通风网络解算程序操作

1. 引言1.1编写目的为用户提供此文档，以供用户使用软件时参阅和培训之用。

1.2项目背景公司主营的项目之一，对项目的基本的功能的开发管理和对项目的基本的操作的功能。

2.系统简介隧道通风三维可视化网络解算系统可以用于隧道通风设计与优化、风机工况点分析、通风系统调整方案制定、风温计算、循环风预测、反风演习、通风系统经济性分析以及以通风仿真为基础的通风决策支持等领域，使用该系统可以帮助矿山企业进行合理的通风管理，节约通风成本，提升矿山企业整体形象。

隧道通风三维可视化网络解算系统采用先进的计算机图形、数据库应用技术和虚拟现实技术。

通过三维建模，用户将复杂的隧道通风过程以三维图形的方式简单、直观的展现出来，用户可从任意角度观察和调整通风系统，实现了巷道风量分配的实时解算，为隧道通风决策人员提供数据依据。

通过对不同区间数据进行着色，通风过程的关键数据和薄弱环节一目了然。

系统提供通风经济性分析工具，在三维可视化的环境中对通风方法的安全性、合理性和经济性进行分析，在保证通风系统安全的前提下合理节约通风成本。

系统为隧道通风管理提供了全新的操作平台。

在系统中，我们通过建立通风网络模型，设置污染源位置，便可以在三维环境下直观的看到污染源的影响范围和扩散过程。

系统同样可应用于隧道安全知识培训方面，通过三维通风仿真，通风安全专业问题被直观的展现出来。

系统功能特点1.通过对隧道通风三维可视化网络解算系统数据进行三维可视化建模，将整个隧道通风三维可视化网络解算系统直观、动态的展现出来，系统建成后可作为矿山企业进行通风系统管理和调整的决策分析平台；2.可有效的帮助矿山企业进行科学的通风系统管理和调整，及时预测和发现通风系统薄弱环节，合理节约通风成本；3.兼容对煤层、矿区地形、地质构造，井下实测三维模型数据的真三维可视化模型整合；4.在三维可视化环境中通过对风速、风量、风压、风阻、通风成本、风温、高程等几十种数据进行计算并设置颜色图例，帮助用户快速对数据进行分析和解译；5.经济性分析工具帮助优化关键巷道经济断面，可自动从风机数据库中选择最经济可靠的风机类型；6.可对井下爆破排烟和柴油机排放物进行动态扩散模拟；7.可对井下热源、冷源和湿源进行建模，可在三维可视化环境中实现对隧道降温效果进行定量分析；8.支持任意多级机站通风系统解算，循环风预测，风机调速、开关和反风模拟；9.兼容其他三维模型数据。

通风网路中风量的分配串联与并联的比较从安全、可靠和经济角度看，并联通风与串联通风相比，具有明显优点： 1．总风阻小，总等积孔大，通风容易，通风动力费用少。

现举例分析 ： 假设有两条风路1和2，其风阻21R R =，通过的风量21Q Q =，故有风压21h h =。

现将它们分别组成串联风路和并联网路，如图5-7所示。

各参数比较如下：（1）总风量比较串联时： 21Q Q Q ==串 并联时： 1212Q Q Q Q =+=并 故 串并Q Q 2=（2）总风阻比较串联时： 1212R R R R =+=串 并联时： 4121R n R R ==并 故 串并R R 81= （3）总风压比较串联时： 1212h h h h =+=串 并联时： 21h h h ==并 故 串并h h 21=通过上述比较可明显看出，在两条风路通风条件完全相同的情况下，并联网路的总风阻仅为串联风路总风阻的1；并联网路的总风压为串联风路总风压的21，也就是说并联通风比串联通风的通风动力要节省一半，而总风量却大了一倍。

这充分说明：并联通风比串联通风经济得多。

2．并联各分支独立通风，风流新鲜，互不干扰，有利于安全生产；而串联时，后面风路的入风是前面风路排出的污风，风流不新鲜，空气质量差，不利于安全生产。

3．并联各分支的风量，可根据生产需要进行调节；而串联各风路的风量则不能进行调节，不能有效地利用风量。

4．并联的某一分支风路中发生事故，易于控制与隔离，不致影响其它分支巷道，事故波及范围小，安全性好；而串联的某一风路发生事故，容易波及整个风路，安全性差。

所以，《规程》强调：井下各个生产水平和各个采区必须实行分区通风（并联通风）；各个采、掘工作面应实行独立通风，限制采用串联通风。

四、角联通风及其特性在并联的两条分支之间，还有一条或几条分支相通的连接形式称为角联网路（通风），如图5-8所示。

连接于并联两条分支之间的分支称为角联分支，如图5-8中的分支5为角联分支。

第五章 杂通风网络自然分风电算用电子计算机解算复杂通风网络是近年来通 风学科的重要进展。

风学科的重要进展。

它使复杂风网解算这个曾 被许多学者争相研究的课题， 被许多学者争相研究的课题，不仅在理论上有 了新的突破， 了新的突破，而且在实践中也得到了广泛应用 。

本章将介绍通风网络解算的数学模型、 本章将介绍通风网络解算的数学模型、算法 、程序实例及其应用。

程序实例及其应用。

目录2第一节 复杂通风网络解算概述 第二节 回路法 第三节 节点法和割集法 第四节 风网自然分风算法评述 第五节 复杂风网自然分风电算程度实例3第一节 复杂通风网络解算概述通风网络是通风系统的一种表示和描述，或者说是由矿井通 风系统抽象而得的一种模型。

所谓复杂通风网络是由众多分支组 成的包含串、并、角联在内的结构复杂的风网，其本质特征是含 有角联分支、风量分配不能用解析法直接求解。

要对风网进行定量分析，应确定其基本描述量。

风网的独立 变量是分支风量和风压，其复合变量是功率。

复杂通风网络解算的目的，是在网络结构和分支某些参数已 知的条件下，通过计算，求解空气在风网内自然分配的状况。

即 在给定风网结构、分支风阻、风机特性等条件下，求解空气在风 网内自然分配时各分支的风量和风压。

因此，网络解算又称为自 然分风计算。

4复杂风网解算的理论基础是通风三大定律，它们构成 了建立网络方程的两类约束。

阻力定律 h= RQ 2，实质上是分支对其风量和风压的约束，它表明分支风量和风压 的关系是非线性的，只要关系式中任两个量已知，则第三 个量就能确定，这种关系称为分支元件约束。

风量平衡定 e 律∑qjj =1= 0 ，反映了风网结构对分支风量的约束，即对任一节点，流人流出该节点的e个分支风量中，只要有 律，∑ h j = 0，反映了风网结构对各分支风压的约束，即j =1e-1个为已知，则第 e个分支的风量就确定了。

风压平衡定 k对任何回路，组成它的k个分支中，只要是k-1个风压已知 ，则第k个风压也能确定。

7 通风网络符号体系及图的运算7.1 基于图论的通风网络 7.1.1 通风网络拓扑关系将通风网络中的节点和分支的集合称为图，记为),(E V G =（7-1）式中，V 表示节点的集合，{}m v v v V ,,,21 =，m 为节点数，V m =；E 表示分支集合，{}n e e e E ,,,21 =，n 为分支数，E n =。

分支k e 对应着的两个节点分别为i v 和j v 。

当风流流动的方向是j i v v →，此时将分支k e 写成()j i k v v e ,=，图G 称为有向图。

当风流流动方向尚未确定，或者风流流动方向与我们所研究的问题无关时，网络分支k e 即可写成j i k v v e ,=，也可写成i j k v v e ,=，图G 称为无向图。

当节点i v 和j v 是同一分支的两个节点时，有时也把该分支写成ij e ，即()j i ij v v e ,=，而在无向图中j i ij v v e ,=，或写成i j ij v v e ,=。

向读者强调的是：有向图和无向图是研究通风网络的两种方法，网络中的分支流向即使是确定的，也不一定采用有向图来研究；同样，分支流向不确定时，也不一定就是无向图。

往往是对同一网络有向图和无向图两种方法同时采用。

在有向图中，假设j i v v →，但我们也常常会写成j i v v ,，此时表明我们所要表达的仅仅是i v 与j v 之间存在一条分支（即i v 与j v 时邻接的），至于谁是始节点、谁是末节点对我们并不重要。

如果j i v v =，则称分支j i k v v e ,=为自环。

一般来说通风网络是不存在自环分支的，所以在本书的后续内容中除了特殊强调的以外，均视为不含自环分支。

在图),(E V G =中，如果节点i v 是分支k e 的一个节点，则称分支k e 和节点i v 相关联；对于节点iv 和j v ，若E v v j i ∈,，则称i v 和j v 是邻接的。

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。

三维条件下通风网络解算软件的研究与实现中期报
告
一、研究背景及意义
空气质量是人们生活和工作中不可忽视的问题。

通风系统是解决室内空气质量问题的重要手段。

随着建筑结构和功能的不断更新和改善，对通风系统的要求越来越高，特别是在三维空间下，通风系统的设计和优化需要更加精确和高效。

因此，研究三维条件下通风网络解算软件的实现，对于解决室内空气质量问题具有重要意义。

二、研究内容和方法
本研究主要通过以下三个步骤实现三维条件下通风网络解算软件的研究和实现：
1. 建立三维通风网络模型。

利用流体力学和热传导学基本原理，建立室内三维通风网络模型，并对模型进行参数化处理，以便于后续优化和调整。

2. 开发通风网络解算算法。

基于气体动力学和传热学理论，开发通风网络解算算法，实现三维空间下通风网络的流场和温度场计算，并对通风系统进行性能评估和优化。

3. 实现三维通风网络解算软件。

采用计算机编程技术，将以上两个步骤完成的模型和算法转化为实际可操作的软件，实现直观易用的三维通风网络解算软件。

三、预期结果和意义
本研究预期通过建立精确的三维通风网络模型，开发高效的通风网络解算算法和实现优化的三维通风网络解算软件，为室内空气质量的改善和优化提供科学有效的手段和工具。

同时，该研究将促进通风系统的科学发展和推广，并为建筑结构的优化设计和功能提升提供技术支持。

第五章通风网路中风量的分配一、教学内容：1、矿井通风网路图的相关术语；2、矿井通风网路图的绘制；3、矿井通风网路的基本形式与特性；4、风量分配基本定律；5、复杂通风网路解算方法及计算机解算通风网路软件介绍。

二、重点难点：1、矿井通风网路图的绘制原则与方法；2、矿井通风网路的基本形式与特性；3、风量分配基本定律。

三、教学要求：1、了解矿井通风网路图的相关术语；2、了解复杂通风网路解算方法及计算机解算通风网路软件应用；3、掌握矿井通风网路图的绘制方法；4、掌握矿井通风网路的基本形式与特性（串联、并联、角联）；5、掌握风量分配基本定律。

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。

基于Ventsim软件系统的矿井通风网络解算及优化
矿山通风系统解算和通风系统优化的目标主要包含两个方面：基本目标是为井下各巷道和作业面提供安全、舒适的工作环境；第二个目标是使井下工作环境在保证安全安全通风条件下，通风系统投资与运行费用达到最低。

保证矿井通风系统安全可靠需要采用合适的通风设备、合理的通风网络和多部门工作的配合。

金码软件（北京）有限公司在通风解算、通风仿真领域具有行业领先的先进技术，Ventsim三维矿井通风模拟系统将大幅提升矿山企业通风管理的科学性和可操作性。

系统提供简单易学的通风模拟软件操作平台，三维可视化的建模工具，对通风环节各关键数据的动态模拟，污染物扩散过程模拟，风机工况点分析和通风成本分析等工具，矿井通风管理人员将更容易发现和防止通风环节可能导致的灾害。

视频：通风网络解算及优化
以三维通风模型系统为基础的矿井通风管理主要包括如下几方面的工作：
∙建立通风网络数据库：通风数据库包括通风网络的主要属性：名称、编号、始点坐标、终点坐标、长度、断面参数、支护类型、摩擦阻力系数、风阻、风量、风压、自然风压、风机的个体特性曲线系数等。

通风网络数据库是通风网络解算、通风模拟的基础。

∙通风网络解算和通风模拟：系统可以根据通风网络模型和通风网络数据库解算出自然风压或者风机工况点状态下风网状态。

系统可对各主要参数进行着色、显示结果非常直观。

∙通风经济性评价：可提供通风网络优化功能，计算各个主要巷道的通风和采矿成本。

在保证通风系统安全的基础上合理减少通风成本。

∙污染物扩散模拟：可在三维环境下设置污染源位置，系统可以模拟污染物的扩散时间、扩散比例等.。