矿井通风与安全通风部分第二章矿井空气流动的基本理论

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1、 主要研究内容：矿井空气沿井巷流动过程中宏观力主要研究内容：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（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。井通风中的应用

2、。第二章第二章 矿井空气流动的基本理论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 1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本章重点：本章重点：能量方程能量方程空气的物空气的物理参数理参数风流的风流的能量与能量与点压力点压力能量方程能量方程在矿井中在矿井中的应用的应用第二章 矿井空气流动的基本理论 2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本章难点：本章难点：点压力之点压力之间的关系间的关系能量方程能量方程在矿井中在矿井中的应用的应用第二章 矿井空气流动的基本理论 3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4 4、能量方程在矿井通风中的应用、

3、能量方程在矿井通风中的应用 3 3、矿井通风中的能量方程、矿井通风中的能量方程 2 2、风流的能量与压力风流的能量与压力1 1、空气的主要物理参数空气的主要物理参数本章主要内容本章主要内容第二章 矿井空气流动的基本理论 4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第一节第一节 空气的主要物理参数空气的主要物理参数焓焓湿度湿度温度温度返回本章返回本章粘性粘性压力压力（压强）（压强）密度密度第二章 矿井空气流动的基本理论 5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一、温度一、温度 温度是描述物体冷热状态的物理量。温度是描述物体冷热状态的物理量。二、压力（压强）二、压力（压

4、强） 空气的压力也称为空气的静压，用符号空气的压力也称为空气的静压，用符号P P表表示。压强在矿井通风中习惯称为压力。示。压强在矿井通风中习惯称为压力。 矿井常用压强单位：矿井常用压强单位：Pa Mpa mmHg mmH20 mmbar bar Pa Mpa mmHg mmH20 mmbar bar atm atm 等。等。 换算关系：换算关系：1 atm = 760 mmHg = 1013.25 mmbar = 1 atm = 760 mmHg = 1013.25 mmbar = 101325 Pa 101325 Pa ( (见见P396) P396) mmbar = 100 Pa = 10

5、.2 mmH20,mmbar = 100 Pa = 10.2 mmH20, mmHg = 13.6mmH20 = 133.32 PammHg = 13.6mmH20 = 133.32 Pa第二章 矿井空气流动的基本理论 返回本节返回本节6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 三、湿度三、湿度 、绝对湿度、绝对湿度 、相对湿度、相对湿度 、含湿量、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（湿度。其单位与密度单位相同（Kg/ m3Kg/ m3），其值等于），其值等于水蒸汽在

6、其分压力与温度下的密度。水蒸汽在其分压力与温度下的密度。 v=Mv/Vv=Mv/V概念：概念：饱和空气饱和空气 饱和水蒸分压力饱和水蒸分压力 饱和湿度饱和湿度 单位体积空气中实际含有的水蒸汽量（单位体积空气中实际含有的水蒸汽量（ V V）与其同温度下）与其同温度下的饱和水蒸汽含量（的饱和水蒸汽含量（ S S）之比称为空气的相对湿度）之比称为空气的相对湿度 V V S S 反映空气中所含水蒸汽量接近饱和的程度。反映空气中所含水蒸汽量接近饱和的程度。愈小愈小 空气愈干爆，空气愈干爆， 为干空气；为干空气；愈大愈大 空气愈潮湿，空气愈潮湿， 为饱和空气。为饱和空气。温度下降，其相对湿度增大，冷却到温

7、度下降，其相对湿度增大，冷却到=1=1时的温度称为露点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，当达到渐增大，当达到100100时，此时的温度称为露点。时，此时的温度称为露点。 含有含有1kg1kg干空气的湿空气中所含水蒸汽的质量（干空气的湿空气中所含水蒸汽的质量（kgkg）称为空气的含湿量。称为空气的含湿量。d= d= V V d, d, V= Ps/461T V= Ps/461T d=(P-Ps)/287T d=0.622 Ps/(P- Ps)d=(P-Ps)/287T d=0.622 Ps/(P-

8、Ps)返回本节返回本节7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 四、焓四、焓 焓是一个复合的状态参数，它是内能焓是一个复合的状态参数，它是内能u u和压力功和压力功PVPV之和，之和，焓也称热焓。焓也称热焓。i=id+diV=1.0045t+d(2501+1.85t)i=id+diV=1.0045t+d(2501+1.85t) 实际应用焓实际应用焓- -湿图（湿图（I-d)I-d)第二章 矿井空气流动的基本理论 返回本节返回本节8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五、粘性五、粘性 流体抵抗剪切力的性质。当流体层间发生相对运动时，流体抵抗剪切力的性质。当流体层

9、间发生相对运动时，在流体内部两个流体层的接触面上，便产生粘性阻力在流体内部两个流体层的接触面上，便产生粘性阻力( (内摩内摩擦力擦力) )以阻止相对运动，流体具有的这一性质，称作流体的以阻止相对运动，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。粘性。其大小主要取决于温度。V y第二章 矿井空气流动的基本理论 返回本节返回本节9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根据牛顿内摩擦定律有：根据牛顿内摩擦定律有： 式中：式中：比例系数，代表空气粘性，称为比例系数，代表空气粘性，称为动力粘性动力粘性或或绝对绝对粘度粘度。其国际单位：帕。其国际单位：帕. .秒，写作：秒，写

10、作：Pa.SPa.S。 运动粘度为：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，温度是影响流体粘性主要因素，气体，随温度升高而增大，液体而降低液体而降低 第二章 矿井空气流动的基本理论 返回本节返回本节10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 六、密度六、密度 单位体积空气所具有的质量称为空气的密度，单位体积空气所具有的质量称为空气的密度， 与与P P、t 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，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：即： 根据气体状态方程，可推出空气密度计算公式：根据气体状态方程，可推出空气密度计算公式

11、： kg/m kg/m3 3 式中：式中：P P为大气压，为大气压，satsat为饱和水蒸汽压，单位：为饱和水蒸汽压，单位：PaPa； 为相对湿度；为空气绝对温度，为相对湿度；为空气绝对温度，T= t + 273 , KT= t + 273 , K。第二章 矿井空气流动的基本理论 返回本节返回本节11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式中：式中：P P为大气压，为大气压，satsat为饱和水蒸汽压，单位：为饱和水蒸汽压，单位：PaPa； 为相对湿度；为空气绝对温度，为相对湿度；为空气绝对温度，T= t + 273 , KT= t + 273 , K。 kg/m kg/m3

12、3 式中：式中：P P为大气压，为大气压，satsat为饱和水蒸汽压，单位：为饱和水蒸汽压，单位：mmHgmmHg。 注意：注意：和和sat sat 单位一致。单位一致。 空气比容空气比容： =V/M=1/ =V/M=1/ 第二章 矿井空气流动的基本理论 返回本节返回本节12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第二节第二节 风流的能量与压力风流的能量与压力风流点风流点压力的压力的测定测定风流的风流的能量与能量与压力压力风流的风流的点压力之间点压力之间相互关系相互关系返回本章返回本章第二章 矿井空气流动的基本理论 13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 能量

13、与压力是通风工程中两个重要的基本概念，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。械能。第二章 矿井空气流动的基本理论 14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一、风流的能量与压力一、风流的能量与压力1.1.静压能静压静压能静压（1 1）静压能与静压的概念）静压能与静压的概念（）静压特点（）静压特点（）压力的两种测算基准（表示方法）（）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 返回本节返回本节15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

14、三者之间的关系如下式所示：三者之间的关系如下式所示：h = P h = P P P0 0abPa真空P0Pbha(+)hb(-)P0第二章 矿井空气流动的基本理论 返回本节返回本节16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P Pi i 与与 h hi i 比较：比较：I I、绝对静压总是为正，而相对静压有、绝对静压总是为正，而相对静压有正负正负之分；之分；IIII、同一断面上各点风流的绝对静压随高度的变化而变化，、同一断面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。而相对静压与高度无关。IIIIII、 P Pi i 可能大于、等于或小于与该点同标高的大气压可能

15、大于、等于或小于与该点同标高的大气压(P(P0i0i) )。第二章 矿井空气流动的基本理论 返回本节返回本节17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2 2、重力位能、重力位能（1)1)重力位能的概念重力位能的概念 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具有的一种能量叫重力位能重力位能，简称位能，用，简称位能，用 EPOEPO 表示。表示。 如果把质量为如果把质量为M M（kgkg）的物体从某一基准面提高）的物体从某一基准面提高Z Z（m m），），就要对物体克服重

16、力作功就要对物体克服重力作功M.g.ZM.g.Z（J J），物体因而获得同样数量），物体因而获得同样数量（M.g.ZM.g.Z）的重力位能。即：）的重力位能。即：EPO=M.g.Z 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，重力位能是一种潜在的能量，它只有通过计算得其大小，而且是一个而且是一个相对值相对值 。实际工作中一般计算位能差。实际工作中一般计算位能差。返回本节返回本节18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（）位能计算（）位能计算dzi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重力位能的计算应有一个参照基准面参照基准面。 Ep0

17、12= Ep012= i gdzii gdzi如下图如下图 1 1两断面之间的位能差：两断面之间的位能差：返回本节返回本节19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（3)3)位能与静压的关系位能与静压的关系dzi第二章 矿井空气流动的基本理论 当空气静止时（当空气静止时（v=0v=0），），由空气静力学可知：各断面的机械由空气静力学可知：各断面的机械能相等。设以能相等。设以2-22-2断面为基准面：断面为基准面： 1-1 1-1断面的总机械能断面的总机械能 E1=EPO1+P1 E1=EPO1+P1 2-2 2-2断面的总机械能断面的总机械能 E2=EPO2+P2 E2=EPO

18、2+P2 由由E1=E2E1=E2得：得： EPO1+P1=EPO2+P2 EPO1+P1=EPO2+P2 由于由于EPO2=0EPO2=0（2-22-2断面为基准面），断面为基准面），EPO1=EPO1= 12.g.Z1212.g.Z12， 所以：所以：P2=EPO1+P1=P2=EPO1+P1= 12.g.Z12+P1 12.g.Z12+P1 说明：说明：、位能与静压能之间可以互相转化。、位能与静压能之间可以互相转化。 IIII、在矿井通风中把某点的静压和位能之和称之为、在矿井通风中把某点的静压和位能之和称之为势势能能。返回本节返回本节20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

19、理论（4 4）位能的特点）位能的特点 第二章 矿井空气流动的基本理论 a. 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。化而变化。但位能差为定值。 b. 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。现压力，故不能象静压那样用仪表进行直接测量。 c. 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。定律。返回本节返回本节21矿井通风与安

20、全课件通风部分第二章矿井空气流动的基本理论3.3.动能动压动能动压（1)1)动能与动压的概念动能与动压的概念 （2)2)动压的计算动压的计算第二章 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，用向运动的动能，用EvEv表示，表示，J/m3J/m3；其动能所转化显现；其动能所转化显现的压力叫的压力叫动压动压或称或称速压速压，用符号，用符号hvhv表示，单位表示，单位PaPa。 单位体积空气所具有的动能为：单位体积空气所具有的动能为：Evi Evi i iV20.5V20.5 式中：式中： i i I I点的空气密度

21、，点的空气密度，Kg/m3Kg/m3； v vI I点的空气流速，点的空气流速，m/sm/s。 EviEvi对外所呈现的动压对外所呈现的动压hvihvi，其值相同。，其值相同。返回本节返回本节22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（3)3)动压的特点动压的特点第二章 矿井空气流动的基本理论 b.b.动压总是大于零。垂直流动方向的作用面所承受的动动压总是大于零。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。方向有夹角时，其感受到的动压值将小于动压真值。

22、a.a.只有作定向流动的空气才具有动压，因此动压具有只有作定向流动的空气才具有动压，因此动压具有方向性。方向性。 c. c.在同一流动断面上，由于风速分布的不均匀性，在同一流动断面上，由于风速分布的不均匀性，各点的风速不相等，所以其动压值不等。各点的风速不相等，所以其动压值不等。d.d.某断面动某断面动压即为该断面平均风速计算值。压即为该断面平均风速计算值。返回本节返回本节23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（）全压（）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压，两者之和称之为该点风

23、流的全压全压，即：，即：全压静压全压静压动压动压。 由于静压有绝对和相对之分，故全压也有由于静压有绝对和相对之分，故全压也有绝对和相对绝对和相对之之分。分。 、绝对全压（、绝对全压（P Ptiti） P Ptiti P Pi ih hvivi B B、相对全压（、相对全压（h htiti） h htiti h hi ih hvivi P Ptiti P Poioi 第二章 矿井空气流动的基本理论 说明说明：A A、相对全压有正负之分；、相对全压有正负之分； B B、无论正压通还是负压通风，、无论正压通还是负压通风，PtiPi htiPtiPi hti hi hi。返回本节返回本节24矿井通风与

24、安全课件通风部分第二章矿井空气流动的基本理论二、风流的点压力之间相互关系二、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风流的点压力是指测点的单位体积(1m(1m3 3) )空气所具有的压力。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：通风管道中流动的风流的点压力可分为：静压、动压和全静压、动压和全压。压。 风风流流中中任任一一点点i i的的动动压压、绝绝对对静静压压和和绝绝对对全全压压的的关关系系为为：h hvivi=P=Ptiti-P-Pi i h hvivi、h hI I和和h htiti三者之间的关系为：三者之间的关系为：h hti ti = h= hi i +

25、h+ hvivi 。第二章 矿井空气流动的基本理论 返回本节返回本节25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压入式通风（正压通风）压入式通风（正压通风）：抽出式通风（负压通风）：抽出式通风（负压通风）：第二章 矿井空气流动的基本理论 返回本节返回本节26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风流点风流点压力间压力间的关系的关系abPa真空真空P0Pbha(+)hb(-)P0Pathvhat(+)hvhbt(-)Pbt抽出式通风抽出式通风压入式通风压入式通风压入式通风压入式通风抽出式通风抽出式通风第二章 矿井空气流动的基本理论 返回本节返回本节27矿井通风与安全

26、课件通风部分第二章矿井空气流动的基本理论例例题题2-2-1 2-2-1 如如图图压压入入式式通通风风风风筒筒中中某某点点i i的的hi=1000Pahi=1000Pa，hvi=150Pahvi=150Pa，风筒外与，风筒外与i i点同标高的点同标高的P0i=101332PaP0i=101332Pa，求：，求： (1) i(1) i点的绝对静压点的绝对静压P Pi i； (2) i (2) i点的相对全压点的相对全压h htiti； (3) i (3) i点的绝对静压点的绝对静压P Ptiti。第二章 矿井空气流动的基本理论 解：解：(1) Pi=P0i+hi=101332+1000=10233

27、2Pa(1) Pi=P0i+hi=101332+1000=102332Pa (2) hti=hi+hvi=1000+150=1150Pa (2) hti=hi+hvi=1000+150=1150Pa (3 (3） Pti=P0i+hti=Pi+hvi=101332.32+1150=Pa Pti=P0i+hti=Pi+hvi=101332.32+1150=Pa返回本节返回本节28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例例题题2-2-2 2-2-2 如如图图抽抽出出式式通通风风风风筒筒中中某某点点i i的的h hi i=1000Pa=1000Pa，h hvivi=150Pa=150

28、Pa，风筒外与，风筒外与i i点同标高的点同标高的P P0i0i=101332Pa=101332Pa，求：，求： (1) i(1) i点的绝对静压点的绝对静压P Pi i； (2) i (2) i点的相对全压点的相对全压h htiti； (3) i (3) i点的绝对静压点的绝对静压P Ptiti。第二章 矿井空气流动的基本理论 解：解：(1) Pi=P0i+hi=101332.5-1000=100332Pa(1) Pi=P0i+hi=101332.5-1000=100332Pa (2) |hti| =|hi| (2) |hti| =|hi|hvi hvi 1000-150=850Pa1000

29、-150=850Pa hti hti 850 Pa 850 Pa (3) Pti=P0i+hti=101332.5-850=100482Pa (3) Pti=P0i+hti=101332.5-850=100482Pa 返回本节返回本节29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三、风流点压力的测定三、风流点压力的测定、矿井主要压力测定仪器仪表、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（）绝对压力测量：空盒气压计、精密气压计、水银气压计等。压计等。 （）压差及相对压力测量：恒温气压计、（）压差及相对压力测量：恒温气压计、“”水柱计、水柱计、补偿式微

30、压计、倾斜单管压差计。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，（）感压仪器：皮托管，承受和传递压力，+ - + - 测压测压第二章 矿井空气流动的基本理论 返回本节返回本节30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、压力测定、压力测定（）绝对压力直接测量读数。（）绝对压力直接测量读数。（）相对静压（）相对静压( (以如图正压通风为例以如图正压通风为例) ) （注意连接方法）：（注意连接方法）：hP0izP0 i第二章 矿井空气流动的基本理论 返回本节返回本节31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推导如图推导如图 h = hh =

31、 hi i ? ? 以水柱计的等压面以水柱计的等压面0 0 0 0 为基准面，为基准面， 设设: : i i点至基准面的高度为点至基准面的高度为 Z Z ，胶皮管内的空气平均密，胶皮管内的空气平均密度为度为m m，胶皮管外的空气平均密度为，胶皮管外的空气平均密度为m m；与；与i i点同标高点同标高的大气压的大气压P P0i0i。 则水柱计等压面则水柱计等压面 0 0 00两侧的受力分别为：两侧的受力分别为：水水柱柱计计左左边边等等压压面面上上受受到到的的力力：P P左左P P+水水ghghP P0i 0i + + m mg(z-h)+g(z-h)+水水ghgh第二章 矿井空气流动的基本理论

32、返回本节返回本节32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：P P右右 P Pi i+m mgzgz 由等压面的定义有：由等压面的定义有： P P左左 P P右右 ，即：，即： P P0i0i+mg(z-h)+ +mg(z-h)+ 水水ghgh P P0i0i+m mgzgz若若 m m m m 有有： 水水 m m第二章 矿井空气流动的基本理论 返回本节返回本节33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 对于负压通风的情况请自行推导（注意连接方法）：对于负压通风的情况请自行推导（注意连接方法）：说明：（说明

33、：（I I）水柱计上下移动时，）水柱计上下移动时，h hi i 保持不变；保持不变； （IIII）在风筒同一断面上、下移动皮托管，水柱计读）在风筒同一断面上、下移动皮托管，水柱计读 数不变，说明同一断面上数不变，说明同一断面上 h hi i 相同。相同。z zP P0 i0 ih h0 00 0第二章 矿井空气流动的基本理论 返回本节返回本节34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（）相对全压、动压测量（）相对全压、动压测量 测定连接如图（测定连接如图（说明连接方法及水柱高度变化说明连接方法及水柱高度变化）z zP P0 i0 ih ht th hi ih hv v第二章 矿

34、井空气流动的基本理论 返回本节返回本节35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作业v2-1 2-3 2-42-1 2-3 2-4v另外作业另外作业v测得风筒内某点测得风筒内某点i i相对压力相对压力v如图所示，求动压，并判断如图所示，求动压，并判断v通风方式通风方式zP0 i150hv第二章 矿井空气流动的基本理论 返回本节返回本节36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空气流空气流动连续动连续性方程性方程可压缩可压缩流体的能流体的能量方程量方程第三节第三节 矿井通风中的能量方程矿井通风中的能量方程返回本章返回本章第二章 矿井空气流动的基本理论 37矿井通风

35、与安全课件通风部分第二章矿井空气流动的基本理论 当空气在井巷中流动时，将会受到通风阻力的作用，当空气在井巷中流动时，将会受到通风阻力的作用，消耗其能量；为保证空气连续不断地流动，就必需有通风消耗其能量；为保证空气连续不断地流动，就必需有通风动力对空气作功，使得通风阻力和通风动力相平衡。动力对空气作功，使得通风阻力和通风动力相平衡。第二章 矿井空气流动的基本理论 38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第三节第三节 矿井通风中的能量方程矿井通风中的能量方程 当空气在井巷中流动时，将会受到通风阻力的作用，消耗其能量；当空气在井巷中流动时，将会受到通风阻力的作用，消耗其能量；为保证

36、空气连续不断地流动，就必需有通风动力对空气作功，使为保证空气连续不断地流动，就必需有通风动力对空气作功，使得通风阻力和通风动力相平衡。得通风阻力和通风动力相平衡。一、空气流动连续性方程一、空气流动连续性方程 在矿井巷道中流动的风流是连续不断的介质，充满它所流经的空在矿井巷道中流动的风流是连续不断的介质，充满它所流经的空间。在间。在无点源或点汇无点源或点汇存在时，存在时，根据质量守恒定律根据质量守恒定律：对于稳定流，：对于稳定流，流入某空间的流体质量必然等于流出其的流体质量。流入某空间的流体质量必然等于流出其的流体质量。 如图井巷中风流从如图井巷中风流从1 1断面流向断面流向2 2 断面，作定常

37、流动时，有：断面，作定常流动时，有： Mi=constMi=const V V1 1 S S1 1 V V S S 、2 2 1 1、2 2断面上空气的平均密度，断面上空气的平均密度，kg/mkg/m3 3 ； V V1 1, ,，V V2 21 1、2 2 断面上空气的平均流速，断面上空气的平均流速，m/sm/s；S S1 1、S S2 2 1 1、断面面积，、断面面积，m m2 2。 第二章 矿井空气流动的基本理论 39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二、可压缩流体的能量方程二、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、动能和位能的变能量方程表达了空气

38、在流动过程中的压能、动能和位能的变化规律，是能量守恒和转换定律在矿井通风中的应用。化规律，是能量守恒和转换定律在矿井通风中的应用。（一）、单位质量（一）、单位质量(1kg)(1kg)流量的能量方程流量的能量方程 在井巷通风中，在井巷通风中，风流的能量风流的能量由由机械能机械能（静压能、动压能、位静压能、动压能、位能能）和内能组成。和内能组成。第二章 矿井空气流动的基本理论 返回本节返回本节40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常用常用1kg1kg空气或空气或1m1m3 3空气所具有的能量表示。空气所具有的能量表示。 机械能：机械能：静压能、动压能和位能之和。静压能、动压能和

39、位能之和。 内能：内能：风流内部所具有的风流内部所具有的分子内动能分子内动能与与分子位能分子位能之和。之和。空气的内能是空气状态参数的函数，即：空气的内能是空气状态参数的函数，即：u = fu = f（ T T，P P）。能量分析）。能量分析z1z200p1、v1、u1p2、v2、u2qLRqR第二章 矿井空气流动的基本理论 返回本节返回本节41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 任一断面风流总机械能：压能动能位能任一断面风流总机械能：压能动能位能任一断面风流总能量：压能动能位能内能，任一断面风流总能量：压能动能位能内能，所以，对单位质量流体有：所以，对单位质量流体有：第二

40、章 矿井空气流动的基本理论 返回本节返回本节42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假设：假设：1kg1kg空气由空气由1 1 断面流至断面流至2 2 断面的过程中，断面的过程中， L LR R（J/kgJ/kg）：克服流动阻力消耗的能量；）：克服流动阻力消耗的能量； q qR R（J/kgJ/kg）：）：L LR R 部分转化的热量部分转化的热量( (这部分被消耗的能这部分被消耗的能量将转化成热能仍存在于空气中）；量将转化成热能仍存在于空气中）； q q（J/kgJ/kg）：外界传递给风流的热量（岩石、机电设备等）：外界传递给风流的热量（岩石、机电设备等）。 根据能量守恒定

41、律：根据能量守恒定律：第二章 矿井空气流动的基本理论 返回本节返回本节43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 根据热力学第一定律，传给空气的热量（根据热力学第一定律，传给空气的热量（q qR R+q+q），），一部分用于增加空气的内能，一部分使一部分用于增加空气的内能，一部分使空气膨胀对外空气膨胀对外作功，即：作功，即：第二章 矿井空气流动的基本理论 返回本节返回本节44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式中：式中：v v为空气的比容，为空气的比容，m m3 3/kg/kg。又因为：又因为：上述三式整理得：上述三式整理得：即为：即为：单位质量可压缩空气在

42、无压源的井巷中流动时能单位质量可压缩空气在无压源的井巷中流动时能量方程的一般形式。量方程的一般形式。第二章 矿井空气流动的基本理论 返回本节返回本节45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式中式中 称为伯努力积分项，它反映了称为伯努力积分项，它反映了风流从风流从1 1断面流至断面流至2 2断面的过程中的静压能变化，它与断面的过程中的静压能变化，它与空气流动过程的状态密切相关。对于不同的状态过程，空气流动过程的状态密切相关。对于不同的状态过程，其积分结果是不同的。其积分结果是不同的。第二章 矿井空气流动的基本理论 返回本节返回本节46矿井通风与安全课件通风部分第二章矿井空气流动

43、的基本理论对于多变过程，过程指数为对于多变过程，过程指数为 n n ，对伯努利积分进行积分计算，对伯努利积分进行积分计算，可得到：可得到：单位质量可压缩空气在无压源的井巷中流动时能量单位质量可压缩空气在无压源的井巷中流动时能量方程可写成如下一般形式。方程可写成如下一般形式。其中过程指数其中过程指数n n按下式计算：按下式计算：有压源有压源 L Lt t 在时，单位质量可压缩空气井巷中流动时能量方程在时，单位质量可压缩空气井巷中流动时能量方程可写成如下一般形式。可写成如下一般形式。第二章 矿井空气流动的基本理论 返回本节返回本节47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令令式中式

44、中 m m表示表示1 1，2 2断面间按状态过程考虑的空气平均断面间按状态过程考虑的空气平均密度，得密度，得则单位质量流量的能量方程式又可写为则单位质量流量的能量方程式又可写为第二章 矿井空气流动的基本理论 返回本节返回本节48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（二）、单位体积（二）、单位体积(1m(1m3 3) )流量的能量方程流量的能量方程我国矿井通风中习惯使用单位体积（我国矿井通风中习惯使用单位体积（1m1m3 3）流体的能量方程。）流体的能量方程。在考虑空气的可压缩性时，那么在考虑空气的可压缩性时，那么1m1m3 3 空气流动过程中的能空气流动过程中的能量损失（量损

45、失（h hR R，J/mJ/m3 3（PaPa），即通风阻力）可由），即通风阻力）可由1kg1kg空气流动空气流动过程中的能量损失（过程中的能量损失（L LR R J/Kg J/Kg）乘以按流动过程状态考虑计）乘以按流动过程状态考虑计算的空气密度算的空气密度 m m，即，即：h hR R=L=LR R. . m m；则单位体积则单位体积(1m(1m3 3) )流量的流量的能量方程的书写形式为能量方程的书写形式为：第二章 矿井空气流动的基本理论 返回本节返回本节49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几点说明：几点说明： 第二章 矿井空气流动的基本理论 1 1、1m3 1m3

46、空气在流动过程中的能量损失（通风阻力）空气在流动过程中的能量损失（通风阻力）等于两断面间的机械能差。等于两断面间的机械能差。 2 2、g g m m（Z1-Z2Z1-Z2）是是1 1、2 2 断面的位能差。当断面的位能差。当1 1、2 2 断断面的标高差较大的情况下，该项数值在方程中往往占面的标高差较大的情况下，该项数值在方程中往往占有很大的比重，必须准确测算。其中，关键是有很大的比重，必须准确测算。其中，关键是 m m的计的计算，及基准面的选取。算，及基准面的选取。 m m的测算原则的测算原则：将：将1 12 2 测段分为若干段，计算各测段分为若干段，计算各测定断面的空气密度测定断面的空气密

47、度( (测定测定 P P、t t 、)，求其几何平，求其几何平均值。均值。 基准面选取基准面选取：取测段之间的最低标高作为基准面：取测段之间的最低标高作为基准面返回本节返回本节50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例如：如图所示的通风系统，如要求例如：如图所示的通风系统，如要求1 1、2 2断面的位能差，基准断面的位能差，基准面可选在面可选在2 2的位置。其位能差为：的位置。其位能差为：而要求而要求1 1、3 3两断面的位能差，其基准面应选两断面的位能差，其基准面应选在在0-00-0位置。其位能差为：位置。其位能差为：12300第二章 矿井空气流动的基本理论 返回本节返回本

48、节51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、 是是1 1、2 2两断面上的动能差两断面上的动能差 A A、 在矿井通风中，因其动能差较小，故在实际应用时，在矿井通风中，因其动能差较小，故在实际应用时，式中可分别用各自断面上的密度代替计算其动能差。即式中可分别用各自断面上的密度代替计算其动能差。即上式写成：上式写成：其中：其中： 、2 2分别为分别为1 1、断面风流的平均气密度。、断面风流的平均气密度。第二章 矿井空气流动的基本理论 返回本节返回本节52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B B、动能系数、动能系数：是断面实际总动能与用断面平均风速计算出：是断

49、面实际总动能与用断面平均风速计算出的总动能的比。即：的总动能的比。即： 因为能量方程式中的因为能量方程式中的v v1 1、v v2 2分别为分别为1 1、2 2断面上的平均风速。断面上的平均风速。由于井巷断面上风速分布的不均匀性，用断面平均风速计由于井巷断面上风速分布的不均匀性，用断面平均风速计算出来的断面总动能与断面实际总动能不等。需用动能系算出来的断面总动能与断面实际总动能不等。需用动能系数数K Kv v加以修正。在矿井条件下，加以修正。在矿井条件下，K Kv v一般为一般为1.021.021.051.05。由。由于动能差项很小，在应用能量方程时，可取于动能差项很小，在应用能量方程时，可取

50、K Kv v为为1 1。第二章 矿井空气流动的基本理论 返回本节返回本节53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因此，在进行了上述两项简化处理后，单位体积流体的能量因此，在进行了上述两项简化处理后，单位体积流体的能量方程可近似的写成：方程可近似的写成：或或J Jm m3 3 第二章 矿井空气流动的基本理论 返回本节返回本节54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（三）、关于能量方程使用的几点说明（三）、关于能量方程使用的几点说明第二章 矿井空气流动的基本理论 1. 1. 能量方程的意义是，表示能量方程的意义是，表示1kg1kg（或（或1m31m3）空气由）空

51、气由1 1断面流向断面流向2 2断面断面的过程中所消耗的能量（通风阻力），等于流经的过程中所消耗的能量（通风阻力），等于流经1 1、2 2断面间空气断面间空气总机械能（静压能、动压能和位能）的变化量。总机械能（静压能、动压能和位能）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间的变化而变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场上。化；所研究的始、末断面要选在缓变流场上。 3. 3. 风流总是从总能量（机械能）大的地方流向总能量小的地方。风流总是从总能量（机械能）大的地方流向总能量小的地方。在判断风流方向时，应用始末两断面上的

52、总能量来进行，而不能在判断风流方向时，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。如不知风流方向，列能量方程时，只看其中的某一项。如不知风流方向，列能量方程时，应先假设应先假设风流方向风流方向，如果计算出的能量损失（通风阻力），如果计算出的能量损失（通风阻力）为正为正，说明风流，说明风流方向假设正确；如果方向假设正确；如果为负为负，则风流方与假设相反。，则风流方与假设相反。返回本节返回本节55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5. 5. 在始、末断面间有压源时，在始、末断面间有压源时，压源的作用方向与风压源的作用方向与风流的方向一致，压源为正流的方向一致，压源为

53、正，说明压源对风流做功，说明压源对风流做功；如；如果两者方向相反，压源为负果两者方向相反，压源为负，则压源成为通风阻力。，则压源成为通风阻力。 . . 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。4. 4. 正确选择求位能时的基准面。正确选择求位能时的基准面。第二章 矿井空气流动的基本理论 56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7 7、对于流动过程中流量发生变化，则按总能量守恒与转换、对于流动过程中流量发生变化，则按总能量守恒与转换定律列方程定律列方程12第二章 矿井空气流动的基本理论 返回本节返回本节57矿井通风与安全课件通风部分第二章矿井

54、空气流动的基本理论例例 1 1、 在某一通风井巷中，测得在某一通风井巷中，测得1 1、2 2两断面的绝对静压分别为两断面的绝对静压分别为101324.7 Pa101324.7 Pa和和101858 Pa101858 Pa，若，若S S1 1=S=S2 2，两断面间的高差，两断面间的高差Z Z1 1- -Z Z2 2=100=100米，巷道中米，巷道中 m12m12=1.2kg/m=1.2kg/m3 3，求：，求：1 1、2 2两断面间的通风阻两断面间的通风阻力，并判断风流方向。力，并判断风流方向。解：假设风流方向解：假设风流方向1 12 2，列能量方程：，列能量方程： = =（101324.7

55、101324.7101858101858）0 01009.811.21009.811.2 = 643.9 J/m = 643.9 J/m3 3。由于阻力值为正，所以原假设风流方向正确，由于阻力值为正，所以原假设风流方向正确，1 12 2。Z1-Z212第二章 矿井空气流动的基本理论 返回本节返回本节58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例例 2 2、在进风上山中测得在进风上山中测得1 1、2 2两断面的有关参数，绝对静压两断面的有关参数，绝对静压P P1 1=106657.6Pa=106657.6Pa，P P2 2=101324.72Pa=101324.72Pa；标高差；标

56、高差Z Z1 1-Z-Z2 2= =400m400m；气；气温温t t1 1=15=15，t t2 2=20=20；空气的相对湿度；空气的相对湿度 1 1=70%=70%， 2 2=80%=80%；断；断面平均风速面平均风速v v1 1=5.5m/s=5.5m/s，v v2 2=5m/s=5m/s；求通风阻力；求通风阻力L LR R、h hR R。解：查饱和蒸汽表得；解：查饱和蒸汽表得；t t1 1=15=15时，时，P PS1S1=1704Pa=1704Pa；t t2 2=20=20时，时，P PS2S2=2337Pa=2337Pa；第二章 矿井空气流动的基本理论 返回本节返回本节59矿井通

57、风与安全课件通风部分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 返回本节返回本节60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= 382.26 J/kg= 382.26 J/kg 又又 第二章 矿井空气流动的基本理论 返回本节返回本节61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= 1.23877kg/m= 1.23877kg/m3 3第二章 矿井空气流动的基本理论 返回本节返回本节62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 = 475.19 J/m = 475.19 J/m3 3 或或 h hR R=L=LR R m m=382.261

58、.23877= 473.53 J/m=382.261.23877= 473.53 J/m3 3。第二章 矿井空气流动的基本理论 返回本节返回本节63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第四节第四节 能量方程在矿井通风中的应用能量方程在矿井通风中的应用相对压相对压能图和能图和相对等熵相对等熵静压图静压图通风能通风能量（压力）量（压力）坡度线坡度线风流能风流能量（压力）量（压力）坡度线坡度线返回本章返回本章第二章 矿井空气流动的基本理论 64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一、水平风道的通风能量（压力）坡度线一、水平风道的通风能量（压力）坡度线（一）、（一）

59、、 能量（压力）坡度线的作法能量（压力）坡度线的作法 意义：意义：掌握压力沿程变化情况；有利于通风管理。掌握压力沿程变化情况；有利于通风管理。 如图所示的通风机水平风道系统，绘制能量（压力）坡度线。如图所示的通风机水平风道系统，绘制能量（压力）坡度线。第二章 矿井空气流动的基本理论 65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012345678910P0压力压力Pa流程流程扩散器扩散器H thR12hR78第二章 矿井空气流动的基本理论 返回本节返回本节66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、风流的边界条件、风流的边界条件 入口断面处：入口断面处： 风流入口断

60、面处的风流入口断面处的绝对全压等于大气压绝对全压等于大气压（可用能量方程加以证明，（可用能量方程加以证明，对入口断面的内外侧列能量方程并忽略极小的入口流动损失），即：对入口断面的内外侧列能量方程并忽略极小的入口流动损失），即： P Ptintin= P= P0 0，所以，所以，h htintin= 0= 0，h hinin= - h= - hvinvin；出口断面处出口断面处 ： 风流出口断面处的风流出口断面处的绝对静压等于大气压绝对静压等于大气压（可用能量方程加以证明，（可用能量方程加以证明，对出口断面的内外侧列能量方程并忽略极小的出口流动损失），即：对出口断面的内外侧列能量方程并忽略极小的

61、出口流动损失），即： P Pexex= P= P0 0，所以，所以，h hexex= 0= 0，h htextex= h= hvexvex；、作图步骤、作图步骤）、以纵坐标为压力（相对压力或绝对压力），横坐标为风流流程。）、以纵坐标为压力（相对压力或绝对压力），横坐标为风流流程。）、根据边界条件确定起始点位置。）、根据边界条件确定起始点位置。）、将各测点的相对静压和相对全压与其流程的关系描绘在坐标）、将各测点的相对静压和相对全压与其流程的关系描绘在坐标）、最后将图上的同名参数点用直线或曲线连接起来，就得到所要绘制的能量）、最后将图上的同名参数点用直线或曲线连接起来，就得到所要绘制的能量（压力）

62、坡度线。（压力）坡度线。第二章 矿井空气流动的基本理论 67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（二）、（二）、 能量（压力）坡度线的分析能量（压力）坡度线的分析1 1、 通风阻力与能量（压力）坡度线的关系通风阻力与能量（压力）坡度线的关系 由于风道是水平的，故各断面间无位能差，且大气压相由于风道是水平的，故各断面间无位能差，且大气压相等。由能量方程知，任意两断面间的通风阻力就等于两断等。由能量方程知，任意两断面间的通风阻力就等于两断面的全压差：面的全压差： （ P P0i 0i = P = P0j 0j ）同理：同理： P Ptjtj = P = P0i0i | h | h

63、j j | | h hvjvj 第二章 矿井空气流动的基本理论 返回本节返回本节68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a a、 抽出段抽出段 求入口断面至求入口断面至i i断面的通风阻力，由上式得：断面的通风阻力，由上式得： h hR0R0i i = h= ht0t0h hti ti = = h h titi （h ht0t0=0=0） 即：即：入口至任意断面入口至任意断面i i的通风阻力（的通风阻力（h hR0R0i i）就等于该断面的）就等于该断面的相对全压（相对全压（h htiti）的绝对值。）的绝对值。 求负压段任意两断面（求负压段任意两断面（i i 、j j ）的

64、通风阻力：）的通风阻力： h hRiRij j = = P PtitiP Ptjtj hhtiti = P = Ptiti - P - P0i 0i 又又| h| hti ti | = | h| = | hi i | | h hvivi 代入上式得：代入上式得： P Ptiti = P = P0i0i | h | hi i | | h hvivi 第二章 矿井空气流动的基本理论 返回本节返回本节69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 h hRiRij j = ( P= ( P0i0i| h| hi i| | h hvivi ) )(P(P0i0i| h| hj j| | h

65、 hvjvj) ) | h | hj j | | | h | hi i | + h | + hvjvj h hvivi | h | htj tj | | | h | htiti | | 若若 h hvivi h hvjvj h hRiRij j | h | hj j | | | h | hi i | | b b、 压入段压入段 求任意断面求任意断面i i至出口的通风阻力，由上式得：至出口的通风阻力，由上式得： h hRiRi10 10 = h= hti ti h ht10 t10 = h= htiti h hv10v10 (h (h1010=0=0） 即：即：压入段任意断面压入段任意断面i i

66、至出口的通风阻力（至出口的通风阻力（h hRiRi1010）等于该）等于该断面的相对全压（断面的相对全压（h htiti）减去出口断面的动压（）减去出口断面的动压（h hv10v10） 。第二章 矿井空气流动的基本理论 返回本节返回本节70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求正压段任意两断面（求正压段任意两断面（i i 、j j ）的通风阻力：）的通风阻力： 同理可推导两断面之间的通风阻力为：同理可推导两断面之间的通风阻力为： h hRiRij j h htiti h htjtj2 2、 能量（压力）坡度线直观明了地表达了风流流动过程中能量（压力）坡度线直观明了地表达了风流

67、流动过程中的能量变化。的能量变化。 绝对绝对全压全压（相对全压）沿程是（相对全压）沿程是逐渐减小逐渐减小的；的； 绝对绝对静压静压（相对静压）沿程分布是（相对静压）沿程分布是随动压的大小变化而变随动压的大小变化而变化化。第二章 矿井空气流动的基本理论 返回本节返回本节71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3 3、 扩散器回收动能（相对静压为负值）扩散器回收动能（相对静压为负值） 所谓扩散器回收动能，就是在风流出口加设一段断面逐所谓扩散器回收动能，就是在风流出口加设一段断面逐渐扩大的风道，使得出口风速变小，从而达到减小流入大渐扩大的风道，使得出口风速变小，从而达到减小流入大气

68、的风流动能。扩散器安设的是否合理，可用回收的动能气的风流动能。扩散器安设的是否合理，可用回收的动能值（值（ h hv v）与扩散器自身的通风阻力（）与扩散器自身的通风阻力（h hRdRd）相比较来确定，）相比较来确定，即：即： h hv v= h= hvexvexh hvexvex h hRdRd 合理合理 h hv v= h= hvexvexh hvexvex h h hR9R91010，则，则， h h9 90 0 （为负值）（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，是否合理，相对静压的负值越大，其扩散器回收动能的

69、效相对静压的负值越大，其扩散器回收动能的效果越好果越好。第二章 矿井空气流动的基本理论 返回本节返回本节73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（三）、通风机全压（三）、通风机全压（H Ht t）1 1、通风机全压的概念、通风机全压的概念通风机的作用通风机的作用：就是将电能转换为风流的机械能，促使风流：就是将电能转换为风流的机械能，促使风流流动。流动。通风机的全压通风机的全压H Ht t等于通风机出口全压与入口全压之等于通风机出口全压与入口全压之差差： H Ht t = P= Pt6t6P Pt5t5 第二章 矿井空气流动的基本理论 返回本节返回本节74矿井通风与安全课件通风

70、部分第二章矿井空气流动的基本理论2 2、通风机全压、通风机全压H Ht t与风道通风阻力、出口动能损失的关系与风道通风阻力、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：由能量方程和能量（压力）坡度线可以看出： h hR6R610 10 = P= Pt6t6P Pt10t10 P Pt6 t6 = h= hR6R61010P Pt10t10， h hR0R05 5 = P= Pt 0t 0P Pt5t5 P Pt5 t5 = P= Pt 0t 0h hR0R05 5， H Ht t = P= Pt6t6P Pt5 t5 = h= hR6R61010P Pt10t10（P Pt 0

71、t 0h hR0R05 5） =h =hR6R61010P P0 0h hv10v10（P P0 0h hR0R05 5）=h=hR6R61010h hv10v10h hR0R05 5 H Ht t= h= hR0R01010h hv10v10 通风机全压是用以克服风道通风阻力和出口动能损失。通风机全压是用以克服风道通风阻力和出口动能损失。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H Hs s。 H Hs s = h = hR0R010, 10, H Ht t= H= Hs s h hv10v10 第二章 矿井空气流动的基本理论 返回本

72、节返回本节75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两个特例两个特例：a a）、无正压通风段（）、无正压通风段（ 6 6断面直接通大气断面直接通大气） 通风机全压仍为：通风机全压仍为：H Ht t = P= Pt6t6P Pt5t5 P Pt5t5=P=Pt th hR R5 5 ；P Pt6t6= P= P0 0h hv6v6 H Ht t= h= hR R5 5h hv6v6第二章 矿井空气流动的基本理论 返回本节返回本节76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b b）、无负压通风段（）、无负压通风段（ 断面直接通大气断面直接通大气） P Pt6t6=h=

73、hR6R61010P Pt10t10，P Pt10t10=P=P0 0h hv10v10；P Pt5t5=P=P0 0 H Ht t=h=hR6R61010h hv10v10 无论通风机作何种工作方式，通风机的全压都是用于克服无论通风机作何种工作方式，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；其中通风机静压用于克风道的通风阻力和出口动能损失；其中通风机静压用于克服风道的通风阻力。服风道的通风阻力。抽出式通风方式抽出式通风方式压入式通风方式压入式通风方式5665100第二章 矿井空气流动的基本理论 返回本节返回本节77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二、通风系统

74、风流能量（压力）坡度线二、通风系统风流能量（压力）坡度线( (一一) ) 通风系统风流能量（压力）坡度线通风系统风流能量（压力）坡度线 绘制矿井通风系统的能量（压力）坡度线绘制矿井通风系统的能量（压力）坡度线( (一般用绝对压一般用绝对压力力) )的的方法：方法：是沿风流流程布设若干测点，测出各点的绝是沿风流流程布设若干测点，测出各点的绝对静压、风速、温度、湿度、标高等参数，计算出各点的对静压、风速、温度、湿度、标高等参数，计算出各点的动压、位能和总能量；然后在压力（纵坐标）动压、位能和总能量；然后在压力（纵坐标） 风风流流程（横坐标）坐标图上描出各测点，将同名参数点用流流程（横坐标）坐标图上

75、描出各测点，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）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。坡度线。第二章 矿井空气流动的基本理论 返回本节返回本节78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以下图所示简化通风系统为例，说明矿井通风系统中有高度以下图所示简化通风系统为例，说明矿井通风系统中有高度变化的风流路线上能量变化的风流路线上能量( (压力压力) )坡度线的画法。坡度线的画法。第二章 矿井空气流动的基本理论 返回本节返回本节79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作图步骤：作图步骤：1. 1. 确定基准面。一般地

76、，以最低水平确定基准面。一般地，以最低水平( (如如2-3)2-3)为基准面。为基准面。2. 2. 测算出各断面的总压能测算出各断面的总压能( (包括静压、动压和相对基准面的包括静压、动压和相对基准面的位能位能) )。3. 3. 选择坐标系和适当的比例。以压能为纵坐标，风流流程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，为横坐标，把各断面的静压、动压和位能描在坐标系中，即得即得1 1、2 2、3 3、4 4断面的总能量。断面的总能量。第二章 矿井空气流动的基本理论 返回本节返回本节80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4

77、. 4. 把各断面的同名参数点用折线连接起来，即把各断面的同名参数点用折线连接起来，即得得1 1流程上的压力坡度线。流程上的压力坡度线。0134b0c0d0a1a2b2c2a0(a)b (b1)c(c1)dd1d2P0Pa压压能能eEP01EP04HNHt流程流程第二章 矿井空气流动的基本理论 返回本节返回本节81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( (二二) ) 矿井通风系统能量（压力）坡度线的分析矿井通风系统能量（压力）坡度线的分析1 1、 能量（压力）坡度线（能量（压力）坡度线（ a-b-c-d a-b-c-d ）清楚地反映了风流在）清楚地反映了风流在流动过程中，沿程

78、各断面上全能量与通风阻力流动过程中，沿程各断面上全能量与通风阻力h hR R之间的关系。之间的关系。 全能量沿程逐渐下降，从入风口至某断面的通风阻力就等全能量沿程逐渐下降，从入风口至某断面的通风阻力就等于该断面上全能量的下降值（如于该断面上全能量的下降值（如b b0 0b b），任意两断面间的通），任意两断面间的通风阻力等于这两个断面全能量下降值的差。风阻力等于这两个断面全能量下降值的差。2 2、 绝对全压和绝对静压坡度线的坡度线变化有起伏（如绝对全压和绝对静压坡度线的坡度线变化有起伏（如1212段风流由上向下流动，位能逐渐减小，静压逐渐增大；在段风流由上向下流动，位能逐渐减小，静压逐渐增大；

79、在3434段其压力坡度线变化正好相反，静压逐渐减小，位能逐段其压力坡度线变化正好相反，静压逐渐减小，位能逐渐增大）。说明，静压和位能之间可以相互转化。渐增大）。说明，静压和位能之间可以相互转化。第二章 矿井空气流动的基本理论 82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3 3、 1 1、 断面的位能差断面的位能差(E(EP01P01-E-EP04P04) )叫做自然风压叫做自然风压(H(HN N) )。H HN N和通风机全压（和通风机全压（Ht)Ht)共同克服矿井通风阻力和出口动能损共同克服矿井通风阻力和出口动能损失。失。 H HN N+Ht(d+Ht(d2 2e)=(de)=

80、(d0 0d)+(dd)+(d1 1dd2 2) )、能量（压力）坡度线可以清楚的看到风流沿程各种能量、能量（压力）坡度线可以清楚的看到风流沿程各种能量的变化情况。特别是在复杂通风网络中，利用能量（压力）的变化情况。特别是在复杂通风网络中，利用能量（压力）坡度线可以直观地比较任意两点间的能量大小，判断风流坡度线可以直观地比较任意两点间的能量大小，判断风流方向。这对分析研究局部系统的均压防灭火和控制瓦斯涌方向。这对分析研究局部系统的均压防灭火和控制瓦斯涌出是有力的工具。（例出是有力的工具。（例 见）见）第二章 矿井空气流动的基本理论 83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例例

81、2 2 如图如图2-4-42-4-4所示的同采工作面简化系统，风流从进风上所示的同采工作面简化系统，风流从进风上山经绕道山经绕道1 1分为二路；一路流经分为二路；一路流经1 1(2(2为工为工作面作面)；另一路流经（为工作面；另一路流经（为工作面）。两路风流在回风巷汇合后进入回风上山。如果某一）。两路风流在回风巷汇合后进入回风上山。如果某一工作面或其采空区出现有害气体是否会影响另一工作面？工作面或其采空区出现有害气体是否会影响另一工作面？第二章 矿井空气流动的基本理论 解解：要回答这一问题，可以借助压力坡度线来进行分析。为了：要回答这一问题，可以借助压力坡度线来进行分析。为了绘制压力坡度线，必

82、须对该局部系统进行有关的测定。根据系绘制压力坡度线，必须对该局部系统进行有关的测定。根据系统特点，沿风流流经的两条路线分别布置测点，测算出各点的统特点，沿风流流经的两条路线分别布置测点，测算出各点的总压能。根据测算的结果即可绘出压力坡度线见图总压能。根据测算的结果即可绘出压力坡度线见图2-4-52-4-5。由。由压力坡度线可见，压力坡度线可见，1 1线路上各点风流的全能量大线路上各点风流的全能量大于线路上各对应点风流的全能量。所以工作面于线路上各对应点风流的全能量。所以工作面通过其采空区向工作面通过其采空区向工作面漏风，如果工作面漏风，如果工作面或其采空区发或其采空区发生火灾时其有害气体将会流

83、向工作面生火灾时其有害气体将会流向工作面，影响工作面，影响工作面的安全的安全生产。生产。返回本节返回本节84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1234560123456压力压力流程流程第二章 矿井空气流动的基本理论 返回本节返回本节85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三、通风系统网络相对压能图和相对等熵静压图三、通风系统网络相对压能图和相对等熵静压图 对于较复杂的通风系统，由于井巷分支多，结构复杂，对于较复杂的通风系统，由于井巷分支多，结构复杂，用压力坡度线表示就会出现坡度线相互交错，给使用带来用压力坡度线表示就会出现坡度线相互交错，给使用带来不便。为

84、此提出了使用通风系统网络相对压能图或相对等不便。为此提出了使用通风系统网络相对压能图或相对等熵静压图。熵静压图。 实质：实质：就是节点赋于压能值的通风系统网络图。压能就是节点赋于压能值的通风系统网络图。压能图各节点的压能值是相对于某一基准面所具有的总能量值；图各节点的压能值是相对于某一基准面所具有的总能量值；或是相对某一参考面（如进风井口等）之间的通风阻力。或是相对某一参考面（如进风井口等）之间的通风阻力。 压能图的绘制与能量（压力）坡度线的绘制基本相同。压能图的绘制与能量（压力）坡度线的绘制基本相同。 第二章 矿井空气流动的基本理论 返回本节返回本节86矿井通风与安全课件通风部分第二章矿井空

85、气流动的基本理论 波兰学者提出了用相对等熵静压图来表示通风系统中波兰学者提出了用相对等熵静压图来表示通风系统中风流各点的能位关系，因为某一节点的风流各点的能位关系，因为某一节点的相对静压相对静压h hi i = = P Pi i- P- P0i0i ，而井巷风流的，而井巷风流的 P P0i 0i 未知。假设大气压随高度未知。假设大气压随高度变化属理想的绝热等熵过程，根据气态方程可推算变化属理想的绝热等熵过程，根据气态方程可推算P P0i 0i ，记为记为 P Pi i 。第二章 矿井空气流动的基本理论 返回本节返回本节87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 只要实测出通风系统中风流只要实测出通风系统中风流i i点的绝对静压点的绝对静压P Pi i，它与，它与对应高度的等熵静压之差就是相对等熵静：对应高度的等熵静压之差就是相对等熵静： 以相对等熵静压为纵坐标，横坐标无标量，按通风以相对等熵静压为纵坐标，横坐标无标量，按通风系统结构布置，即可画出相对等熵静压图。系统结构布置，即可画出相对等熵静压图。第二章 矿井空气流动的基本理论 返回本节返回本节88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作业：P35本章习题本章习题 2-6 2-8 2-10 2-11 2-15第二章 矿井空气流动的基本理论 89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