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1、第五章 风网中风流基本规律和风 量自然分配,黑龙江科技学院 2012.3,1,温故而知新,上一章我们已经解决的问题： 1.矿井通风动力有哪些？各有哪些特性？ 2.通风设备的原理怎样？ 3.通风设备如何工作？ 4.如何确定通风设备？ 本章需要解决的问题： 1.空气进入矿井以后，如何分配到每个用风地点？ 2.如何计算每一条巷道的风量？ 3.用风地点的风量与所需风量不服，如何调整？ 4.矿井总风量过多或过少，如何调整？,5矿井通风网络中风量分配与调节 5.1风量分配基本规律 5.2简单网络特性5.3通风网络动态特性分析 5.4矿井风量调节 5.5应用计算机解算复杂通风网络,2,本章主要内容,1、风量
2、分配基本定律-三大定律 2、网络图及网络特性 1)简单网络 2)角联及复杂网络 3、网络的动态分析 4、矿井风量调节 5、计算机解算复杂网络,5矿井通风网络中风量分配与调节 5.1风量分配基本规律 5.2简单网络特性5.3通风网络动态特性分析 5.4矿井风量调节 5.5应用计算机解算复杂通风网络,3,5.1 风量分配基本规律,矿井通风系统是由纵横交错的井巷构成的一个复杂系统。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。,5矿井通风网络中风量分配与调节 5.1风量分配基本规律 5.2简单网络特性5.3通风网络动态特性分析 5.4矿井风量调节 5
3、.5应用计算机解算复杂通风网络,4,5.1 风量分配基本规律,一、矿井通风网络与网络图 (一）矿井通风网络 通风网络图：用直观的几何图形来表示通风网络。 1. 分支（边、弧）：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。每条分支可有一个编号，称为分支号。 2. 节点（结点、顶点）： 是两条或两条以上分支的交点。 3. 路（通路、道路）：是由若干条方向相同的分支首尾相连而成的线路。如图中，125、1246和136等均是通路。 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。 如图中，243、2563和1367,5矿井通风网络中风量分配与调节 5.1风量分配基本
4、规律 5.2简单网络特性5.3通风网络动态特性分析 5.4矿井风量调节 5.5应用计算机解算复杂通风网络,5,5.1 风量分配基本规律,5. 树：是指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。由于这类图的几何形状与树相似，故得名。树中的分支称为树枝。包含通风网络的全部节点的树称为其生成树，简称树。,1,2,5,1,2,3,4,5,6,7,3,4,5矿井通风网络中风量分配与调节 5.1风量分配基本规律 5.2简单网络特性5.3通风网络动态特性分析 5.4矿井风量调节 5.5应用计算机解算复杂通风网络,6,5.1 风量分配基本规律,（二）矿井通风网络图 特点： ）通风网络图只反映风流方向
5、及节点与分支间的相互关系，节点位置与分支线的形状可以任意改变。 ）能清楚地反映风流的方向和分合关系，并且是进行各种通风计算的基础，因此是矿井通风管理的一种重要图件。,5矿井通风网络中风量分配与调节 5.1风量分配基本规律 5.2简单网络特性5.3通风网络动态特性分析 5.4矿井风量调节 5.5应用计算机解算复杂通风网络,7,5.1 风量分配基本规律,（二）矿井通风网络图 网络图两种类型：一般常用曲线网络图，如图5-1-3所示。 绘制步骤： 节点编号 在通风系统图上给井巷 的交汇点标上特定的节点号。 绘制草图 在图纸上画出节点符号， 并用单线条（直线或弧线）连接有 风流连通的节点。 图形整理 按
6、照正确、美观的原 则对网络图进行修改。,5矿井通风网络中风量分配与调节 5.1风量分配基本规律 5.2简单网络特性5.3通风网络动态特性分析 5.4矿井风量调节 5.5应用计算机解算复杂通风网络,8,5.1 风量分配基本规律,5矿井通风网络中风量分配与调节 5.1风量分配基本规律 5.2简单网络特性5.3通风网络动态特性分析 5.4矿井风量调节 5.5应用计算机解算复杂通风网络,9,5.1 风量分配基本规律,5矿井通风网络中风量分配与调节 5.1风量分配基本规律 5.2简单网络特性5.3通风网络动态特性分析 5.4矿井风量调节 5.5应用计算机解算复杂通风网络,10,5.1 风量分配基本规律,
7、5矿井通风网络中风量分配与调节 5.1风量分配基本规律 5.2简单网络特性5.3通风网络动态特性分析 5.4矿井风量调节 5.5应用计算机解算复杂通风网络,通风网络图的绘制原则： (1) 用风地点并排布置在网络图中部，进风节点位于其下边；回风节点在网络图的上部，风机出口节点在最上部； (2)分支方向基本都应由下至上； (3) 分支间的交叉尽可能少； (4) 网络图总的形状基本为“椭圆”形。 (5)合并节点，某些距离较近、阻力很小的几个节点，可简化为一个节点。 (6)并分支，并联分支可合并为一条分支。,11,5.1 风量分配基本规律,二、风量平衡定律 风量平衡定律是指在稳态通风条件下，单位时间流
8、入某节点的空气质量等于流出该节点的空气质量；或者说，流入与流出某节点的各分支的质量流量的代数和等于零，即,5矿井通风网络中风量分配与调节 5.1风量分配基本规律 5.2简单网络特性5.3通风网络动态特性分析 5.4矿井风量调节 5.5应用计算机解算复杂通风网络,12,5.1 风量分配基本规律,若不考虑风流密度的变化，则流入与流出某节点的各分支的体积流量（风量）的代数和等于零，即：,如图a，节点4处的风量平衡方程为：,将上述节点扩展为无源回路，则上述风量平衡定律依然成立。如图b所示，回路2-4-5-7-2的各邻接分支的风量满足如下关系：,5矿井通风网络中风量分配与调节 5.1风量分配基本规律 5
9、.2简单网络特性5.3通风网络动态特性分析 5.4矿井风量调节 5.5应用计算机解算复杂通风网络,13,5.1 风量分配基本规律,三、能量平衡定律 假设：一般地，回路中分支风流方向为顺时针时， 其阻力取“”，逆时针时，其阻力取“”。 （一）无动力源（Hn Hf） 通风网路图的任一回路中，无动力源时，各分支阻力的代数和为零，即：,如图，对回路 -6中有：,5矿井通风网络中风量分配与调节 5.1风量分配基本规律 5.2简单网络特性5.3通风网络动态特性分析 5.4矿井风量调节 5.5应用计算机解算复杂通风网络,14,5.1 风量分配基本规律,三、能量平衡定律 （二）有动力源 设风机风压Hf ，自然
10、风压HN 。 如图，对回路 234-5-1中有：,一般表达式为：,即：能量平衡定律是指在任一闭合回路中，各分支的通风阻力代数和等于该回路中自然风压与通风机风压的代数和。,5矿井通风网络中风量分配与调节 5.1风量分配基本规律 5.2简单网络特性5.3通风网络动态特性分析 5.4矿井风量调节 5.5应用计算机解算复杂通风网络,15,5.2 简单网络特性,一、串联风路 由两条或两条以上分支彼此首尾相连，中间没有风流分汇点的线路称为串联风路。如图5-2-1所示，由1，2，3，4，5五条分支组成串联风路。 （一） 串联风路特性 1. 总风量等于各分支的风量， 即 MS = M1 = M2 = Mn 当
11、各分支的空气密度相等时， QS = Q1 = Q2 = Qn 2. 总风压（阻力）等于各分支 风压（阻力）之和，即:,5矿井通风网络中风量分配与调节 5.1风量分配基本规律 5.2简单网络特性5.3通风网络动态特性分析 5.4矿井风量调节 5.5应用计算机解算复杂通风网络,16,5.2 简单网络特性,3. 总风阻等于各分支风阻之和，即：,4. 串联风路等积孔与各分支等积孔间的关系,5矿井通风网络中风量分配与调节 5.1风量分配基本规律 5.2简单网络特性5.3通风网络动态特性分析 5.4矿井风量调节 5.5应用计算机解算复杂通风网络,17,5.2 简单网络特性,（二）串联风路等效阻力特性曲线的
12、绘制方法： .首先在hQ坐标图上作出1、2的阻力特性曲线R1、R2； 、根据 “风量相等，阻力叠加”的原则，得到串联风路的等效阻力特性曲线上的点； 、将所有等风量线上的点联成曲线R3，即为串联风路的等效阻力特性曲线。,5矿井通风网络中风量分配与调节 5.1风量分配基本规律 5.2简单网络特性5.3通风网络动态特性分析 5.4矿井风量调节 5.5应用计算机解算复杂通风网络,R1,R2,R1+R2,Q,H,18,5.2 简单网络特性,二、并联风网 由两条或两条以上具有相同始节点和末节点 的分支所组成的通风网络，称为并联风网。如图 所示并联风网由5条分支并联 （一）并联风路特性： 总风量等于各分支的
13、风量之和，即 当各分支的空气密度相等时,5矿井通风网络中风量分配与调节 5.1风量分配基本规律 5.2简单网络特性5.3通风网络动态特性分析 5.4矿井风量调节 5.5应用计算机解算复杂通风网络,19,5.2 简单网络特性,二、并联风网 2. 总风压等于各分支风压，即 注意：当各分支的位能差不相等，或分支中存在风机等通风动力时，并联分支的阻力并不相等。,5矿井通风网络中风量分配与调节 5.1风量分配基本规律 5.2简单网络特性5.3通风网络动态特性分析 5.4矿井风量调节 5.5应用计算机解算复杂通风网络,20,5.2 简单网络特性,3. 并联风网总风阻与各分支风阻的关系 4. 并联风网等积孔
14、等于各分支等积孔之和，即,5矿井通风网络中风量分配与调节 5.1风量分配基本规律 5.2简单网络特性5.3通风网络动态特性分析 5.4矿井风量调节 5.5应用计算机解算复杂通风网络,21,5.2 简单网络特性,5. 并联风网的风量分配 若已知并联风网的总风量，在不考虑其它通风动力及风流密度变化时，可由下式计算出分支i的风量。,5矿井通风网络中风量分配与调节 5.1风量分配基本规律 5.2简单网络特性5.3通风网络动态特性分析 5.4矿井风量调节 5.5应用计算机解算复杂通风网络,22,5.2 简单网络特性,（二）并联风路等效阻力特性曲线的绘制 、在hQ坐标图上作出风路1、2的阻力特性曲线R1、
15、R2； 、根据并联风路“风压相等，风量叠加”的原则，得到并联风路的等效阻力特性曲线上的点； 、将所有等风压线上的点联成曲线R3，即可。,5矿井通风网络中风量分配与调节 5.1风量分配基本规律 5.2简单网络特性5.3通风网络动态特性分析 5.4矿井风量调节 5.5应用计算机解算复杂通风网络,R1,R2,R1+R2,Q,H,23,5.2 简单网络特性,三、串联风路与并联风网的比较 并联风网的优点： 、从提高工作地点的空气质量及安全性出发，采用并联风网具有明显的优点。 、在同样的分支风阻条件下，分支并联时的总风阻小于串联时的总风阻。,5矿井通风网络中风量分配与调节 5.1风量分配基本规律 5.2简
16、单网络特性5.3通风网络动态特性分析 5.4矿井风量调节 5.5应用计算机解算复杂通风网络,24,5.2 简单网络特性,三、串联风路与并联风网的比较 例如：若R1=R2=0.04 kg/m7， 串联：Rs= R1+ R2= 0.08 kg/m7 并联：, Rs1 ：Rs2： 即在相同风量情况下，串联的能耗为并联的 8 倍。,5矿井通风网络中风量分配与调节 5.1风量分配基本规律 5.2简单网络特性5.3通风网络动态特性分析 5.4矿井风量调节 5.5应用计算机解算复杂通风网络,25,5.2 简单网络特性,四、角联风网 （一）几个概念 角联风网：指包含角联分支的网络。 角联分支（对角分支）：指位于风网的任意两条有向通路之间、且不与两通路的公共节点相连的分支，如图。 简单角联风网：仅有一条角联分支 复杂角联风网：含有两条或两条以上角联分支,5矿井通风网络中风量分配与调节 5.1风量分配基本规律 5.2简单网络特性5.3通风网络动态特性分析 5.4矿井风量调节 5.5应用计算机解算复
