《矿井空气流动的基础理论.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《矿井空气流动的基础理论.doc（33页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、气象上常用常数地球大地总质量 Ma=5.1361015吨单位截面大气柱质量 =1035克 . 厘米2地球表面积 Se=5.1007 10 8公里2地球陆地面积 S1=1.49 10 8公里2地球海洋面积 SO=3.61 10 8公里2大气中的声速 v =331米 . 秒1（0）344米 . 秒1（20）理想气体容积（标准状况）VO=22.41383 10 3厘米3 . 摩尔1普适气体常数 R*=8.3144110 7 尔格. 摩尔1 . 度1干空气气体常数 Rd=2.870410 6 尔格. 克1 . 度1水汽气体常数 Rv=4.61310 6 尔格. 克1 . 度1干绝热气温直减率 rd=0
2、.976 . （100米）1对流层平均气温直减率 r=0.65 . （100米）1干空气定压比热 Cpd=0.2403卡. 克1 . 度1干空气定容比热 Cvd=0.1715卡. 克1 . 度1干空气粘滞系数 =1.7210 4克. 厘米1 . 秒1干空气密度 Pd=1.292810 3克. 厘米3（标准状况）1.27610 3克. 厘米3（0 ，1000毫巴）干空气热传导率 =5.610 5卡. 秒1 . 度1均质大气高度（标准状况） H=7991米纯水平面上饱和水汽压（0） E。=6.1078毫巴水的三相点温度 T。=0.0076水的比热（15） Cw 1.002卡. 克1. 度1水的表面
3、张力（0） =75.64达因. 厘米1冰的比热 Ci =0.505卡. 克1. 度1水汽定压比热 Cpv=0.445卡. 克1. 度1水汽定容比热 Cvv=0.335卡. 克1. 度1水的蒸发（或水汽凝结）潜热 L。=597.4卡. 克1水的冻结（或冰融解）潜热 Lf=79.72卡. 克1冰升华（或水汽凝华）潜热 Ls=677.12卡. 克1（0）标准大气压强 P。=1013250达因. 厘米2=1013.25毫巴干空气分子量 d =28.966克. 摩尔1水（冰或水汽）分子量 uv=18.016克. 摩尔1第二章 矿井空气流动的基础理论本章的重点：1、空气的物理参数-T、P、；2、风流的能量
4、与点压力-静压，静压能；动压、动能；位能；全压；抽出式和压入式相对静压、相对全压与动压的关系3、能量方程连续性方程；单位质量能量方程、单位体积能量方程4、能量方程在矿井中的应用-边界条件、压力坡度图本章的难点：点压力之间的关系能量方程及其在矿井中的应用主要研究内容：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。第一节 空气的主要物理参数 一、温度 温度是描述
5、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，摄式温标：T=273.15+t 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。P=2/3n(1/2mv2) 2、压头：如果将密度为 r 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 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
6、(见P396) mmbar = 100 Pa = 10.2 mmH20, mmHg = 13.6mmH20 = 133.32 Pa 三、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温度。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。rv=Mv/V 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
7、量叫饱和湿度rs 。 、相对湿度 单位体积空气中实际含有的水蒸汽量（rV）与其同温度下的饱和水蒸汽含量（rS）之比称为空气的相对湿度 rV rS 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。例如：甲地：t = 18 ， rV 0.0107 Kg/m3, 乙地：t = 30 ， rV 0.0154 Kg/m3解：查附表 当t为18 ， rs 0.0154 Kg/m3, , 当t为 30 ， rs 0.03037 Kg/m3, 甲地： rV rS0.7 70 % 乙地： rV rS0.
8、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。 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。 上例 甲地、乙地的露点分别为多少？ 、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。d= rV rd, rV= Ps/461T (水汽气体常数 Rv=4.61310 6 尔格. 克1 . 度1) rd=(P-Ps)/287T(干空气气体常数 Rd=2.870410 6 尔格. 克1 . 度1)d=0.622 Ps/(P- Ps)井下空气湿度的变化规律进风线路有可能出现冬干夏湿的
9、现象。进风井巷有淋水的情况除外。在采掘工作面和回风线路上，气温长年不变，湿度也长年不变，一般都接近100，随着矿井排出的污风，每昼夜可从矿井内带走数吨甚至上百吨的地下水。进风路线回风路线采掘工作面湿度夏冬 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) 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。V y 根据牛顿内摩擦定律有：运动粘度为：
10、m2/s 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。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。 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。 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：n=V/M=1/ r七、 矿内空气
11、的热力变化过程 矿井空气热力学和自然风压计算等课题都要求对井下空气的状态变化给予具体分析。 1)等容过程在比容保持不变的情况下所进行的热力变化过程。当v=常数，由气体状态方程可知： 等容过程是v不变而绝对压力和绝对温度成正比变化的过程。因v不变，即dv=0，则Pdv=0,热力学第一定律得：在这个过程中，空气不对外做功，空气所吸收或放出的热量等于内能的增加或减少。 因 不变，空气密度也不变，则通风常用的积分式的变化(即压能变化)为：2)等压过程 当P=常数时，则v/T=R/P=常数。表明等压过程是P不变而v和T成正比变化的过程。对外界作功为：热量变化为： 在此过程中，空气所吸收或放出的热量等于空
12、气焓的增加或减少。因 不变，压能变化为：3)等温过程 当T=常数时，则 表明等温过程是T不变而P和v成反比变化的过程。因P=RT/v ,则对外作功为：因T不变，内能u不变，故热量变化为：在此过程中，空气从外界获得的热量，等于空气对外界作出的功；或者说空气向外界放出的热量，等于空气从外界获得的功。因： 故压能变化为：4) 绝热过程 绝热过程是空气和外界没有热量交换的情况下dp=0，所进行的膨胀或压缩的过程，空气的T、v都发生变化，而且变化规律很复杂。分析得出：在此过程中空气对外界作出的功等于空气内能的减少；空气从外界获得的功等于空气内能的增加。其状态变化规律为： 式中：k绝热指数，对于空气， k =1.41则压能变化为：5)多变过程 这是多种变化过程，这个过程的状态变化规律为：PVn=常数 n多变指数，不同的n值决定不同的状态变化规律，描述不同的变化过程； 例如当n=0时，P=常数，表示等压过程； n=1时，Pv=常数，表示等温过程； n=K时，Pvk=常数，表示绝热过程； n=时，v =常数，表示等容过程。 则压能变化为：6)实际气体的状态方程 实验证明：只有在低压下，气体的性质才近似符合理想气体状态方程式，在高压低温下，任何气体对此方程都出现明显的偏差，而且压力愈大，偏离愈多。实际气体的这种偏离，通常采用与RT的比
