《通 风 安 全 学》第二章 矿井空气流动的基本理论1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2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3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：1、点压力之间的关系；2、能量方程及其在矿井中的应用4第二章 矿井空气流动的基 本理论5一、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6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，液体的体积为： V = hA m3 7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8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 Pa9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+dv---1m3空气中水蒸汽的质量d---1m3空气中干空气的质量10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 101.3kPa，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 11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ν表示•ν =V/M=1/ 12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１、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/V13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 14第一节 空气主要物理参数２、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：φ＝ V／ S反映空气中所含水蒸汽量接近饱和的程度。
Φ愈小 空气愈干爆， φ＝０ 为干空气； φ愈大 空气愈潮湿， φ＝１ 为饱和空气温度下降，其相对湿度增大，冷却到φ=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15第一节 空气主要物理参数例如：甲地：t= 18 ℃，V＝0.0107 Kg/m3乙地：t= 30 ℃，V＝0.0154 Kg/m3解：查附表 当t为18℃，s＝0.0154 Kg/m3 ， 当t为30℃，s ＝0.03037 Kg/m3，∴ 甲地： φ＝V／S＝0.70＝70 %乙地： φ＝V／S＝0.51＝51 %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？16第一节 空气主要物理参数３、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：17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：μ－－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 V y18第一节 空气主要物理参数运动粘度为：用符号ν(m2／s)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19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的一部分转化的能够对外作功的机械能 叫静压能，J／m3，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20第二节 风流的能量与压力（２）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21第二节 风流的能量与压力（３）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。
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 － P022aP0Pb真空P0Pahb(+)ha(-)bP0Pi 与 hi 比较：(1) Pi0， hi有正负之分；2) Pi P0i, Pi =P0i, Pi Pi hti＞ hi 31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 32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＞０ ， hti＞0 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 | hR9～10，则：h90 （为负值） 因此，测定扩散器中的相对静值就可判断扩散器的安装是否合理，相对静压的负值越大，其扩散器回收动能的效果越好 84第四节 能量方程在矿井通风中的应用（三）通风机全压（Ht）1、通风机全压的概念通风机的作用：就是将电能转换为风流的机械能，促使风流流动通风机的全压Ht等于通风机出口全压与入口全压之差： Ht = Pt6－Pt5 85第四节 能量方程在矿井通风中的应用2、通风机全压Ht与风道通风阻力、出口动能损失的关系由能量方程和能量（压力）坡度线可以看出：hR6～10 = Pt6－Pt10 ∴ Pt6 = hR6～10＋Pt10，hR0～5 = Pt 0－Pt5 ∴ Pt5 = Pt 0－hR0～5，Ht = Pt6－Pt5 = hR6～10＋Pt10－（Pt 0－hR0～5）=hR6～10＋P0＋hv10－（P0－hR0～5）=hR6～10＋hv10＋hR0～5Ht= hR0～10＋hv10 ∴ 通风机全压是用以克服风道通风阻力和出口动能损失。
86第四节 能量方程在矿井通风中的应用3、通风机静压通风机用于克服风道阻力的那一部分能量叫通风机的静压Hs Hs = hR0～104、通风机全压与静压关系Ht= Hs＋hv10通风机的全压等于通风机的静压和出口动能损失之和87第四节 能量方程在矿井通风中的应用两个特例：a）无正压通风段（6断面直接通大气）通风机全压仍为：Ht = Pt6－Pt5 ∵ Pt5=Pt０－hR０～5 ；Pt6= P0＋hv6∴ Ht= hR０～5＋hv6抽出式通风方式50688第四节 能量方程在矿井通风中的应用b）无负压通风段（５断面直接通大气）∵ Pt6=hR6～10＋Pt10 ，Pt10=P0＋hv10 ；Pt5=P0∴ Ht=hR6～10＋hv10∴ 从上面两种特例验证了，无论通风机作何中工作方式，通风机的全压都是用于克服风道的通风阻力和出口动能损失，通风机的静压用于克服风道的通风阻力 压入式通风方式651089第四节 能量方程在矿井通风中的应用二、通风系统风流能量（压力）坡度线 (一) 通风系统风流能量（压力）坡度线绘制通风系统能量（压力）坡度线(一般用绝对压力)方法 ：布置测点：沿风流流程布设若干测点；测定参数：测出各点的绝对静压、风速、温度、湿度、标 高等参数；计算出各点能量：动压、位能和总能量；绘图：以能量(压力)为纵坐标，以风流流程为横坐标 在坐标图上描出各测点能量(压力) ，将同名参数点用折线连接 起来，即是所要绘制的通风系统风流能量（压力）坡度线。
90第四节 能量方程在矿井通风中的应用有高度变化的风流路线上能量(压力)坡度线的作图步骤：1.确定基准面一般地，以最低水平(如2-3)为基准面2.测算出各断面总压能(包括静压、动压和相对基准面位能)3.选择坐标系和适当的比例以压能为纵坐标，风流流程为横坐标，把各断面的静压、动压和位能描在坐标系中，即得1、2、3、4断面的总能量4.把各断面的同名参数点用折线连接起来，即得1－２－３－４流程上的压力坡度线 １２３４91a0,b0,c0,d0----风流不流动时各断面的总能量； a, b, c, d ----风流流动时各断面的总能量；（除去阻力损失h） a1,b1,c1,d1----风流流动时各断面的绝对全压能；（除去位能） a2,b2,c2,d2----风流流动时各断面的绝对静压能 （除去动能）a1a2b2c2bc dd1d2P0Pa压 能b0c0d0a0eEP01HNHt0134流程(a) (b1)(c1)h12 h23h34h14EP04EP04HN+ HTh14hv4292第四节 能量方程在矿井通风中的应用(二) 矿井通风系统能量（压力）坡度线的分析1。