉ＋Ｈｅｉ十∑ａ…Ｐ）（Ｂ）将式（３）在Ｑ，ｏ，Ｐ．ｏ（ｊ＿１，２，…，矿井通风网络节点风压解算法及其ＱＢＡＳＩＣ程序设计Ｂ；ｉ＝１，２。
