矿井通风第二章

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1、1,通 风 安 全 学 第二章 矿井空气流动的基本理论,2,本章主要内容,第一节 空气主要物理参数一、温度二、压力（压强）三、密度、比容四、粘性五、湿度六、焓 第二节 风流能量与压力一、风流能量与压力二、风流点压力及其相互关系,3,本章主要内容,第三节 通风能量方程一、空气流动连续性方程二、可压缩流体能量方程 第四节 能量方程在矿井通风中的应用 一、水平风道的通风能量（压力）坡度线二、通风系统风流能量（压力）坡度线三、通风系统网络相对压能图和相对等熵静压图,4,本章重点和难点,本章重点： 1、空气的物理参数； 2、风流的能量与点压力； 3、能量方程； 4、能量方程在矿井中的应用。 本章难点：

2、1、点压力之间的关系； 2、能量方程及其在矿井中的应用。,5,第二章 矿井空气流动的基本理论,6,一、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，摄氏温标：T=273.15+t6规定生产矿井采掘工作面的空气温度不得超过26度,机电硐室的温度不得超过30度。,第一节 空气主要物理参数,7,第一节 空气主要物理参数,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。2、压头：如果将密度为 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

3、积为： V = hA m3,8,第一节 空气主要物理参数,根据密度的定义，这时液体的质量为： mass=V =hA kg 液体的重力为：F=hAg N根据压力的定义，有：P=F/A=gh N/m2 or Pa 因此，如果液体的密度已知，h就可代表压力。,9,第一节 空气主要物理参数,3、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 1 mmbar = 100 Pa = 10.2 mmH20 1 mmHg = 13.6mmH20 = 133.32 Pa

4、,10,第一节 空气主要物理参数,三、密度 1、定义：单位体积空气所具有的质量成为空气的密度 =M/V 影响密度大小:温度和压力 湿空气密度: = v+d v-1m3空气中水蒸汽的质量 d-1m3空气中干空气的质量,11,第一节 空气主要物理参数,道尔顿分压定律（也称道尔顿定律）: 在任何容器内的气体混合物中，如果各组分之间不发生化学反应，则每一种气体都均匀地分布在整个容器内，它所产生的压强和它单独占有整个容器时所产生的压强相同。例如:零摄氏度时，1mol 氧气在 22.4L 体积内的压强是 101.3kPa 。如果向容器内加入 1mol 氮气并保持容器体积不变，则氧气的压强还是 101.3k

5、Pa，但容器内的总压强增大一倍。可见， 1mol 氮气在这种状态下产生的压强也是 101.3kPa 。,12,第一节 空气主要物理参数,比容:单位质量空气所占的体积，用符号表示 =V/M=1/ ,13,第一节 空气主要物理参数,四、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。、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度。v=Mv/V,14,第一节 空气主要物理参数,饱和空气：在一定的温度和压力下，单位体积空气所能容纳水蒸汽量是有极限的，超过这一极限值，多

6、余的水蒸汽就会凝结出来。这种含有极限值水蒸汽的湿空气叫饱和空气，这时水蒸气分压力叫饱和水蒸分压力，PS，其所含的水蒸汽量叫饱和湿度，s 。,15,第一节 空气主要物理参数,、相对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。,16,第一节 空气主要物理参数,例如：甲地：t= 1

7、8 ，V0.0107 Kg/m3乙地：t= 30 ，V0.0154 Kg/m3 解：查附表 当t为18，s0.0154 Kg/m3 ， 当t为30，s 0.03037 Kg/m3， 甲地： VS0.7070 %乙地： VS0.5151 %乙地的绝对湿度大于甲地，但甲地的相对湿度大于乙地，故乙地的空气吸湿能力强。上例甲地、乙地的露点分别为多少？,17,第一节 空气主要物理参数,、含湿量含有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。,将 ， 代入得：,18,第一节 空气主要物理参数,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

8、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。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。,19,第一节 空气主要物理参数,运动粘度为：用符号(m2s)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。,20,第二节 风流的能量与压力,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。 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空气的分子无时无刻不在作无秩序的热运动。这种由分子热运动产生的分子动能

9、的一部分转化的能够对外作功的机械能叫静压能，Jm3，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。,21,第二节 风流的能量与压力,（）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，则指风流1m3具有101332J的静压能。,22,第二节 风流的能量与压力,（）压力的两种测算基准（表示方法）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

10、。A、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。B、相对压力：以当时当地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(gauge pressure )，用 h 表示。风流的绝对压力（P）、相对压力（h）和与其对应的大气压（P0）三者之间的关系如下式所示：h = P P0,23,Pi 与 hi 比较：(1) Pi0， hi有正负之分；2) Pi P0i, Pi =P0i, Pi Pi hti hi。,32,第二节 风流的能量与压力,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

11、中流动的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 。,33,第二节 风流的能量与压力,压入式通风（正压通风）：风流中任一点的相对全压恒为正。 Pti and Pi Po i hi ， hti0 且 hti hi ， hti = hi + hvi 压入式通风的实质是使风机出口风流的能量增加，即出口风流的绝对压力大于风机进口的压力。抽出式通风（负压通风）：风流中任一点的相对全压恒为负，对于抽出式通风由于hti 和 hi 为负，实际计算时取其绝对值进行计算。 Pti and Pi Po ihti 0 且 hti hi ，但| hti | |hi|,34,风流点压力间的关系,P0,抽出式通风,压入式通风,压入式通风,抽出式通风,实际应用中，因为负通风风流的相对全压和相对静压均为负值，故在计算过程中取其绝对值进行计算。 | hti| =|hi| hvi 抽出式通风的实质是使风机入口风流的能量降低，即入口风流绝对压力小于风机进口压力。,35,第二节 风流的能量与压力,