第2章矿内气动力学基础

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1、 安全工程学院安全工程学院矿井通风与安全 Mine Ventilation and Safety中国矿业大学多媒体教学课件祈绪闻躲试源役拆涪佛肺珐扑粗消说贫链现烧碳铸款灭娇捎脐鲸慑窘贺葬第2章矿内气动力学基础第2章矿内气动力学基础1第第2章章 矿内空气动力学基础矿内空气动力学基础中国矿业大学多媒体教学课件意奢否曹拒掉牟体只固江赎伊僻咐滑净瘁佛饰湖而赏扑败浸剿惧彬橡积沥第2章矿内气动力学基础第2章矿内气动力学基础2上一章内容上一章内容第第1章章 矿内空气矿内空气1.1 1.1 矿内空气成分及其基本性质矿内空气成分及其基本性质1.2 1.2 矿内空气的主要物理参数矿内空气的主要物理参数1.3 1.

2、3 矿井气候矿井气候舰亩玻努设防皱的汐敝谆削张删岔坊骗芹掷魁扯咀孩谓推舶振堡关监慷差第2章矿内气动力学基础第2章矿内气动力学基础3上一章内容上一章内容学习目标学习目标1、矿内空气的主要成分、矿内空气的主要成分2、井下常见的有害气体、井下常见的有害气体3、矿内空气的主要物理参数、矿内空气的主要物理参数4、矿井的气候条件，矿内空气的温度、湿度，、矿井的气候条件，矿内空气的温度、湿度，风速，矿内气候参数的测定。风速，矿内气候参数的测定。重点与难点重点与难点1、矿内空气主要成分及其性质矿内空气主要成分及其性质2、井下常见的有害气体、来源及最高允许浓度、井下常见的有害气体、来源及最高允许浓度 3、矿井的

3、气候条件（温度、湿度，风速）、矿井的气候条件（温度、湿度，风速）砌晤笛朗挺描粘述闪寝危戒吃棵便锐队傲壶洞鬃馏净偿张堡善灿匹唾郸愧第2章矿内气动力学基础第2章矿内气动力学基础4第第2章章 矿内空气动力学基础矿内空气动力学基础 根根据据能能量量平平衡衡及及转转换换定定律律，结结合合矿矿井井风风流流的的特特点点，分分析析矿矿井井风风流流任任一一断断面面上上的的机机械械能能和和风风流流沿沿井井巷巷运运动动的的能能量量变变化化规规律律及及其其应应用用，为为以后章节提供理论基础。以后章节提供理论基础。卖印靶并晚旬遥刑秤扫簿阶压跋华涡正下丑凭樊掸虞仑面嚏唯寨平惰闹剔第2章矿内气动力学基础第2章矿内气动力学基

4、础5第第2章章 矿内空气动力学基础矿内空气动力学基础 2.1 流体的概念流体的概念 2.2 风流能量与能量方程风流能量与能量方程 2.3 风流压力及压力坡度风流压力及压力坡度 鄂拒闻淹惯闯蓉雕妮益桂户聋词椒傅价欺舷鹰萤追狐又懈遏渝暇燃胳慌二第2章矿内气动力学基础第2章矿内气动力学基础6学习目标、重点与难点学习目标、重点与难点学习目标学习目标学习目标学习目标1 1 1 1、流体的概念、流体的概念、流体的概念、流体的概念2 2 2 2、风流能量与能量方程、风流能量与能量方程、风流能量与能量方程、风流能量与能量方程3 3 3 3、风流压力及压力坡度、风流压力及压力坡度、风流压力及压力坡度、风流压力及

5、压力坡度重点与难点重点与难点重点与难点重点与难点1 1 1 1、点压力之间的关系、点压力之间的关系、点压力之间的关系、点压力之间的关系2 2 2 2、能量方程及其在矿井中的应用、能量方程及其在矿井中的应用、能量方程及其在矿井中的应用、能量方程及其在矿井中的应用擦蛤顾敬志喻陡滩星霸尽万草详天汹老耙磷劲狙纤贰准驱蜘疟互攘胸守谋第2章矿内气动力学基础第2章矿内气动力学基础72.1 流体的概念流体的概念流流体体是是一一种种受受任任何何微微小小剪剪切切力力作作用用时时都都能能连连续续变变形形的的物质。流体可分为液体和气体。物质。流体可分为液体和气体。气气体体的的分分子子分分布布比比液液体体分分子子相相距

6、距大大约约10103 3倍倍。气气体体的的分分子子距距很很大大，分分子子间间的的吸吸引引力力很很小小，总总是是充充满满它它所所能能够达到的全部空间。够达到的全部空间。液液体体的的分分子子距距较较小小，分分子子间间的的吸吸引引力力较较大大，液液体体的的流流动性不如气体。动性不如气体。此此外外，一一定定质质量量的的液液体体具具有有一一定定的的体体积积，并并取取容容器器的的形状，但不像气体那样能够充满全部空间。形状，但不像气体那样能够充满全部空间。腮絮冗跟窃讯黎榨秉旱宋简教躯央昔恫甭康淳涟斥谴备私董狈蝇生飘掣措第2章矿内气动力学基础第2章矿内气动力学基础8流体具有流动性，两层流体以一定速度作相对运动

7、时，在两层的交界面上就要产生内摩擦力，这种内摩擦力阻碍各层的流动。流体中的内摩擦力又叫粘滞力，决定它的因素很复杂，因此就造成了研究液体运动时的很大困难，为简化问题，假定在流体运动中并无内摩擦力的存在。一般来说，流体是可以压缩的，当压力改变时其体积就要改变，因而密度也随之必变。这也增加了研究问题时的复杂性，为此，又假定流体是不可压缩的。既没有内摩擦又没有压缩性的流体，叫做理想流体。真实流体都是有粘性的，在研究过程中，首先以理想流体代替真实流体，以便清晰揭示流体主要运动特性；然后，再根据需要考虑粘性的影响。因此，理想流体是为便于解决实际问题对真实流体作的一种抽象。晰扯妥熟饮弦口滑懒挥绍姻荐褪墅钩布

8、哲淀莫陕户侣挞仕替种董嘲灶掖鄂第2章矿内气动力学基础第2章矿内气动力学基础92.2 风流能量与能量方程风流能量与能量方程 2.2.1 风流能量风流能量 2.2.2 不可压缩流体的能量方程不可压缩流体的能量方程 2.2.3 可压缩风流能量方程可压缩风流能量方程 2.2.4 关于能量方程使用的几点说明关于能量方程使用的几点说明拓芦宿鬃巡雍倦满蜂铣瓜瓜措劈俞股改襟于健芦蚤术渭厅森龙识钧尊础汰第2章矿内气动力学基础第2章矿内气动力学基础102.2 风流能量与能量方程风流能量与能量方程2.2.1 风流能量风流能量矿井通风是典型的稳定流，风流沿着一维的巷道连续矿井通风是典型的稳定流，风流沿着一维的巷道连续

9、的流动。在这个流动中涉及到了能量的转移和消耗。的流动。在这个流动中涉及到了能量的转移和消耗。能量的改变是我们计算风量和通风压力等通风工程中能量的改变是我们计算风量和通风压力等通风工程中重要参数的基础。重要参数的基础。在井巷中，任一断面上的能量（机械能）都由位能、在井巷中，任一断面上的能量（机械能）都由位能、压能和动能三部分组成。压能和动能三部分组成。假设从风流中任取一质量为假设从风流中任取一质量为m，速度为，速度为u，相对高度，相对高度为为Z，大气压为，大气压为P的控制体。现在用外力对该控制体的控制体。现在用外力对该控制体做多少功来衡量这三种机械能的大小。做多少功来衡量这三种机械能的大小。仗昌

10、伦仓筷同翘训肮瑚搏案太镊仁犹狸训央循鸳无赣婶甸荫戊筹蚂毫伯争第2章矿内气动力学基础第2章矿内气动力学基础112.2.1 风流能量风流能量1 1、位能（势能）、位能（势能）物体在地球重力场中因受地球引力的作用，由于相对物体在地球重力场中因受地球引力的作用，由于相对位置不同而具有的一种能量叫重力位能，简称位能，位置不同而具有的一种能量叫重力位能，简称位能，用用Ep0Ep0表示。表示。当向上移动到高于基点当向上移动到高于基点 Z Z（m m）时，做的功为）时，做的功为 ，J J这就给出了物体在这就给出了物体在Z Z高度上的位能。高度上的位能。侍薯吟寨披颤匣姨秋叶衰诧勇猪秋郎逼晰华栋酗舀探撮晰犀熊劫李

11、招汁柒第2章矿内气动力学基础第2章矿内气动力学基础122.2.1 风流能量风流能量2、静压能（流动功）、静压能（流动功）由分子热运动产生的分子动能的一部分转化过来的能由分子热运动产生的分子动能的一部分转化过来的能量，并且能够对外做功的机械能叫静压能，量，并且能够对外做功的机械能叫静压能，(Ep)。如下图所示，有一两端开口的水平管道，断面积为如下图所示，有一两端开口的水平管道，断面积为A，在其中放入体积为，在其中放入体积为V，质量为，质量为m的单元流体的单元流体, 使其使其从左向右流动，即使不考虑磨擦阻力，由于管道中存从左向右流动，即使不考虑磨擦阻力，由于管道中存在压力在压力P，单元体的运动就会

12、有阻力，因此必须施加，单元体的运动就会有阻力，因此必须施加一个力一个力F克服这个阻力，单元体才会运动。克服这个阻力，单元体才会运动。当该力使单元体移动一段距离当该力使单元体移动一段距离s后，就做了功。后，就做了功。栖耘啮锻殊礼伏簇钩避被惹舶磐哆膏喊末垮候暇卢刮郎汤荤殆驶毖剂踞件第2章矿内气动力学基础第2章矿内气动力学基础132、静压能（流动功）、静压能（流动功）为平衡管道内的压力，施加的力为为平衡管道内的压力，施加的力为 F=PA ， N做的功为做的功为 ， J又又AS是流体的体积是流体的体积V，所以，所以根据密度的定义根据密度的定义 =m/V 或者或者 V=m/ 则对该单元体做的流动功为则对

13、该单元体做的流动功为 或者或者 ，（ J/kg） （2-7）当流体在管道中连续流动时，压力就必须对流体连续当流体在管道中连续流动时，压力就必须对流体连续做功做功, 此时的压力就称为压能，所做的功为流动功。此时的压力就称为压能，所做的功为流动功。上式就是单位质量流体的静压能表达式。上式就是单位质量流体的静压能表达式。缅牵拢感毡唁型坟潍物刻强亩豺丽莫巴上优纵甸续躇抡芥歉酝娶豆亩至长第2章矿内气动力学基础第2章矿内气动力学基础142.2.1 风流能量风流能量3 3、动能、动能当空气流动时，除了位能和静压能外，还有空当空气流动时，除了位能和静压能外，还有空气定向运动的动能，用气定向运动的动能，用 表示

14、。如果我们表示。如果我们对一个质量为对一个质量为m m的物体施加大小为的物体施加大小为F F的外力，使的外力，使其从静止以加速度其从静止以加速度a a做匀加速运动，在做匀加速运动，在t t时刻速时刻速度达到度达到u u，外力对其做的功为：，外力对其做的功为：这就是质量为这就是质量为 m m 的物体所具有的动能的物体所具有的动能淑汤厌嗣胆腾瘦怪涡培几对役桔溢剃髓郝弓剔倍答牺拘柄绿腥腿瓢麓涧媚第2章矿内气动力学基础第2章矿内气动力学基础152.2 风流能量与能量方程风流能量与能量方程2.2.2 不可压缩流体的能量方程不可压缩流体的能量方程能量方程表达了空气在流动过程中的压能、动能量方程表达了空气在

15、流动过程中的压能、动能和位能的变化规律，是能量守恒的转换定律能和位能的变化规律，是能量守恒的转换定律在矿井通风中的应用。在矿井通风中的应用。假设空气不可压缩，则在井下巷道内流动空气假设空气不可压缩，则在井下巷道内流动空气的任意断面，它的总能量都等于动能、位能和的任意断面，它的总能量都等于动能、位能和静压能之和。静压能之和。诀挣矿桔象扫蠢象猴趋还止别惜恃见玩灭菜疮瑞锁限环控障弥唱诌以澈止第2章矿内气动力学基础第2章矿内气动力学基础16现有空气在一巷道内流动，考虑到在任意两点现有空气在一巷道内流动，考虑到在任意两点间的能量变化，如图所示。间的能量变化，如图所示。内能的变化是非常小的，忽略不计，又因

16、为外内能的变化是非常小的，忽略不计，又因为外加的机械能通常单独考虑，撇开这些因素，在加的机械能通常单独考虑，撇开这些因素，在图中图中1点的总能量等于点的总能量等于2点的总能量与点的总能量与12之之间损失的能量之和，如果用间损失的能量之和，如果用U1和和U2分别表示分别表示1点和点和2点的总能量，点的总能量，h1-2表示表示1点到点到2点的能量点的能量损失，则有下式：损失，则有下式：荤瞻壁寸骂越往庇尼墓考际苍简伪不掖作诅博衅诫谣锻掀佛斩埂料聪桓缀第2章矿内气动力学基础第2章矿内气动力学基础172.2 风流能量与能量方程风流能量与能量方程又又 ，所以可以得出：所以可以得出： （2-2-1）如果我们

17、认为空气是不可压缩的，此时有：如果我们认为空气是不可压缩的，此时有：所以（所以（2-2-1）式变为：）式变为： （2-2-2）这里的这里的 是是 动能，动能， Zg是位能，是位能， 是流动功（静压能），是流动功（静压能），h1-2是能量损失。如果在方程两边同乘以是能量损失。如果在方程两边同乘以，那么（，那么（2-2-2）式变为：）式变为：这就是不可压缩单位质量流体常规的伯努力方程表达式。这就是不可压缩单位质量流体常规的伯努力方程表达式。单位体积24单位质量歌硝碟玉性赚鹿盂罢盛薪晴威醒暂慷管咖桩炎略忌狭穴风委柠铬筏懂得寨第2章矿内气动力学基础第2章矿内气动力学基础182.2 风流能量与能量方程风

18、流能量与能量方程关于能量方程使用的几点说明关于能量方程使用的几点说明从能量方程的推导过程可知，方程是在一定的条件下从能量方程的推导过程可知，方程是在一定的条件下导出的，并对它做了适当的简化。因此，在应用能量导出的，并对它做了适当的简化。因此，在应用能量方程时应根据矿井的实际条件，正确理解能量方程中方程时应根据矿井的实际条件，正确理解能量方程中各参数的物理意义，灵活应用。各参数的物理意义，灵活应用。(1) (1) 能量方程的意义是，表示能量方程的意义是，表示1 kg(1 kg(或或1 m3)1 m3)空气由空气由1 1断面流向断面流向2 2断面的过程中所消耗的能量断面的过程中所消耗的能量( (通

19、风阻力通风阻力) )等等于流经于流经1 1、2 2断面间空气总机械能断面间空气总机械能( (静压能、动压能和静压能、动压能和位能位能) )的变化量。的变化量。(2) (2) 风流流动必须是稳定流，即断面上的参数不随时风流流动必须是稳定流，即断面上的参数不随时间的变化而变化；所研究的始、末断面要选在缓变流间的变化而变化；所研究的始、末断面要选在缓变流场上。场上。堕燥绎神泰乒桩制舵桨佣毯老愈邹俩劝唬痢嘎傣寥历豫抽酌遍瑚曹滥轴窑第2章矿内气动力学基础第2章矿内气动力学基础19(3) (3) 风流总是从总能量风流总是从总能量( (机械能机械能) )大的地方流向总能量大的地方流向总能量小的地方。在判断风

20、流方向时，应用始末两断面上的小的地方。在判断风流方向时，应用始末两断面上的总能量来进行，而不能只看其中的某一项。如不知风总能量来进行，而不能只看其中的某一项。如不知风流方向，列能量方程时，应先假设风流方向，如果计流方向，列能量方程时，应先假设风流方向，如果计算出的能量损失算出的能量损失( (通风阻力通风阻力) )为正，说明风流方向假设为正，说明风流方向假设正确；如果为负，则风流方向假设错误。正确；如果为负，则风流方向假设错误。(4) (4) 正确选择基准面。正确选择基准面。(5) (5) 在始、末断面间有压源时，压源的作用方向与风在始、末断面间有压源时，压源的作用方向与风流的方向一致，压源为正

21、，说明压源对风流做功；如流的方向一致，压源为正，说明压源对风流做功；如果两者方向相反，压源为负，则压源成为通风阻力。果两者方向相反，压源为负，则压源成为通风阻力。雍天哨慷连褒韭辈萝像皮藤塔危奈抽错晰叙挂枯儡溪锚熄忧京攫片摧伊贴第2章矿内气动力学基础第2章矿内气动力学基础20(6) (6) 单位质量或单位体积流量的能量方程只适用单位质量或单位体积流量的能量方程只适用1 1、2 2断面间流量不变的条件，对于流动过程中有流量变化断面间流量不变的条件，对于流动过程中有流量变化的情况，应按总能量的守恒与转换定律列方程。如图的情况，应按总能量的守恒与转换定律列方程。如图2-2-32-2-3所示的情况，当所

22、示的情况，当 时：时：(7) (7) 应用能量方程时要注意各项单位的一致性。应用能量方程时要注意各项单位的一致性。倍矣迁聚抗馒权匈倪菏揉溃流酷唾胜瘴钦郭拟谈癌仁刮佳党澈铰叙赤肃雨第2章矿内气动力学基础第2章矿内气动力学基础212.3 风流压力及压力坡度风流压力及压力坡度2.3.1 压力的基本概念压力的基本概念2.3.2 风流点压力及其相互关系风流点压力及其相互关系2.3.3 压力坡度压力坡度鞘赚酶局对搪煽馈缩镜猛者斗团绎挨痉貌联哀对痹披滔俩诅监棘睦指命叹第2章矿内气动力学基础第2章矿内气动力学基础222.3.1 压力的基本概念压力的基本概念空气受到重力作用空气受到重力作用,而且空气能流动而且空

23、气能流动,因此空气因此空气内部向各个方向都有压强（单位面积上的压力）内部向各个方向都有压强（单位面积上的压力）,这个压强在矿井通风中习惯称为压力，也称为这个压强在矿井通风中习惯称为压力，也称为静压，用符号静压，用符号P表示。表示。它是空气分子热运动对器壁碰撞的宏观表现。它是空气分子热运动对器壁碰撞的宏观表现。其大小取决于在重力场中的位置其大小取决于在重力场中的位置(相对高度相对高度)、空气温度、湿度空气温度、湿度(相对湿度相对湿度)和气体成分等参数。和气体成分等参数。凄侥淫许躺际扦妹旁栓琼帽赡优亲擦忧精槛可维膝恨镊沸霸企绥钒屯采巩第2章矿内气动力学基础第2章矿内气动力学基础23由于无数个空气分

24、子作无规则的热运动，不断地与器由于无数个空气分子作无规则的热运动，不断地与器壁壁(或井壁或巷道壁或井壁或巷道壁)相碰撞，平均起来对任何方向的相碰撞，平均起来对任何方向的撞击次数是相等的，故器壁各面上所受的压力也是相撞击次数是相等的，故器壁各面上所受的压力也是相等的，即各向同值。等的，即各向同值。根据上面的分析，空气的压力可用下式表示：根据上面的分析，空气的压力可用下式表示：式中式中 n单位体积内的空气分子数；单位体积内的空气分子数； 分子平移运动的平均动能。分子平移运动的平均动能。上式阐述了气体压力的本质。上式阐述了气体压力的本质。播弧彬凶坊却站稿才馒肠萨讹万埃低埋瓮冲说翟瘁胯捎亲荧鱼窿谅汛殆

25、漂第2章矿内气动力学基础第2章矿内气动力学基础24空气压力大小就表示单位体积空气所具有的机械能量的大小。空气压力大小就表示单位体积空气所具有的机械能量的大小。空气压力的大小可以用仪表测定。空气压力的大小可以用仪表测定。压力的单位为压力的单位为Pa (帕斯卡，帕斯卡，1 Pa1 N/m2) 。在地球引力场中的大气由于受分子热运动和地球重力场引力的在地球引力场中的大气由于受分子热运动和地球重力场引力的综合作用，空气的压力在不同标高处其大小是不同的；也就是综合作用，空气的压力在不同标高处其大小是不同的；也就是说空气压力还是位置的函数，它服从玻耳兹曼分布规律：说空气压力还是位置的函数，它服从玻耳兹曼分

26、布规律： （见（见P26） (式中，式中， 为空气的摩尔质量，为空气的摩尔质量，28.97 kg/kmol；g为重力加速为重力加速度，度，m/s2；z为海拔高度，为海拔高度，m，海平面以上为正，反之为负；，海平面以上为正，反之为负；R0为通用气体常数；为通用气体常数；T为空气的绝对温度，为空气的绝对温度，K；P0为海平面处为海平面处的大气压，的大气压，Pa)。淡通沛柿谈弦主排反簧担晴灵卞油创柞鸥爸嘴沼寇增毖兴蚌十艾毗书跳赂第2章矿内气动力学基础第2章矿内气动力学基础252.3.2 风流点压力及其相互关系风流点压力及其相互关系1、风流点压力、风流点压力风流的点压力是指在井巷和通风管道风流中某个点

27、的风流的点压力是指在井巷和通风管道风流中某个点的压力，就其形成的特征来说，可分为静压、动压和全压力，就其形成的特征来说，可分为静压、动压和全压压(风流中某一点的静压和动压之和称为全压风流中某一点的静压和动压之和称为全压)。根据压力的两种计算基准，某点根据压力的两种计算基准，某点i的静压又分为绝对的静压又分为绝对静压静压(Pi)和相对静压（和相对静压（hi）同理，全压也可分绝对全压同理，全压也可分绝对全压(Pti)和相对全压（和相对全压（hti）。）。钧票誓避豆妓笔轧尹辅茄息疼园扶苛虞式忱红履拷品嚏规权腐岂酚陇麦凉第2章矿内气动力学基础第2章矿内气动力学基础26在图在图2-3-1的通风管道中，的

28、通风管道中，a图为压入式通风，在压入式通风时，图为压入式通风，在压入式通风时，风筒中任一点风筒中任一点i的相对全压恒为正值，所以称之为正压通风的相对全压恒为正值，所以称之为正压通风b图为抽出式通风，在抽出式通风时，除风筒的风流入口断面图为抽出式通风，在抽出式通风时，除风筒的风流入口断面的相对全压为零外，风筒内任一点的相对全压为零外，风筒内任一点i的相对全压恒为负值，故的相对全压恒为负值，故又称为负压通风。又称为负压通风。在风筒中，断面上的风速分布是不均匀的，一般中心风速大，在风筒中，断面上的风速分布是不均匀的，一般中心风速大，随距中心距离增大而减小。因此，在断面上相对全压是变化的。随距中心距离

29、增大而减小。因此，在断面上相对全压是变化的。吨拧考扣故觅牲岩脱允鲁骑涨挞源怠钞寐兢笛财说扇弥董背阿销般颤锹挞第2章矿内气动力学基础第2章矿内气动力学基础27无论是压入式还是抽出式，其绝对全压均可用下式表示：无论是压入式还是抽出式，其绝对全压均可用下式表示： （2-3-2）式中式中 Pti风流中风流中i点的绝对全压，点的绝对全压，Pa； Pi风流中风流中i点的绝对静压，点的绝对静压，Pa； hvi风流中风流中i点动压，点动压，Pa。由于由于hvi 0，故由（，故由（2-3-2）可得，风流中任一点（无论是压入式还是抽出）可得，风流中任一点（无论是压入式还是抽出式）的绝对全压恒大于其绝对静压：式）的

30、绝对全压恒大于其绝对静压： （2-3-3）风流中任一点的相对全压为：风流中任一点的相对全压为： （2-3-4）式中式中 P0i当时当地与风道中当时当地与风道中i点同标高的大气压，点同标高的大气压，Pa。在压入式风道中（在压入式风道中（ ） 在抽出式风道中（在抽出式风道中（ ） 枷奈猛垛科睛睦费援译儿拽狙睫职珍诉辕浴测至汹慑拎脑菜啮崖纳迭笛偷第2章矿内气动力学基础第2章矿内气动力学基础28由此可见，风流中任一点的相对全压有正负之分，它由此可见，风流中任一点的相对全压有正负之分，它与通风方式有关。与通风方式有关。而对于风流中任一点的相对静压，其正负不仅与通风而对于风流中任一点的相对静压，其正负不仅

31、与通风方式有关，还与风流流经的管道断面变化有关。方式有关，还与风流流经的管道断面变化有关。在抽出式通风中其相对静压总是小于零在抽出式通风中其相对静压总是小于零(负值负值)；在压入式通风中，一般情况下，其相对静压是大于零在压入式通风中，一般情况下，其相对静压是大于零(正值正值)，但在一些特殊的地点其相对静压可能出现小，但在一些特殊的地点其相对静压可能出现小于零于零(负值负值)的情况，如在通风机出口的扩散器中的相的情况，如在通风机出口的扩散器中的相对静压一般应为负值，对此在学习中应给予注意。对静压一般应为负值，对此在学习中应给予注意。螺攫昆撒舶蓄的鳞尺等惩戈姓赏营扑蓉叠矩禾寨苛尝腑孜油窘逮磷瘪拉丙

32、第2章矿内气动力学基础第2章矿内气动力学基础292、风流点压力的测定、风流点压力的测定测定风流点压力的常用仪器是压差计和皮托管。测定风流点压力的常用仪器是压差计和皮托管。 压差计是度量压力差或相对压力的仪器。在矿井通压差计是度量压力差或相对压力的仪器。在矿井通风中测定较大压差时，常用风中测定较大压差时，常用U型水柱计；测值较小或型水柱计；测值较小或要求测定精度较高时，则用各种倾斜压差计或补偿式要求测定精度较高时，则用各种倾斜压差计或补偿式微压计；现在，一些先进的电子微压计正在进入通风微压计；现在，一些先进的电子微压计正在进入通风测定中。测定中。让赣股何类鸣丑遂窖妹辅辰卯脐破察等弯嗅诱骨层斜哉拥

33、聂蔬我货波椅浴第2章矿内气动力学基础第2章矿内气动力学基础30皮托管是一种测压管，它是承受和传递压力的工具。皮托管是一种测压管，它是承受和传递压力的工具。它由两个同心管（一般为圆形）组成，其结构如图它由两个同心管（一般为圆形）组成，其结构如图2-3-2所示。尖端孔口所示。尖端孔口a与标着（十）号的接头相通，侧与标着（十）号的接头相通，侧壁小孔壁小孔b与标着（一）号的接头相通。与标着（一）号的接头相通。柔羞迭宗洒奠澳媒埂恿颖堤蚀瘤身髓忙抄痉厉跪烘批啮黎羊侵瞪怕傍农办第2章矿内气动力学基础第2章矿内气动力学基础31下面以图下面以图2-3-3所示的抽出式通风风筒中所示的抽出式通风风筒中i点的相对静点

34、的相对静压测定为例，说明风流点压力的测定原理。压测定为例，说明风流点压力的测定原理。其测定的布置如图其测定的布置如图2-3-3所示，皮托管的（一）接头所示，皮托管的（一）接头用胶皮管连在用胶皮管连在U型水柱计上，水柱计的压差为型水柱计上，水柱计的压差为h。以。以水柱计的等压面水柱计的等压面0-0为基准面。设为基准面。设i点至基准面的高度点至基准面的高度为为z，胶皮管内的空气平均密度为，胶皮管外的空气，胶皮管内的空气平均密度为，胶皮管外的空气平均密度为；与平均密度为；与i点同标高的大气压。点同标高的大气压。鼓践涣政躯础云浙艘抿诸饿者恰瓜凯姨寞芍骚叙卉卢漠兰耿券哑钙摆硒惟第2章矿内气动力学基础第2

35、章矿内气动力学基础32则水柱计等压面则水柱计等压面0-0两侧的受力分别为：两侧的受力分别为： 水柱计左边等压面上受到的力：水柱计左边等压面上受到的力：水柱计右边等压面上受到的力：水柱计右边等压面上受到的力：由等压面的定义得：由等压面的定义得：设设 ，且忽略，且忽略 这一微小量，经整理得：这一微小量，经整理得：由此可见，这样测定的由此可见，这样测定的h值就是值就是i点的相对静压。试问在测定中，点的相对静压。试问在测定中，水柱计的放置位置是否对测值水柱计的放置位置是否对测值h有影响，请考虑。有影响，请考虑。驱妒雨铂尤爆乓蚂端蛆耗赔色辗脾剪吵蔡支狠宫幢翠裔沾陆巾汛滤虚扬企第2章矿内气动力学基础第2章

36、矿内气动力学基础333、风流点压力的相互关系、风流点压力的相互关系由上面讨论可知，风流中任一点由上面讨论可知，风流中任一点i的动压、绝对静压和绝对全的动压、绝对静压和绝对全压的关系为：压的关系为： （2-3-5）hti、hi和和hvi三者之间的关系为：三者之间的关系为： （2-3-6）由式（由式（2-3-5）可知。无论是压入式还是抽出式通风，任一点）可知。无论是压入式还是抽出式通风，任一点风流的相对全压总是等于相对静压与动压的代数和。风流的相对全压总是等于相对静压与动压的代数和。对于抽出式通风，式（对于抽出式通风，式（2-3-5）可以写成：）可以写成： （2-3-7）在实际应用中，习惯取、的绝

37、对值，则：在实际应用中，习惯取、的绝对值，则： ； （2-3-8）疮绷漫穴跟汰郝趋垢宦啤藕攫把和衅品产艘根灸磁淬摘音抛懦极辱棕准唁第2章矿内气动力学基础第2章矿内气动力学基础34全压全压 = 静压静压 + 动压动压相对全压相对全压=相对静压相对静压 + 动压动压绝对全压绝对全压= 绝对静压绝对静压 +动压动压绝对静压绝对静压=相对静压相对静压+大气压大气压诬烈支佩扇笼忠洽筐趁椎桔贮判苏姓昆钡溶你宜敢瞎宾冤瓷钝灰活掐牛报第2章矿内气动力学基础第2章矿内气动力学基础35图图2-3-4清楚地表示出不同通风方式时，风流中某点各种压力清楚地表示出不同通风方式时，风流中某点各种压力之间的相互关系。之间的相

38、互关系。悼啤惠瑰甭妆盈遁增拭值颐赠进刨枝排龟爹械熟票府甘橇抬侍硒麓沉唤飞第2章矿内气动力学基础第2章矿内气动力学基础36例例 如图如图2-3-1中压入式通风风筒中某点中压入式通风风筒中某点i的的hi1000 Pa，hvi150 Pa，风筒外与，风筒外与i点同标高的点同标高的P0i= 101332 Pa，求：，求：（1）i点的绝对静压点的绝对静压Pi；（2）i点的相对全压点的相对全压hti ；（3）i点的绝对全压点的绝对全压Pti 。解解 （1） Pa （2） Pa （3） Pa励裳耘柠词摊殊店王匠郁扩染靳宜粤全渭你懦谚执哇鸿步扰筑蒲挠淤舱催第2章矿内气动力学基础第2章矿内气动力学基础37例例

39、如图如图2-3-1中抽出式通风风筒中某点中抽出式通风风筒中某点i的的hi1000 Pa，hvi150 Pa，风筒外与，风筒外与i点同标高的点同标高的P0i= 101332 Pa，求：，求：（1）i点的绝对静压点的绝对静压Pi；（2）i点的相对全压点的相对全压hti ；（3）i点的绝对全压点的绝对全压Pti 。解解 （1） Pa （2） Pa （3） Pa拿旁择虎井粳沾浸仓釉岩口乒吸轩祷杉伺炽殉摆绊墒蔷孵畔收瑶主总尘干第2章矿内气动力学基础第2章矿内气动力学基础382.3 风流压力及压力坡度风流压力及压力坡度2.3.3 压力坡度压力坡度通风压力坡度线是对能量方程的图形描述。从图形上通风压力坡度线

40、是对能量方程的图形描述。从图形上比较直观地反映了空气在流动过程中压力沿程的变化比较直观地反映了空气在流动过程中压力沿程的变化规律、通风压力和通风阻力之间的相互关系以及相互规律、通风压力和通风阻力之间的相互关系以及相互转换。正确理解和掌握通风压力坡度线，将有助于加转换。正确理解和掌握通风压力坡度线，将有助于加深对能量方程的理解。通风压力坡度线是通风管理和深对能量方程的理解。通风压力坡度线是通风管理和均压防灭火的有力工具。均压防灭火的有力工具。狱婆乌砸唐却堤孪园允唤电稠凑哟局宅镭丝踪雪卷怕弯雏导帧肿鸯见牧尚第2章矿内气动力学基础第2章矿内气动力学基础392.3.3 压力坡度压力坡度1、压入式通风系

41、统、压入式通风系统某压入式通风系统如图某压入式通风系统如图2-3-5所示。所示。由能量方程得：由能量方程得： （2-3-9）式中式中 Hs=P1-P2为通风机在风硐中所造成的相对静压，为通风机在风硐中所造成的相对静压，P0为地表大气压，为地表大气压，Pa；HN自然风压，自然风压，Pa由于通风机入口外由于通风机入口外P0，其风速等于，其风速等于0，当忽略这段巷道的阻力，当忽略这段巷道的阻力不计时，其能量方程式为：不计时，其能量方程式为： （2-3-10） Hf通风机全压，通风机全压，Pa。裴扒训曝咏缠僚闯墓骤掖歪漳双磋撇彦醉纸识排浴饶双戈谭胞吕志滤攀颅第2章矿内气动力学基础第2章矿内气动力学基础

42、40通风机的全压等于通风机在风硐中所造成的静压（即为通风机通风机的全压等于通风机在风硐中所造成的静压（即为通风机的静压）与动压之和。将式（的静压）与动压之和。将式（2-3-10）代入式（）代入式（2-3-9）得：）得：此式表明，通风机全压与自然风压共同作用，克服了矿井阻力，此式表明，通风机全压与自然风压共同作用，克服了矿井阻力，并在出风井口造成动压损失。通风机压力与矿井阻力的关系，并在出风井口造成动压损失。通风机压力与矿井阻力的关系，压力坡度如图压力坡度如图2-3-7所示。所示。哀密柠粤提诺闹脂仕霄枯醛箩蜡瘫淬控凶蛀隙妆牺壁闷烛踪沤甭屡讹畦稍第2章矿内气动力学基础第2章矿内气动力学基础412、

43、抽出式通风系统、抽出式通风系统某抽出式通风系统如图某抽出式通风系统如图2-3-8所示。所示。对对1、2两断面列能量方程得：两断面列能量方程得： （2-3-12）此式表明，抽出式通风时，通风机在风硐中所造成的静压（绝对值）与自此式表明，抽出式通风时，通风机在风硐中所造成的静压（绝对值）与自然风压共同作用，克服矿井通风阻力，并在风硐中造成动压损失。为了分然风压共同作用，克服矿井通风阻力，并在风硐中造成动压损失。为了分析通风机全压与通风阻力的关系，需要列出由通风机入口析通风机全压与通风阻力的关系，需要列出由通风机入口2到扩散塔出口到扩散塔出口3的能量方程式。的能量方程式。 （2-3-13）将（将（2

44、-3-12）、（）、（2-3-13）两式合并，可得：）两式合并，可得： （2-3-14） 汪炽抗沟清柑煎痴酥恿崩厄哼愚训霜臻轰箕帖菩始威倍滚嘻努雌投铃咀磕第2章矿内气动力学基础第2章矿内气动力学基础42此式说明，抽出式通风机的全压与自然风压共同作用，此式说明，抽出式通风机的全压与自然风压共同作用，克服矿井通风阻力，并在通风机扩散塔出口，造成动克服矿井通风阻力，并在通风机扩散塔出口，造成动压损失。在通风技术上，利用良好的扩散器，降低通压损失。在通风技术上，利用良好的扩散器，降低通风机出口的动压损失，对提高通风机的效率很有实际风机出口的动压损失，对提高通风机的效率很有实际意义。意义。当不考虑自然风

45、压时，在通风机的全压中，用于克服当不考虑自然风压时，在通风机的全压中，用于克服矿井阻力矿井阻力h1、2那一部分，常称为通风机有效静压，那一部分，常称为通风机有效静压，以以Hs表示。表示。萝瞧肪殊纺谁峭届晾凛手搁峦洗吩厨溉伶蒜亿吐押跳蜘锁峨辱倔李这潘幂第2章矿内气动力学基础第2章矿内气动力学基础43当不考虑自然风压时，在通风机的全压中，用于克服矿井阻力当不考虑自然风压时，在通风机的全压中，用于克服矿井阻力h1、2那一部分，常称为通风机有效静压，以那一部分，常称为通风机有效静压，以Hs表示。表示。上式说明，在抽出式通风时，通风机的有效静压，等于通风机上式说明，在抽出式通风时，通风机的有效静压，等于

46、通风机在风硐中所造成的静压与风硐中风流动压之差，或者等于通风在风硐中所造成的静压与风硐中风流动压之差，或者等于通风机的全压与扩散塔出口动压之差。抽出式通风时的压力分布如机的全压与扩散塔出口动压之差。抽出式通风时的压力分布如图图2-3-9所示。所示。抽出式通风系统压力坡度抽出式通风系统压力坡度杯庞履会养弦蓑祷蛇励铃旗黍爪掐赛岛黑孪务权蹿街恬朝瘁妒战擎邑慷雕第2章矿内气动力学基础第2章矿内气动力学基础443 3、抽压结合式通风系统、抽压结合式通风系统当井下某采区通风阻力过大，辅助通风机安装在井下当井下某采区通风阻力过大，辅助通风机安装在井下时，在辅助通风机前后都有一段风路，通风机前段为时，在辅助通

47、风机前后都有一段风路，通风机前段为抽出式，通风机出口端为压入式。为讨论问题简便，抽出式，通风机出口端为压入式。为讨论问题简便，不考虑地面主通风机情况，如图不考虑地面主通风机情况，如图2-3-102-3-10所示。所示。碱科纫协灾悸腮陋淡智喻嗅晋变杀缕止恍犊怪近县抵溯洪粮轰智颁策毛娩第2章矿内气动力学基础第2章矿内气动力学基础45列出断面列出断面1、2的能量方程式：的能量方程式：由于由于 即通风机的全压等于通风机的静压。即通风机的全压等于通风机的静压。列出断面列出断面a到通风机吸风口断面到通风机吸风口断面1之间的能量方程式：之间的能量方程式：式中式中 风流由风流由a断面流到断面流到1断面的通风阻

48、力。断面的通风阻力。由于入风井口由于入风井口 所以得：所以得： （2-3-16） 出懒甥灶悠橱刀砰浩买偷刀霍乃鹤车莽枚读准眼掘丧洪都廓受罪伪茶绿平第2章矿内气动力学基础第2章矿内气动力学基础46 （2-3-16） 再列通风机出风口断面再列通风机出风口断面2到排风井口断面到排风井口断面b之间的能量方程式之间的能量方程式（考虑到（考虑到 ） （2-3-17） 将（将（2-3-16）、（）、（2-3-17）两式相加，并已知（井口处地表大）两式相加，并已知（井口处地表大气压力），则可得：气压力），则可得：式中式中 ,表明，当通风机安装在井下时，全压与自然风压之和，用于克表明，当通风机安装在井下时，全压

49、与自然风压之和，用于克服入风侧与排风侧阻力之和，并在出风井口造成动压损失。服入风侧与排风侧阻力之和，并在出风井口造成动压损失。简璃途撒喇矮一歉儒畸伏起操慢欢夷宝砰却瘪讼搜润蔽庆朵汾戳钾篆役缺第2章矿内气动力学基础第2章矿内气动力学基础47通风机安装在井下时，其压力分布如图通风机安装在井下时，其压力分布如图2-11。卉搽晚汕躺横互钩屈课箔甘粘垄隔拽已更卸烷舵扮缴哺倦企府窗鳞矣桔疙第2章矿内气动力学基础第2章矿内气动力学基础48综上所述，无论压入式、抽出式或通风机安装在井下，综上所述，无论压入式、抽出式或通风机安装在井下，用于克服矿井通风阻力和造成出风井口动压损失的通用于克服矿井通风阻力和造成出风

50、井口动压损失的通风动力，均为通风机的全压与自然风压之总和，在这风动力，均为通风机的全压与自然风压之总和，在这一点上是共同的。一点上是共同的。因此，不能认为，通风方式不同，或安装地点不同，因此，不能认为，通风方式不同，或安装地点不同，对通风机能量的有效利用，会产生多大的影响。值得对通风机能量的有效利用，会产生多大的影响。值得注意的是，无论何种通风方式，或安装地点有何不同，注意的是，无论何种通风方式，或安装地点有何不同，降低出风井口风流的动压损失，对节省通风机的能量，降低出风井口风流的动压损失，对节省通风机的能量，都是非常必要的。都是非常必要的。敛虚迅苛观伎此承档是浆义捆懦敬猎糯集然阔来守殃昌穆垃

51、蛛戮僵鹃滩注第2章矿内气动力学基础第2章矿内气动力学基础49小结小结本章根据能量平衡及转换定律，结合矿井风流的特点，本章根据能量平衡及转换定律，结合矿井风流的特点，讨论了空气在流动过程中所具有的能量（压力）及其讨论了空气在流动过程中所具有的能量（压力）及其能量的变化。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，分析矿井风流任一断面上的机械井风流流动的特点，分析矿井风流任一断面上的机械能和风流沿井巷运动的能量变化规律及其应用，为以能和风流沿井巷运动的能量变化规律及其应用，为以后章节提供理论基础。后章节提供理论基础。幕眠贡蔚薄否够甩饰蜂唁哺更冤祥娟百挣目橙瑰痹灼欣淑毡筷诫父凉哼梁第2章矿内气动力学基础第2章矿内气动力学基础50下一章内容下一章内容第第3章章 矿井通风阻力矿井通风阻力 3.1 风流的流动状态风流的流动状态 3.2 摩擦阻力摩擦阻力 3.3 局部阻力局部阻力 3.4 通风阻力定律和特性通风阻力定律和特性 3.5 通风阻力测量通风阻力测量善眼疥瓶篱毛恃弘底粒巡慷寒斯翼墩婚载浅罪汾诬坏淬综脆谷了摆境唇伦第2章矿内气动力学基础第2章矿内气动力学基础51