《矿井通风与安全课件《通风部分》第二章 矿井空气流动的基本理论》由会员分享，可在线阅读，更多相关《矿井通风与安全课件《通风部分》第二章 矿井空气流动的基本理论（89页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1郭玉森 教授,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。,第二章 矿井空气流动的基本理论,第二章 矿井空气流动的基本理论,2郭玉森 教授,本章重点：,能量方程,空气的物 理参数,能量方程 在矿井中 的应用,第二章 矿井空气流动的基本理论,3郭玉森 教授,本章难点：,能量方程 在矿井中 的应用,第二章 矿井空气流动的基本理论,4郭玉森 教授
2、,4、能量方程在矿井通风中的应用,3、矿井通风中的能量方程,2、风流的能量与压力,1、空气的主要物理参数,本章主要内容,第二章 矿井空气流动的基本理论,5郭玉森 教授,第一节 空气的主要物理参数,焓,湿度,返回本章,粘性,压力 （压强）,第二章 矿井空气流动的基本理论,6郭玉森 教授,一、温度 温度是描述物体冷热状态的物理量。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。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 P
3、a (见P396) mmbar = 100 Pa = 10.2 mmH20,mmHg = 13.6mmH20 = 133.32 Pa,第二章 矿井空气流动的基本理论,返回本节,7郭玉森 教授,三、湿度、绝对湿度、相对湿度、含湿量,第二章 矿井空气流动的基本理论,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度。v=Mv/V 概念：饱和空气 饱和水蒸分压力 饱和湿度,单位体积空气中实际含有的水蒸汽量（V）与其同温度下的饱和水蒸汽含量（S）之比称为空气的相对湿度 V S反映空气中所含水蒸汽量接近饱和的程度。 愈小 空气愈干
4、爆， 为干空气； 愈大 空气愈潮湿， 为饱和空气。 温度下降，其相对湿度增大，冷却到=1时的温度称为露点 露点：将不饱和空气冷却时，随着温度逐渐下降，相对湿度逐渐增大，当达到100时，此时的温度称为露点。,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。d= V d, V= Ps/461T d=(P-Ps)/287T d=0.622 Ps/(P- Ps),返回本节,8郭玉森 教授,四、焓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+diV=1.0045t+d(2501+1.85t)实际应用焓-湿图（I-d),第二章 矿井空气流动的基本理论,返回本
5、节,9郭玉森 教授,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。,第二章 矿井空气流动的基本理论,返回本节,10郭玉森 教授,根据牛顿内摩擦定律有：式中：比例系数，代表空气粘性，称为动力粘性或绝对粘度。其国际单位：帕.秒，写作：Pa.S。运动粘度为： 温度是影响流体粘性主要因素，气体，随温度升高而增大，液体而降低,第二章 矿井空气流动的基本理论,返回本节,11郭玉森 教授,六、密度单位体积空气所具有的质量称为空气的密度， 与P、t、湿度等有关。湿空气密
6、度为干空气密度和水蒸汽密度之和，即：根据气体状态方程，可推出空气密度计算公式：kg/m3 式中：P为大气压，sat为饱和水蒸汽压，单位：Pa；为相对湿度；为空气绝对温度，T= t + 273 , K。,第二章 矿井空气流动的基本理论,返回本节,12郭玉森 教授,式中：P为大气压，sat为饱和水蒸汽压，单位：Pa；为相对湿度；为空气绝对温度，T= t + 273 , K。 kg/m3式中：P为大气压，sat为饱和水蒸汽压，单位：mmHg。注意：和sat 单位一致。 空气比容：=V/M=1/ ,第二章 矿井空气流动的基本理论,返回本节,13郭玉森 教授,第二节 风流的能量与压力,风流点 压力的 测
7、定,风流的 能量与 压力,返回本章,第二章 矿井空气流动的基本理论,14郭玉森 教授,能量与压力是通风工程中两个重要的基本概念，压力可以理解为：单位体积空气所具有的能够对外作功的机械能。,第二章 矿井空气流动的基本理论,15郭玉森 教授,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 （）静压特点 （）压力的两种测算基准（表示方法）,第二章 矿井空气流动的基本理论,返回本节,16郭玉森 教授,三者之间的关系如下式所示：h = P P0,第二章 矿井空气流动的基本理论,返回本节,17郭玉森 教授,Pi 与 hi 比较： I、绝对静压总是为正，而相对静压有正负之分； II、同一断面
8、上各点风流的绝对静压随高度的变化而变化，而相对静压与高度无关。 III、 Pi 可能大于、等于或小于与该点同标高的大气压(P0i)。,第二章 矿井空气流动的基本理论,返回本节,18郭玉森 教授,2、重力位能 （1)重力位能的概念,第二章 矿井空气流动的基本理论,物体在地球重力场中因地球引力的作用，由于位置的不同而具有的一种能量叫重力位能，简称位能，用 EPO 表示。如果把质量为M（kg）的物体从某一基准面提高Z（m），就要对物体克服重力作功M.g.Z（J），物体因而获得同样数量（M.g.Z）的重力位能。即：EPO=M.g.Z 重力位能是一种潜在的能量，它只有通过计算得其大小，而且是一个相对值
9、。实际工作中一般计算位能差。,返回本节,19郭玉森 教授,（）位能计算,第二章 矿井空气流动的基本理论,重力位能的计算应有一个参照基准面。 Ep012= i gdzi 如下图 1两断面之间的位能差：,返回本节,20郭玉森 教授,（3)位能与静压的关系,第二章 矿井空气流动的基本理论,当空气静止时（v=0），由空气静力学可知：各断面的机械能相等。设以2-2断面为基准面：1-1断面的总机械能 E1=EPO1+P12-2断面的总机械能 E2=EPO2+P2由E1=E2得： EPO1+P1=EPO2+P2 由于EPO2=0（2-2断面为基准面），EPO1=12.g.Z12，所以：P2=EPO1+P1=
10、12.g.Z12+P1,说明：、位能与静压能之间可以互相转化。II、在矿井通风中把某点的静压和位能之和称之为势能。,返回本节,21郭玉森 教授,（4）位能的特点,第二章 矿井空气流动的基本理论,a.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。b.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。c.位能和静压可以相互转化，在进行能量转化时遵循能量守恒定律。,返回本节,22郭玉森 教授,3.动能动压 （1)动能与动压的概念（2)动压的计算,第二章 矿井空气流动的基本理论,当空气流动时，除了位能和静压能外，还有空气定向
11、运动的动能，用Ev表示，J/m3；其动能所转化显现的压力叫动压或称速压，用符号hv表示，单位Pa。,单位体积空气所具有的动能为：Evi iV20.5 式中： i I点的空气密度，Kg/m3；vI点的空气流速，m/s。Evi对外所呈现的动压hvi，其值相同。,返回本节,23郭玉森 教授,（3)动压的特点,第二章 矿井空气流动的基本理论,b.动压总是大于零。垂直流动方向的作用面所承受的动压最大（即流动方向上的动压真值）；当作用面与流动方向有夹角时，其感受到的动压值将小于动压真值。,a.只有作定向流动的空气才具有动压，因此动压具有方向性。,c.在同一流动断面上，由于风速分布的不均匀性，各点的风速不相
12、等，所以其动压值不等。d.某断面动压即为该断面平均风速计算值。,返回本节,24郭玉森 教授,（）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。、绝对全压（Pti） Pti PihviB、相对全压（hti） hti hihvi Pti Poi,第二章 矿井空气流动的基本理论,说明：A、相对全压有正负之分；B、无论正压通还是负压通风，PtiPi hti hi。,返回本节,25郭玉森 教授,二、风流的点压力之间相互关系风流的点压力是指测点的单位体积(1m3)空气所具有的压力。通风管道中流动的
13、风流的点压力可分为：静压、动压和全压。风流中任一点i的动压、绝对静压和绝对全压的关系为：hvi=Pti-Pi hvi、hI和hti三者之间的关系为：hti = hi + hvi 。,第二章 矿井空气流动的基本理论,返回本节,26郭玉森 教授,压入式通风（正压通风）：抽出式通风（负压通风）：,第二章 矿井空气流动的基本理论,返回本节,27郭玉森 教授,风流点 压力间 的关系,Pa,真空,P0,Pb,ha(+),hb(-),P0,Pat,hv,hat(+),hv,hbt(-),Pbt,抽出式通风,压入式通风,压入式通风,抽出式通风,第二章 矿井空气流动的基本理论,返回本节,28郭玉森 教授,例题2
14、-2-1 如图压入式通风风筒中某点i的hi=1000Pa，hvi=150Pa，风筒外与i点同标高的P0i=101332Pa，求：(1) i点的绝对静压Pi；(2) i点的相对全压hti；(3) i点的绝对静压Pti。,第二章 矿井空气流动的基本理论,解：(1) Pi=P0i+hi=101332+1000=102332Pa(2) hti=hi+hvi=1000+150=1150Pa(3） Pti=P0i+hti=Pi+hvi=101332.32+1150=Pa,返回本节,29郭玉森 教授,例题2-2-2 如图抽出式通风风筒中某点i的hi=1000Pa，hvi=150Pa，风筒外与i点同标高的P0
15、i=101332Pa，求：(1) i点的绝对静压Pi；(2) i点的相对全压hti；(3) i点的绝对静压Pti。,第二章 矿井空气流动的基本理论,解：(1) Pi=P0i+hi=101332.5-1000=100332Pa(2) |hti| =|hi|hvi 1000-150=850Pahti 850 Pa (3) Pti=P0i+hti=101332.5-850=100482Pa,返回本节,30郭玉森 教授,三、风流点压力的测定 、矿井主要压力测定仪器仪表（）绝对压力测量：空盒气压计、精密气压计、水银气压计等。（）压差及相对压力测量：恒温气压计、“”水柱计、补偿式微压计、倾斜单管压差计。（）感压仪器：皮托管，承受和传递压力，+ - 测压,第二章 矿井空气流动的基本理论,返回本节,31郭玉森 教授,、压力测定 （）绝对压力直接测量读数。 （）相对静压(以如图正压通风为例) （注意连接方法）：,i,第二章 矿井空气流动的基本理论,返回本节,32郭玉森 教授,推导如图 h = hi ?以水柱计的等压面0 0 为基准面，设: i点至基准面的高度为 Z ，胶皮管内的空气平均密度为m，胶皮管外的空气平均密度为m；与i点同标高的大气压P0i。则水柱计等压面 0 0两侧的受力分别为： 水柱计左边等压面上受到的力：P左P+水ghP0i + mg(z-h)+水gh,
