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第二章 空气流动基本理论 2

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2第二章 矿井空气流动基本理论

2第二章 矿井空气流动基本理论

第二章矿井空气流动基本理论（第一、二节 3学时）1.上次课内容回顾（5-10min）1-1.上次课所讲的主要内容。

矿井空气成分，矿井空气中主要成分的质量（浓度）标准、矿井中有毒、有害气体的基本性质和危害性及安全浓度标准。

矿井气候条件平衡量指标（干球温度、湿球温度、等效温度、同感温度、卡他度）。

1.2、能解决的实际问题。

（1）要保证作业人员健康，井下空气质量和数量的最低要求；（2）矿井空气中氧气（O2），二氧化碳（CO2）的浓度要求；（3）各种有害气体的危害性与最高允许浓度标准；（4）矿井气候条件衡量方法与指标，保证有一个舒适的作业环境。

2.本节课内容的引入（5min）2.1、本节课讨论的内容与上次课内容的关联。

2.2、本节课讨论的内容空气的主要物理参数，空气密度的测算，空气流动过程中的能量及其能量的变化，风流点压力及其相互关系。

2.3、思考题（1）一年中冬季还是夏季大气压力大？一天中哪个时间大气压力最小？（2）温度与压力相同时，干空气密度大还是湿空气密度大？（3）为什么位能不能用仪器进行直接测量？（4）测定风流点压力时，水柱计放置的位置对测值有影响吗？3.课堂讲述与讨论（100-110min）矿井空气流动的基本理论主要研究矿井空气沿井巷流动过程中宏观力学参数的变化规律以及能量的转换关系。

第一节空气主要物理参数与矿井通风密切相关的空气物理性质有：温度、压力(压强)、密度、比容、重度、粘性、湿度、焓等。

正确理解和掌握空气的主要物理性质是学习矿井通风的基础。

一、温度温度是描述物体冷热状态的物理量。

测量温度的标尺简称温标。

国际单位为：热力学温标，其单位为K (kelvin),用符号T来表示，热力学温标规定纯水三相态点温度（汽、液、固三相平衡态时的温度）为基本定点，定义为273.15K，每1K为三相点温度的1/273.15。

常用的摄氏温标为实用温标，用t表示，单位为摄氏度℃，摄氏温标的每1℃与热力学温标的每1K完全相同，它们之间的关系为：T=273.15+t温度是矿井表征气候条件的主要参数，《规程》规定：生产矿井采掘工作面的空气温度不得超过26℃，机电硐室的空气温度不得超过30℃。

2空气流动的压讲义力与阻力

2空气流动的压讲义力与阻力
于2断面的总压力，原假设风流方向不正确，风流方向
应为2→1，通风阻力为54 Pa。
能量方程是通风中的基本定律，通过实例分 析可以得出以下规律：
（1）不论在任何条件下，风流总是从总压力 大的断面流向总压力小的断面；
（2）在水平巷道中，因为位压差等于零，风 流将由绝对全压大的断面流向绝对全压小的断 面；
（2）Q1＝Q2＝v1S1＝4×8＝32m3/s
（3）v2＝Q2/S2＝32/6＝5.33m/s
二 风流流动能量方程
根据机械能守恒定律，单位质量不可压缩的实际流体从 1断面流向2断面的能量方程为：
P 1v2 12Z1gP 2v2 22Z2gH损
式中 P1/ρ、P2/ρ—单位质量流体在1、2断面所具有的静 压能，J/kg；
v1、v2——1、2断面上空气的平均流速，m/s S1、S2——1、2断面的断面积，m2。 式为空气流动的连续性方程，适用于可压缩和不可压 缩流体。
对于不可压缩流体，即ρ1＝ρ2，则有 v1S1＝v2S2
上式说明，在流量一定的条件下，断面上风 流的平均流速与过流断面的面积成反比，断面越 大流速越小，断面越小流速越大。考虑到风流可 近似地认为是不可压缩流体，应用空气流动的连 续性方程，可以方便地解决风速、风量测算和风 量平衡问题。
（2）当1、2断面分别位于矿
井最低水平的两侧时，如图 2-13b所示，应将位压的基 准面（0—0）选在最低水平， 此时，1、2断面相对于基准 面的高差分别为Z10 、Z20，
空气密度则分别为两侧断面 距基准面的平均密度ρ10与 ρ20，当高差不大或精度不 高时，可取ρ10＝（ρ1＋ρ0） /2，ρ20＝（ρ2＋ρ0）/2。
（1）当1、2断面位于矿井最低 水平的同一侧时，如图2-13a

矿井空气流动的基础理论

矿井空气流动的基础理论

第二章矿井空气流动的基础理论本章的重点：1、空气的物理参数----T、P、Φ、μ、ρ；2、风流的能量与点压力----静压，静压能；动压、动能；位能；全压；抽出式和压入式相对静压、相对全压与动压的关系3、能量方程连续性方程；单位质量能量方程、单位体积能量方程4、能量方程在矿井中的应用----边界条件、压力坡度图本章的难点：点压力之间的关系能量方程及其在矿井中的应用主要研究内容：矿井空气沿井巷流动过程中宏观力学参数的变化规律以及能量的转换关系。

介绍空气的主要物理参数、性质，讨论空气在流动过程中所具有的能量（压力）及其能量的变化。

根据热力学第一定律和能量守恒及转换定律，结合矿井风流流动的特点，推导了矿井空气流动过程中的能量方程，介绍了能量方程在矿井通风中的应用。

第一节空气的主要物理参数一、温度温度是描述物体冷热状态的物理量。

矿井表示气候条件的主要参数之一。

热力学绝对温标的单位K ，摄式温标：T=273.15+t 二、压力（压强）1、定义：空气的压力也称为空气的静压，用符号P 表示。

压强在矿井通风中习惯称为压力。

它是空气分子热运动对器壁碰撞的宏观表现。

P=2/3n(1/2mv 2)2、压头：如果将密度为 ρ 的某液体注入到一个断面为A 的垂直的管中，当液体的高度为 h 时，液体的体积为： V = hA m 33、矿井常用压强单位：Pa Mpa mmHg mmH 20 mmbar bar atm 等。

换算关系：1 atm = 760 mmHg = 1013.25 mmbar = 101325 Pa (见P396) １mmbar = 100 Pa = 10.2 mmH 20, １mmHg = 13.6mmH 20 = 133.32 Pa)ex p(00TR gZP P μ-=三、湿度表示空气中所含水蒸汽量的多少或潮湿程度。

表示空气湿度的方法：绝对湿度、相对温度和含湿量三种。

１、绝对湿度每立方米空气中所含水蒸汽的质量叫空气的绝对温度。

第2章 空气流动压力与阻力

第2章 空气流动压力与阻力

,J/m3。单位体积可压缩空气的能量方程（有其他动力源）
hR p 1 p 2
2 2 v 1 v2 2 2 m g m(Z 1 Z 2 )
式中， p1 - p2 ——静压差； gρ m(Z1-Z2)或
2 2 v1 v2 2 2 m
二、风流流动能量方程 风流在图2-1所示的风道中由1断面流至2断面，其间无其他 动力源。设1kg空气克服流动阻力消耗的能量为LR(J/kg），周 围介质传递给空气的热量为q（J/kg）；设1、2断面的参数分
别为风流的绝对静压p1、p2（Pa），风流的平均流速1、2
（m/s）；风流的内能u1、u2（J/kg）；风流的密度ρ 1、ρ （kg/m3）；距基准面的高度Z1、Z2（m）。
式中
qR ——风流克服通风阻力消耗的能量后所转化的热 能，J/kg。
根据热力学第一定律，传给空气的热量（qR+q），一部分用 于增加空气的内能，一部分使空气膨胀对外做功，即
qR q u2 u1 pdv
1
2
式中，v——空气的比体积，m3/kg。 又因为：
2
p2

1
p1
p v p v d ( pv) pdv vdp
m
hR p 1 p 2
2 2 v 1 v2 2 2 m g m(Z 1 Z 2 )
，J/m3。单位体积可压缩空气的能量方程（无其他动力源）
hR p 1 p 2
2 2 v 1 v2 m g m(Z 1 Z 2 ) H t 2 2
v0 1 r0
n——取决于Re的指数：当Re=50 000时，n=1/7； Re=2000 00时，n=1/8； Re=2 000 000时，n=1/10。

矿井空气流动基本理论

矿井空气流动基本理论

第二章 矿井空气流动基本理论第一节 空气的主要物理参数一、温度温度是描述物体冷热状态的物理量。

温度是矿井表征气候条件的主要参数之一。

目前温度多用两种温标：摄氏温标（实用温标）和开氏温标（绝对温标 ）二、压力(压强)空气的压力也称为空气的静压，用符号P 表示。

压强在矿井通风中习惯称为压力。

它是空气分子热运动对器壁碰撞的宏观表现。

其大小取决于在重力场中的位置（相对高度）、空气温度、湿度（相对湿度）和气体成分等参数。

空气分子不规则热运动的的总动能的三分之二转化为能对外做功的机械能三、密度、比容空气和其它物质一样具有质量。

空气的密度：单位体积空气所具有的质量，用 符号表示。

湿空气的密度是1m3空气中所含干空气质量和水蒸汽质量之和由气体状态方程和道尔顿分压定律可以得出湿空气的密度计算公式：P －空气的压力，Pa ；t －空气的温度，℃；Ps －温度t 时饱和水蒸汽的分压，Pa ；ϕ－相对湿度，用小数表示空气的比容是指单位质量空气所占有的体积，用符号v(m3/kg)表示，比容和密度互为倒数四、粘性粘性：当流体层间发生相对运动时，在流体内部两个流体层的接触面上，便产生粘性阻力(内摩擦力)以阻止相对运动的性质。

F －内摩擦力，N ；S －流层之间的接触面积，m2；μ－动力粘度（或称绝对粘度），Pa.s 。

气体的粘性随温度升高而增大；液体随温度升高而减小五、湿度空气的湿度表示空气中所含水蒸汽量的多少或潮湿程度，表示空气湿度的方法有绝对湿度、相对湿度和含湿量三种。

1.绝对湿度每立方米空气中所含水蒸汽的质量叫空气的绝对湿度2.相对湿度（ϕ）单位体积空气中实际含有的水蒸汽量（ρV ）与其同温度下的饱和水蒸汽含量（ρS ）之比称为空气的相对湿度3.含湿量（d ，kg/kg （d.a)）含有1kg 干空气的湿空气中所含水蒸汽的质量（kg ）称为空气的含湿量六、焓第二节 风流的能量与压力一、风流的能量与压力1.静压能－静压1)静压能与静压的概念 dydu s F .μ=静压能：由分子热运动产生的分子动能的一部分转化的能够对外作功的机械能，用EP 表示（J/m3）。

第02章矿井空气流动基本理论

第02章矿井空气流动基本理论

特点
备注
①在各个方向上都相等
②只要有空气存在，就呈 现出静压
③静压的大小反映了静压
压入式取﹢ 抽出式取﹣
能的多少
①具有方向性
②永远为正 ③同一断面上各点的速压
恒为正
不相等
①与基准面有关
②不能用仪器测量 ③不呈现压力 ④位压与静压可以相互转
只与基准面选 取有关
化
三个基本压力的比较表
三个导出压力的比较表
密度：单位体积空气所具有的质量， 用符号ρ (kg/m3)表示 比容：单位质量空气所占有的体积，用符号υ(m3/kg)表示， 比容和密度互为倒数，它们是一个状态参数的两种表达方式。 计算公式
ρ常随T、P的变化而变化。标准状态下干空气的密度ρ0=1.293 kg/m3
3
2.1.4 粘性
流体抵抗剪切力的性质。当流体层间发生相对运动时，在流体内部两个流 体层的接触面上，便产生粘性阻力(内摩擦力)以阻止相对运动，流体具有的这 一性质，称作流体的粘性。其大小主要取决于温度。
因为矿井风流的密度是变化的，即空气可压缩；所以当外力对它做功增加 机械能的同时，也增加其内能。因此还涉及到能量转换。 一、单位质量（1kg）空气能量方程
1 能量的组成 在井巷通风中，1kg空气或1m3风流的能量由机械能（静压能、动压能、位 能）和内能组成。（1kg空气所具有的能量）
压入式通风的实质是使风机出口风流的
能量增加，出口风流的绝对压力大于风机进 口的压力。
Pti P0i
hvi hti(+)
hi(+)
Pi
15
真空
4 在压入式通风中， ∵ Pti and Pi＜Poi
P0i
∴ hti＜0， hi＜0 hti恒负 ∴称为负压通风

第二章 空气流动基本理论

第二章 空气流动基本理论
Re d
u2 2
l d
u2 2
式中：—沿程阻力系数，=64/Re
50
§2.5 通风阻力及计算-摩擦阻力
（２）当量直径
对于非圆形断面的风道，管道直径d应以风道断面的当量直径de来表
12
二、空气压力—静压
可压缩空气：近似按等温过程处理，即多变指数n=1，由气态方程（P=ρRT）和 欧拉方程得：
式中 T——空气的热力学温度，K； R——空气的气体常数，R=287J/kg·K。
gz
P P e 简化计算式：展开成级数，略去高阶小项。
RT 0
gz
13
P P0(1 RT )
二、空气压力—动压，全压
26
二、能量方程
能量方程是风流运动中能量守恒的数学表达式。 流体运动所具有的能量包括内能U和机械能E，而机械
能 包 括 流 体 的 静 压 能 P ， 动 压 能 ρυ2/2 和 位 势 能 Zρg，即
E = P + Zρg +ρυ2/2
如图所示的流体微束，流体从断面1运动到断面2的过 程，由于与外界发生热交换及对外界做功，其能量 就要发生变化。
6
一、干、湿空气密度的计算
➢ 标准状态：T0=273K，P0=101.3kPa,干空气密度ρ0=1.293 kg/m3。干空气 密度计算式：
！注意！式中P为空气的绝对压力，单位为kPa；T为空气的热力学温度（K），
3.48 P T=273+t, t为空气的摄氏温度（℃）。
T
7
一、干、湿空气密度的计算
动压： 动压—单位体积风流运动所具有的动能。它恒为正，
具有方向性，它的方向就是风流运动的方向。单位 体积空气的质量为ρ（kg/m3），风流速度为 υ(m/s)，由动能公式即得风流动压Hu(Pa)计算式：

空气流动基本原理

空气流动基本原理
，J/kg
p1 p2
m
v12 2
v22 2
g (Z1
Z2)
Lt
设1m3空气流动过程中旳能量损失为hR（Pa），则由体积和质 量旳关系，其值为1kg空气流动过程中旳能量损失（LR）乘以按 流动过程状态考虑计算旳空气密度ρm ，即
hR=LRρm
将上式代入前面旳式子，可得
hR
p1
p2
v12 2
v22 2
2.掌握空气流动旳连续性方程和能量方程 3.掌握紊流状态下旳摩擦阻力、局部阻力旳计算 4.了解风流流态与风道断面旳风速分布 5.掌握通风网络中风流旳基本定律和简朴通风网路特征 6.掌握自然风压旳计算措施 7.了解风道通风压力分布 8.了解吸入口与吹出口气流运动规律 9.掌握均匀送风与置换通风方式旳原理
第一节 风流压力
风流压力：单位体积空气所具有旳能够对外做功旳机械能。 一、静压
1.概念 由分子热运动产生旳分子动能旳一部分转化旳能够对外做功 旳机械能叫静压能，用Ep表达（J/m3）。 当空气分子撞击到器壁上时就有了力旳效应，这种单位面积 上力旳效应称为静压力，简称静压，用p表达（N/m2，即Pa） 工业通风中，静压即单位面积上受到旳垂直作用力。
抛物线
vc
指数曲线
vc
（a）层流
（b）紊流
图2-3-1 风流流态与风道断面风速分布示意图
2.风道断面风速分布
层流流态旳风流，断面上旳流速分布为抛物线形，中心最大
速度v0为平均流速旳2倍（图2-3-1）。
紊流状态下，管道内流速旳分布取决于Re旳大小。距管中心
r处旳流速与管中心（r=0）最大流速v0旳比值服从于指数定律
2.特点 （1）不论静止旳空气还是流动旳空气都具有静压力。 （2）风流中任一点旳静压各向同值，且垂直作用面。 （3）风流静压旳大小（可用仪表测量）反应了单位体积风 流所具有旳能够对外做功旳静压能旳多少。 3.表达措施 （1）绝对静压：以真空为测算零点（比较基准）而测得旳 压力，用p表达。 （2）相对静压：以本地当初同标高旳大气压力为测算基准 （零点）而测得旳压力，即表压力，用h表达。

隧道通风安全与照明 第2章 隧道空气流动基本理论

隧道通风安全与照明 第2章 隧道空气流动基本理论
流体名称 动力粘度 μ（Pa· s） 运动粘度γ（㎡/s） 温度是影响流体粘性主要因素，气体，随温度升高而增大， 来自液体而降低。空气
1.808×10-5 1.76×10-5
1.501×10-5 1.41×10-5
氮气（N2）
氧气（O2）
甲烷（CH4） 水
2.04×10-5
1.08×10-5 1.005×10-3
19
第一节 隧道空气流动规律
根据压力的测算基准不同，压力可分为：绝对压力和相对压力。 （1）绝对压力：以真空为测算零点（比较基准）而测得的压力称之 为绝对压力，用 P 表示，单位Pa。
（2）相对压力：以当地当时同标高的大气压力为测算基准（零点）测
得的压力称之为相对压力，即通常所说的表压力，用 h 表示，单位Pa。 风流的绝对压力（P ）、相对压力（h ）和与其对应的大气压（ P0 ）
4
第一节 隧道空气流动规律
3）空气的压力、气体的压力是指气体垂直作用于容器壁单位面积 上的力，即： F
P A
式中：F——气体垂直作用于容器壁上的力，N；A——F作用的 面积，m2：P——气体的压力，Pa。 表2.1 压力单位换算表 我国法定计量单位中的压力单位用 Pa表示，其他表示式为N／m2， 2，在一些技术资料中曾用到的压力学位有atm（标准大气 即 1Pa=1N/m Pa atm mmHg mmH20 at 压力单位 压）、mmHg（毫米汞柱）、mmH2O（毫米水柱）和at（工程大气压） -5 -5 Pa 1 0.0075 0.102 0.99 × 10 1.02 × 10 等，均为非法定计量单位（属常见的废除单位）。
叫做饱和空气，单位体积饱和空气中所含的水蒸气量，叫饱和湿度，用ρsat
表示。此时水蒸气的分压力叫做饱和水蒸气压力，用 Psat表示。空气的饱和 湿度随温度的增加而增加。因此对于绝对湿度相同的空气，在低温下表现潮 湿，在高温下表现干燥。由于绝对湿度不能反映这一事实，因此不能很好表

二章矿井空气流动基本理论-PPT精品

二章矿井空气流动基本理论-PPT精品
φ为相对湿度；t为空气温 度，℃。
d v P
RT v Ps / 4 6 1T d ( P Ps ) / 2 8 7T
P Ps Ps 287T 461T

P 287T
1
0.378 Ps P

0.003484 P (1 0.378Ps )
常用的摄氏温标为实用温标，用符号t表示，单位为摄氏度℃。 摄氏温标的每1℃与热力学温标的每1K完全相同，它们之间的关系为： T=273.15+t 温度是矿井表征气候条件的主要参数，《规程》规定：生产矿井采掘工 作面的空气温度不得超过26℃，机电硐室的空气温度不得超过30℃。
第一节 空气的主要物理参数
第一节 空气的主要物理参数
一、温度
温度是描述物体冷热状态的物理量。测量温度的标尺简称温标。矿井表 示气候条件的主要参数之一。
国际单位为：热力学温标，其单位为K(kelvin),用符号T来表示，单位为 K，热力学温标规定纯水三相态点温度（气、液、固三相平衡态时的温度）为 基本定点，定义为273.15K。
1)等容过程
在比容保持不变的情况下所进行的热力变化过程。当v=常 数，由气体状态方程可知：
P R 常数 Tv 等容过程是v不变而绝对压力和绝对温度成正比变化的过程。 因v不变，即dv=0，则Pdv=0,热力学第一定律得：
dqdu0du
第一节 空气的主要物理参数
在这个过程中，空气不对外做功，空气所吸收或 放出的热量等于内能的增加或减少。
例如：甲地：t=18℃， V＝0.0107 Kg/m3, 乙地：t=30℃， V＝0.0154 Kg/m3
解：查表 当t为18℃， s ＝0.0154 Kg/m3, 当t为30℃， s ＝0.03037 Kg/m3，

矿井空气流动基本理论

矿井空气流动基本理论

第二章 矿井空气流动基本理论第一节 空气的主要物理参数正确理解和掌握空气的主要物理性质是学习矿井通风的基础。

与矿井通风密切相关的空气物理性质有：温度、压力（压强）、密度、比容、粘性、湿度、焓等。

一、温度温度是描述物体冷热状态的物理量。

测量温度的标尺简称温标。

热力学绝对温标的单位为K （Kelv1n ），用符号T 表示。

热力学温标规定纯水三态点温度（即汽、液、固三相平衡态时的温度）为基本定点，定义为273.15K ，每1K 为三相点温度的1/273.15。

国际单位制还规定摄氏(Cels1us)温标为实用温标，用t 表示，单位为摄氏度，代号为℃。

摄氏温标的每1℃与热力学温标的每1K 完全相同，它们之间的关系为：T =273.15+t （2-1-1）温度是矿井表征气候条件的主要参数之一。

《规程》第108条规定：生产矿井采掘工作面的空气温度不得超过26℃；机电硐室的空气温度不得超过30℃。

二、压力（压强）空气的压力也称为空气的静压，用符号P 表示。

压强在矿井通风中习惯称为压力。

它是空气分子热运动对器壁碰撞的宏观表现。

其大小取决于在重力场中的位置（相对高度）、空气温度、湿度（相对湿度）和气体成分等参数。

根据物理学的分子运动理论，空气的压力可用下式表示：)21(322mv n P = （2-1-2） 式中 n 一单位体积内的空气分子数；221mv 一分子平移运动的平均动能。

上式阐述了气体压力的本质，是气体分子运动的基本公式之一。

由式可知，空气的压力是单位体积内空气分子不规则热运动产生的总动能的三分之二转化为能对外做功的机械能。

因此，空气压力的大小可以用仪表测定。

压力的单位为Pa （帕斯卡，1Pa=1N/m 2），压力较大时可采用kPa （1kPa=103Pa ）、MPa（1MPa=103kPa=106Pa ）。

在地球引力场中的大气由于受分子热运动和地球重力场引力的综合作用，空气的压力在不同标高处其大小是不同的；也就是说空气压力还是位置的函数，它服从玻耳兹曼分布规律：⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=T R gz P P 00exp μ（式中μ为空气的摩尔质量，28.97kg/kmol ，g 为重力加速度，m/s 2；z 为海拔高度，m ，海平面以上为正，反之为负；R 0为通用气体常数；T 为空气的绝对温度，K ；P 0为海平面处的大气压，Pa ）。

第二章 矿井空气流动基本理论

第二章 矿井空气流动基本理论
位能是相对某一基准面而具有的能量，它随所选基准面的变化而变化， 但位能差为定值。一般基准面选在研究系统风流流经的最低水平。 位能是一种潜在的能量，它在本处对外无力的效应，即不呈现压力， 故不能象静压那样用仪表进行直接测量，只能通过测定高差和空气柱平 均密度来计算。 位能和静压可以相互转化，当空气从标高高的断面流至标高低的断面 时，部分位能转化为静压，反之一样，并遵循能量守恒定律。
当n 时，v const，即为等容过程， vdP v( P1 P2 )
2 1
矿井通风学
2.4 通风能量方程
2.4.2 可压缩气体能量方程
单位体积可压缩气体能量方程
hR LR· m
2 2 v1 v2 hR P ) m g m ( Z1 Z 2 ) 1P 2 ( 2 2
矿井通风学
2.2 风流能量与压力
2.2.4 全压
风道中任一点风流，在其流动方向上同时存在静压和动压，两者之和称 之为该点风流的全压，即：全压＝静压＋动压。 由于静压有绝对和相对之分，故全压也有绝对和相对之分。 A、绝对全压（Pti） Pti＝ Pi＋hvi≥Pi
B、相对全压（hti） hti＝ h＋hvi=Pti-P0i
2.1.2 密度、比容
单位体积空气所具有的质量称为空气的密度ρ（kg/m3）。
M = V
湿空气密度为干空气密度和水蒸汽密度之和，即：
P P 0.003484T (1 0.378 ) P
sa t
密度与P、t、湿度等有关 一般将空气压力为101325Pa，温度为20℃，相对湿度为60%的矿井空
气称为标准矿井空气，其密度为1.2kg/m3。
单位质量空气所占有的体积称为空气的比容 （m3/kg）。 V 1 M

通风安全学第二矿井空气流动的基本理论

通风安全学第二矿井空气流动的基本理论
通风机选择
应综合考虑矿井通风需求、通风网络阻力、地形地貌、气候条件等因 素，选择适合的通风机类型和型号。
矿井通风设备的维护与管理
日常维护
定期检修
包括检查通风机的运转情况、轴承温度、 润滑情况等，确保通风机正常运转。
根据使用情况和厂家推荐的检修周期，对 通风机进行全面的检查和维修。
运行管理
人员培训
建立完善的运行管理制度，对通风机的运 行参数进行监测和记录，及时发现和处理 异常情况。
矿井风流流动的压力与阻力
压力分布
风流在流动过程中，由于受到各种阻力作用，压 力会发生变化。
阻力损失
风流在流动过程中，由于受到各种阻碍作用，会 损失一部分能量。
阻力系数
表示风流受到阻碍作用的大小，与风流流动的介 质、流速、管道等因素有关。
矿井风流流动的能量平衡与转换
能量守恒
风流在流动过程中，能量 不会凭空产生或消失，只 会从一种形式转换为另一 种形式。
矿井风流流动的阻力
摩擦阻力
风流在流动过程中与巷道壁面摩擦产生的阻力。
局部阻力
风流经过巷道转弯、变径等局部区域时产生的阻力。
风流自身的黏滞性阻力
风流自身的黏滞性导致的阻力。
矿井风流流动的动力与阻力的平衡
01
当矿井风流流动的动力大于阻力 时，风流会顺畅流动；反之，风 流则会产生紊乱、停滞或逆流。
02
压力
矿井内空气压力随深度增加而增大， 一般比地面低10%-20%。
流速
矿井内空气流速较低，一般在0.10.3米/秒之间。
矿井空气中有害气体
一氧化碳
是矿井中最常见的有毒气体之 一，主要来源于煤的燃烧和有
机物的氧化。
硫化氢

矿井空气流动的基本理论

矿井空气流动的基本理论

P=2/3n(1/2mv2)
矿井常用压强单位：Pa Mpa mmHg mmH20 mmbar bar atm 等。 换算关系：1 atm = 760 mmHg = 1013.25 mmbar = 101325 Pa
(见P396) １mmbar = 100 Pa = 10.2 mmH20,
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１mmHg = 13.6mmH20 = 133.32 Pa矿井空气流动的基本理论
三、湿度
表示空气中所含水蒸汽量的多少或潮湿程度。表示空气湿度的方法：绝
对湿度、相对温度和含湿量三种
１、绝对湿度
每立方米空气中所含水蒸汽的质量叫空气的绝对湿度。其单位与密
度单位相同（Kg/ m3），其值等于水蒸汽在其分压力与温度下的密
焓是一个复合的状态参数，它是内能u和压力功PV之和，焓也称热焓。 i=id+d•iV=1.0045t+d(2501+1.85t) 实际应用焓-湿图（I-d)
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矿井空气流动的基本理论
五、粘性
流体抵抗剪切力的性质。当流体层间发生相对运动时，在流体内部两个 流体层的接触面上，便产生粘性阻力(内摩擦力)以阻止相对运动，流 体具有的这一性质，称作流体的粘性。其大小主要取决于温度。
在矿井通风中，压力的概念与物理学中的压强相同，即单位面积上受
到的垂直作用力。静压Pa=N/m2也可称为是静压能，值相等
（２）静压特点
a.无论静止的空气还是流动的空气都具有静压力；
b.风流中任一点的静压各向同值，且垂直于作用面；
c.风流静压的大小（可以用仪表测量）反映了单位体积风流所具有
的能够对外作功的静压能的多少。如说风流的压力为101332Pa，则指
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数有关，还与管壁粗糙 K 有关。粗糙度增大时摩 擦阻力系数和摩擦阻力也增大。
•
在通风和空调工程中使用各种材料制作风管， 这些材料的粗糙度各不相同，其具体数值在表列 出。
• （2）空气温度对
•
摩擦阻力的影响 随着温度的变化， 空气的密度ρ、 运动粘度ν以及 单位长度摩擦阻 力Rm都会发生变化。 这时按20º C作成 的线解图或计算 表算出的摩擦阻 力，可用下式进 行修正：
第二节 风管内的压力分布
空气在风管中流动时，由于风管阻力和流速变 化，空气的压力是不断变化的。研究风管内空气压 力的分布规律，有助于我们更好地解决通风和空调 系统的设计划和运行管理问题。 设有图2—15所示的通风系统，空气进出口都有 局部阻力。现在分析这个系统中风管内的压力分布 情况。
• 只要算出各点（断面）的全压值、静压值和动压
对于三通应注意以下问题和措 施： 1.三通的作用是使气流分 流或合流。 一合流三通中流体运动的 情况。流速不同的1、2两股气 流在汇合时将会发生碰撞，以 及气流速改变时形成涡流是造 成局部阻力的原因。断面1、2 两股气流汇合过程中的能量损 失一般是不相同的。两股气流 的局部阻力应分别计算，即直 管和支管的局部阻力要分别计 算。
值，把它们标出后逐点连接起来，就可以写出风 管内压力分布图。
• 当空气流过断面变化的管件（如各种变径管、风
管进出口、阀门）、流向变化的管件（弯头）和 流量变化的管件（如三通、四通、风管的侧面送、 吸风口）都会产生局部阻力。 局部阻力按下式计算：
•
PZ
2
2


2S
2
Q2
式中:ξ—局部阻力系数
• • •
局部阻力系数还不能从理论上进行计算，因此， 局部阻力系数一般是用实验方法确定的。 实验时先测出管件前后的全压差（即测得局部阻 力），再除以与速度υ相应的动压 ρυ2 /2，便求 得局部阻力系数ξ值。有的还整理成经验公式。 在附录5中列出了常见管件的局部阻力系数，用 来计算局部阻力时，必须注意该ξ值对应于哪一个 断面的气流速度。
• 直管的局部阻力：
PZ1 1
1
2
5.962 1.2 0.73 15.56 2 2
此三通局部阻力
P PZ1 PZ 2 409.55 15.56 393.99
• 为了减小三通阻力（包括消除合流时可能
产生的引射作用），如果使两个支管与总 管的气流速度相等是非常有利的，即： υ1=υ2=υ3，这时两支管与总管断面积之 间的关系为：S1+S2=S3
2.合流三通内直管的气 流速度大于支管的气流速 度时，会发生直管气流引 射支管气流的作用，即流 速大的直管气流失去能量， 流速小的支管气流得到能 量，因而支管的局部阻力 有时出现负值。同理，直 管的局部阻力有时也会出 现负值。但是只能两者同 时为正，或一正一负，不 可能同时为负值。 在引射过程中总能量是损 失的，而且效率很低。为 了减小三通的局部阻力， 应避免出现引射现象。
3.分流三通的支管和直管不可能有能量增大的现 象，因此两个局部阻力系数不会出现负值。
总之，三通局部阻力的大小，与三通断面的形状、 分支管中心夹角、用作分流还是合流以及支管与总管 的面积比和流量比（即流速比）有关。
[例]有一如图所示之吸 气（合流）三通，已知： Q1=1.17m3/s， D1=500mm υ1=5.96m/s Q2=0.78m3/s， D2=250mm ， υ2=15.9m/s Q3=1.94m3/s， D3=560mm， υ3=7.9m/s 分支管中心夹角a=30° 求此三通的局部阻力。
工业通风与除尘
第二章 通风阻力与管道压力分布
风管材料
通风管道是输送空气的通道，它将排风罩、除 尘器、通风机等设备连成一体，使通风除尘系统的 重要组成部分。 通过本章的学习，要求了解和掌握通风管道的 设计原理和计算方法。 在设计风管是必须要考虑和解决的问题： 1.使通风除尘系统中每一个排风罩处都达到所需 要的排风量； 2.不使粉尘在风管内沉积而造成风管堵塞； 3.风管直径的设计要使系统的一次投资和日常运 行维护费用经济合理； 4.便于维护管理
s
s
f—管道中充满流体的横断面积，m2； s—湿周，在通风、空调系统中即为风管的周长， m； d—圆形风管直径，m。 摩擦阻力系数λ与空气在风管内的流动状态和风管 管壁的粗糙度有关。在通风和空调系统中，薄钢板风 管的空气流动状态大多数属于紊流光滑区到粗糙区之 间的过渡区。通常，高速风管的流动状态也处于过渡 区。 只有管径很小、表面粗糙的砖、混凝土风管内的流 动状态才属于粗糙区。
风管设计的主要内容包括：风管的布置，管径 的确定、管内气体流动时能量消耗的估算以及为保 护通风除尘系统的正常运行所必须采用的风管附件 的设置。
第一节 风管的阻力
风管内空气流动的阻力有两种，一种是由于空 气本身的粘滞性及其与管壁间的摩擦而产生的沿程 能量损失，称为摩擦阻力或沿程阻力；
另一种是空气流经风管中的管件及设备时，由 于流速的大小和方向变化以及产生涡流造成比较集 中的能量损失，称为局部阻力。
• [解]按附录5列出的条件
（1）比较各管道的断面面积
S1 S 2
=
S3
(2)根据S1+S2=S3 比较Q2/Q3=0.4、 S2/S3=0.2查得 • 支管局部阻力系数：ξ2=2.7 • 直管局部阻力系数：ξ1=-0.73 • 支管的局部阻力：
PZ 2 2
2
2
2
15.92 1.2 2.7 409.55 2
一、摩擦阻力
根据流体力学原理，空气在任何横断面形状不变 的管道内流动时，摩擦阻力可按下式计算：
1 2 Pm l 4 Rs 2
对于圆形风管，摩擦阻力计算公式可改写为：
Pm

2
Байду номын сангаасd 2
l
圆形风管单位长度的摩擦阻力（又称比摩阻）为：
Rm
2
d 2
• 以上各式中： • λ—摩擦阻力系数； • υ—风管内空气的平均流速，m/s； • ρ—空气的密度，kg/m3； • l —风管长度，m； • Rs —风管的水力半径，m； R f
• 计算过渡区摩擦阻力系数的公式很多，下面列出的
公式适用范围较大，在目前得到较广泛的采用：
1 K 2.51 2 gl( ) 3.71d Re
• 式中 K—风管内壁粗糙度，mm • d—风管直径，mm。 • 影响摩擦阻力的因素： • （1）粗糙度对摩擦阻力的影响 • 从公式可以看出，摩擦阻力系数λ不仅与雷诺
• 在设计风管时为了减小局部阻力，通常采取以下 • • • •
措施： 1.管路布置的尽量顺直，减少弯管 2.在气流汇合部分（三通处）应尽量减少气流 的撞击，二股汇合气流的速度最好相等，三通交 角尽量减少。 3.减小断面积尺寸的突然变化。避免风管断面 的突然变化，用渐扩或渐缩管代替突然扩大或突 然缩小，中心角a最好在8～10度，不超过45度。 4.排风口气流速度尽量减低以减少出口动压的 损失。
Rm Rm K t
• 式中 Rm'—在某温度t时，实际的单位长度摩擦阻 •
力，Pa/m； Rm—按20º C的线解图查得的单位长度摩擦阻 力Pa/m； Kt—摩擦阻力温度修正系数 （3）矩形风管的摩擦阻力 风管的摩擦阻力，也可按《全国通用通风管道计 算表》[6]计算。
• • •
• 二、局部阻力