通风阻力模拟系统.ppt

u 3.2.2气压计基点测定法
1)风压测量
2测定内容和要求
1．测算井巷风阻。井巷风阻是反映井巷通风特性的重要参数， 很多通风问题都和这个参数有关。只要测定出各条井巷的通风阻 力和该巷通过的风量，就可以计算出它们的风阻值。只要井巷断 面和支护方式不变，测一次即可；如果发生了变化，则需要重测 。测风阻时，要逐段进行，不能赶时间，力求一次测准。
了解现有通风系统中阻力分布情况，发现通风阻力 较大的区段和地点，为了使通风系统更为经济合理 ，为下一步提出切合实际的改进意见提供依据。
作为矿井扩建、延深等提供有关通风设计数据参考 依据，为下一步进行通风系统优化等提供依据。
《煤矿安全规程》第119条规定：新井投产前应进行 1次矿井通风阻力测定，以后每3年至少进行1次；在 矿井转入新水平或改变一翼通风系统后，都必须重 新进行矿井通风阻力的测定。
u 3.2.1倾斜压差计法
1）风压测量
倾斜压差计法风压测量是在巷道中①和②两测点各安置一根皮 托管，如图2-1。皮托管布置于巷道中心，为消除速压，需将尖部 迎向风流，管轴与风向平行；在末点②安放倾斜压差计；同时，用 风表在①和②两测点分别量出风速，还需同时用湿度计和气压计在 两测点附近分别测出风流的干、湿球温度和风流的绝对静压，从而 测算出两测点的空气密度。此时压差计所测得的数值是两测点之间 的静压差和势能差。
3测定原理与方法
矿井通风阻力测定的常用方法有压差计法和气压计法两 种，前者适合于局部范围内或部分巷道的通风阻力测定 ，测量资料的整理计算工作量少，但在现场铺设、收放 胶管费时费力，工作量大；后者则与之相反，仪器体积 小重量轻，现场测量工作简便、快速、省人省力，更适 合于全矿性的大规模测量。
3.1测定原理
2．测算摩擦阻力系数。断面形状和支护方式不同的井巷，其摩 擦阻力系数也不同。只要测出各井巷的阻力、长度、净断面积和 通过的风量，代入公式即可计算出摩擦阻力系数。测摩擦阻力系 数时，可以分段、分时间进行测量，不必测量整个巷道的阻力， 但测量精度要求高。

•
第二章
通风阻力及动力
• 2.1.2 矿井风流的能量方程 • 当空气在井巷中流动时，将会受到通 风阻力的作用，消耗其能量；为保证空气 连续不断地流动，就必须有通风动力对空 气做功，使得通风阻力和通风动力相平衡。 空气在其流动过程中，由于自身的因素和 流动环境的综合影响，空气的压力、能量 和其他状态参数沿程将发生变化。本节将 重点讨论矿井通风中空气流动的压力和能 量变化规律，导出矿井风流运动的连续性 方程和能•
通风阻力及动力
(三)关于能量方程使用的几点说明 从能量方程的推导过程可知，方程是在一定的条件下导出的，并对它 做了适当的简化。 因此，在应用能量方程时应根据矿井的实际条件，正确理解能量方程中各 参数的物理意义， 灵活应用。 (1)能量方程的意义是，表示1kg(或1m3)空气由1断面流向2断面的过程 中所消耗的能量(通风阻力)等于流经1、2断面间空气总机械能(压能、位能、 动能)的变化量。 (2)风流流动必须是稳定流，即断面上的参数不随时间的变化而变化； 所研究的始、末断面要选在缓变流场上。 (3)风流总是从总能量(机械能)大的地方流向总能量小的地方。在判断 风流方向时，应用始末两断面上的总能量来进行，而不能只看其中的某一 项。如不知风流方向，列能量方程时，应先假设风流方向，如果计算出的 能量损失（通风阻力）为正，说明风流方向假设正确；如果为负，则风流 方向假设错误。 (4)正确选择基准面。 (5)在始、末断面间有压源时，压源的作用方向与风流的方向一致，压 源为正，说明压源对风流做功；如果两者方向相反，压源为负，则压源成 为通风阻力。
第二章
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通风阻力及动力
(一)单位质量(1kg)流体能量方程 1．能量组成(讨论1kg空气所具有的能量) 在井巷通风中，风流的能量由机械能(压能、位能、动 能)和内能组成，常用lkg空气或1m3空气所具有的能量表 示。 1)风流具有的机械能 风流具有的机械能包括压能、位能和动能。 2)风流具有的内能 风流的内能是风流内部储存能的简称，它是风流内部 所具有的分子内动能与分子位能之和。 2．风流流动过程中能量分析 风流在如图2-2-2所示的井巷中流动，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(m/s)；风流的内能ul、u2(J/kg)；风流的密度(kg/m3)距 基准面的高程Z1、Z2(m)。

1—叶轮；2—机轴；3—机壳；4—吸气口；5—排气口 图e. 离心风机结构示意图
1) 离心风机 用于低压或高压送风系统，特别是低噪音和高风压
的系统。叶轮的叶片型式有流线型、后弯叶型、前弯叶 型和径向型四种
离心风机构造示意图
舒适性空调中的风机
一般都使用离心风机。 四种叶轮设计构成了风机的四种基本形式：
在相同面积下，圆形管阻力比矩形管小。矩形 风管设计时，长短边比例在3.0以下。
3. 风机的进出口布置
风机进出口的连接管对风机能力的发挥有很大影 响，因为进、出口处空气的动压很大，连接管做法不 当，将引起可观的压头损失，而使风量受到严惩损失， 为此，必须在管路设计中注意这个问题。
1) 转弯或弯头的风管内边到风机进口的距离应大于 风机进口直径，以保证气流均匀进入风机叶轮。当 转弯曲率半径不够时，应弯管处加导流叶片，见下 图。
3) 止回阀：防止风机停止后气流倒转
四、风管系统设计中的注意事项
1. 风管布置 风管的布置应力求顺直，避免复杂的局部构件，
弯头、三通等构件要安排得当，与风管连接要合理， 以减少阻力和噪声。风管上应该设置必要的调节和 测量装置或预留安排测量装置的接口。调节和测量 装置应设在便于操作和观察的地点。
2. 风管断面形状
活动支吊架
固定支架
固定吊架
2. 弯头 直角弯头和弧弯头：改变气流走向
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3. 三通 1) 合流三通 2) 分流三通
4. 变径管 1) 突然扩大和缩小：风量改变。（见左图） 2) 渐变管：风量改变。（见右图）
5. 风管阀门
1) 调节风量、打开或关断风系统： 蝶阀、对开多叶调节阀、三通调节阀
2) 防火阀：当火灾发生时，切断气流通路，防止火 势沿风管蔓延

动状 态
3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律 和特性
3.5通风阻力测量 3.6流体的相似理 论与应用
井巷通风阻力可分为两类：摩擦阻力(也称为 沿程阻力)和局部阻力。
一、风流流态
1、管道流
当流速较低时，流体质点互不混杂，沿着与管 轴平行的方向作层状运动，称为层流(或滞流)。
2 、摩擦风阻与阻力--摩擦阻力-- 摩擦阻力系 数-- 摩擦风阻--阻力计算--阻力测定
3 、局部风阻与阻力--局部阻力及计算--阻力 系数--局部风阻
4 、矿井总风阻与矿井等积孔--阻力特性--矿 井总风阻--矿井等积孔
5 、降低矿井通风阻力措施
6、通风阻力的测量
7、流体相似理论与应用
3.1风流的流动状态
3.1风流的流动状态
3 矿井通风阻力 3.1风流的流动状 态
3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律 和特性
3.5通风阻力测量 3.6流体的相似理 论与应用
二、井巷断面上风速分布
（１）紊流脉动 风流中各点的流速、压力等物理参数随时间作不规则脉动
（２）时均速度 瞬时速度 vx 随时间τ的变化。其值虽然不断变化，但在一足够 长的时间段 T 内，流速 vx 总是围绕着某一平均值上下波动。
和特性
3.5通风阻力测量
v
3.6流体的相似理 论与应用
δ
vmax
1
平均风速：
v S
S vidS
式中： S vidS巷道通过风量Q。则：Q＝V ×S
3.1风流的流动状态
3 矿井通风阻力 3.1风流的流动状 态
3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律 和特性
3.5通风阻力测量 3.6流体的相似理 论与应用

0.3
1.5
0.63
2.0
0.35 减5%,R的最大值
0.45
2.0
0.35
3.0
0.16 加10％；外部漏
0.6
2.0
0.35
3.0
0.16 风允许15％时，A
0.9
2.0
0.35
4.0
0.09 的最小值减10％，
1.2
2.5
0.23
5.0
0.06 R的最大值加20％，
1.8
2.5
0.23
6.0
0.04 即为矿井A的最小
Re≤2300 为层流摩擦阻力的措施有：
3-2 摩擦阻力系数与哪些因素有关？ 表3-1 矿井通风难易程度的分级标准
1．减少摩擦阻力系数 将计算结果记入附表3-5和附表3-6中。
此外，通过阻力测量，还可求出矿井各类巷道的风阻值和摩擦阻力系数值，以备通风技术管理和通风计算时使用。
2．井巷风量要合理 式中 h阻——单管倾斜压差计的读数，mm；
大量实验研究表明，紊流局部阻力系数主要取决于局部 阻力物的形状，而边壁的粗糙程度为次要因素。
由于产生局部阻力的过程非常复杂，所以系数一般由实验 求得，计算局部阻力时查表附录二即可。
（二〕局部风阻R局
R局＝
2S 2
， Kg/m7或 Ns2 /m8
（三〕局部阻力定律
h局＝R局Q2
在一般情况下，由于井巷内的风流速压较小，所产生的 局部阻力也较小，井下所有的局部阻力之和只占矿井总阻力 的10％～20％左右。故在通风设计中，一般只对摩擦阻力进 行计算，对局部阻力不作详细计算，而按经验估算。
（六〕绘制压力坡线图和压能图 △h动——两断面动压之差，Pa。

❖ 对于圆形管道：
❖
Re
Vd
（V3d—1）
❖ 式中 V─管道中流体的平均速度，m/s；
❖
d─圆形管道的直径，m；
❖
v─流体的运动粘性系数，与流体的温度、压力有关，对于矿井
风流，通常取平均值14.4×10-6m2/s。
6
❖ 对于非圆形管道： ❖ 公式3—1中的管道直径应以井巷断面的当量直径来表示
❖ ❖
运动，沿程阻力系数与雷诺数Re，相对糙度的关系较为复 杂，用当量直径de=4S/U代入（3—4）式中的d，则可得紊 流状态下的井巷摩擦阻力计算式：
❖ ❖
hf
LU V 2
8S
8
LS，U3 QP2a
（3—7）
❖ 应当指出，用当量直径代替圆管直径计算非圆管的沿程阻 力，并不适合所有断面形状，但对于矿井巷道常用的断面 而言，造成的误差很小，可不预考虑。
❖ 将（3—8）式代入（3—7）中，得
❖
hf ，LSUP3 aQ2 （3—9）
❖ 这是完全紊流状态下摩擦阻力的计算式，只要知道巷道的 、L、U、S和通 过的风量Q，便可计算出该巷道的摩擦阻力。
❖ 摩擦阻力系数 值一般是通过实测和模型实验得到。下面所附的表为标准状态 下（0 = 1.2kg/m3）条件下的各类巷道摩擦阻力系数值。
❖ 实验表明，流体在直圆管内流动时，当Re≤2320时，流动状态为层流；当Re＞ 4000时,流动状态为紊流；在Re=2300~4000的区域内,流动状态不是固定的，由 管道壁的粗糙程度、流体进入管道的情况等外部条件而定，只要稍有干扰，流 态就会发生变化，因此称为不稳定的过渡区。在实际工程计算中，为简便起见， 通常把管道流动状态的判断基准数定为：
为确定阻力系数的问题。无因次系数必须通过大量典型实验求得。这样，公式中没

4
2、锅炉本体阻力 hg
－烟气离开炉膛后冲刷受热面管束所产生的阻力。
可使用8.2中的计算公式和线算图表，但需注意：① 计算结果还要以烟气密度、气流中灰分浓度和烟气压 力等等进行修正和换算；②考虑积灰因素引入修正系 数，按表8－3取值。 也由下表估算：
炉型
铸铁锅炉 卧式水管锅炉 卧式烟管锅炉
锅炉本体 烟气阻力/Pa
风道的总自生风
H
f zs
hzfs
20
6、空气进口处炉膛真空度 hl'
hl' hl 0.95Hg
空气进口到炉膛出口中 心间的垂直距离，m
7、风道系统总阻力
H f
H
f sl
H
f zs
hl '
21
6
4、省煤器阻力 hs
同上。
5、空预器阻力 hk y
同上。
6、除尘器阻力 hc
与除尘器型式和结构有关，由具体设备样本提供。 旋风除尘器：600～800Pa 多管水膜除尘器：800～1200Pa
7
7、烟囱阻力hyc
详见烟囱计算
8、烟道阻力 hmy hjy
从锅炉尾部受热面到除尘器的烟道阻力按热 力计算的排烟温度和排烟量计算；
Ay fy kg / kg 100 y0Vy, pj
10
③. 压力修正
若烟气流速以质量流量表示，则
w Gy 1
F
∵
H反比于 正比于 b
H反比于b
101325 ∴烟气压力修正（不包括自生风）可对全部烟道总阻力乘以
by
ⅰ对平衡通风，烟道总阻力大于3000Pa
by
(b
h) 2
当地平均大气压力
ⅱ对一般锅炉，如 h 3000Pa

风流的流动状态
那么如何判断流动状态，并加以利用呢？ 气体的流动状态主要受：
ｖ（速度），γ（粘性）及ｄ（管道尺寸） 的影响 。 由此，出现了通风学中的一个较著名参 数—雷诺数Re
风流的流动状态
Re vd

――⑴
其中d为管道直径（m） γ为运动粘性系数
临界雷诺数：由紊流变为层流的雷诺数。 Re＝2000～2320（与管壁质量有关）
8S
v2


LU S
v2


LU S3
Q2
定义摩擦风阻： Rfr


f
L S3
U
(N S 2 / m8)
则得摩擦风阻定律：hfr Rfr Q2
摩擦阻力定律
三.层流状态下的摩擦阻力定律
如前所述，层流时λ=64/Re,而 Re=（v·d）/γ
64 d
h R Qx 其中R : N S x / m23x
x为指数，在1 2之间
其中⒉⒊状态下一般在科研中才会用到。
二、通风阻力定律的应用
⒈等积孔：主要在矿井或较大型的通风管网 中应用此概念。主要是为了形象化，习惯引 用一个和风阻的数值相当，意义相同的假想 孔口的面积值（m²）来表示某一通风系统的 难易程度。这个假想的孔口叫做该系统的等 积孔。 推导公式见《矿井通风与防尘》之77～78页。
A 1.189Q / h 1.189 / R
通风阻力定律的应用
矿井中通常将等积孔作为其通风难易的标准。 如：1873年由缪尔格（英）提出：
阻力等级
A(m²) R(N·S²/m8 )
大阻力通风系统 中阻力通风系统 小阻力通风系统
A<1