矿井空气流动基本理论

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1、1/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论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几庆秃拈镑蜗纵搏孺玖丧痛拉乌俐耪钞嗜燕墨踌搬雪斧林卖挟补拿抠啮荆矿井空气流动基本理论煤尘爆炸12/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论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第二节第二节 风流的能量与压力风流的能量与压力第三节第三节 矿井通风中的能量方程矿井通风中的能量方程第四节第四节 能量方程在矿井通风

2、中的应用能量方程在矿井通风中的应用秧倍泡碍吃渝敲蜒痰优桂腥六百钟飘赏禁撵披焕喧席衷痘疼慌育摆腺惹对矿井空气流动基本理论煤尘爆炸23/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论上次课内容回顾上次课内容回顾 1)1)、上次课所讲的主要内容、上次课所讲的主要内容 矿井空气成分，矿井空气中主要成分的质量（浓度）标准、矿井空气成分，矿井空气中主要成分的质量（浓度）标准、矿井中有毒、有害气体的基本性质和危害性及安全浓度标准。矿矿井中有毒、有害气体的基本性质和危害性及安全浓度标准。矿井气候条件平衡量指标（干球温度、湿球温

3、度、等效温度、同感井气候条件平衡量指标（干球温度、湿球温度、等效温度、同感温度、卡他度）。温度、卡他度）。 2) 2)、能解决的实际问题、能解决的实际问题 （1 1）要保证作业人员健康，井下空气质量和数量的最低要求；）要保证作业人员健康，井下空气质量和数量的最低要求； （2 2）矿井空气中氧气（）矿井空气中氧气（O O2 2），二氧化碳（），二氧化碳（COCO2 2）的浓度要求；）的浓度要求； （3 3）各种有害气体的危害性与最高允许浓度标准；）各种有害气体的危害性与最高允许浓度标准； （4 4）矿井气候条件衡量方法与指标，保证有一个舒适的作业环）矿井气候条件衡量方法与指标，保证有一个舒适的作

4、业环境。境。狮骏五韶颇皮直柴锻路恒六靡贩铺蔡颐造驯使括悸账谢况鹿厩产伤聘破蔼矿井空气流动基本理论煤尘爆炸34/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论第二章第二章 矿井空气流动的基本理论矿井空气流动的基本理论本章的重点：本章的重点：1 1、空气的物理参数、空气的物理参数-T-T、P P、；2 2、风流的能量与点压力、风流的能量与点压力-静压，静压能；动压、动能；位能；全压；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抽出式和压入式相对静压、相对全压与动压的关系3 3、

5、能量方程、能量方程 连续性方程；单位质量能量方程、单位体积能量方程连续性方程；单位质量能量方程、单位体积能量方程4 4、能量方程在矿井中的应用、能量方程在矿井中的应用-边界条件、压力坡度图边界条件、压力坡度图本章的难点：本章的难点： 点压力之间的关系点压力之间的关系 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缉坟汗剥写斜卡驻条艳办词见杜扇挞捕瘪坏艾犹庐求浦滦泡坡逞租航窜九矿井空气流动基本理论煤尘爆炸45/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论思考题1 1、一年中冬季还是夏季大气压力大？一天中那

6、个时间大气压力最、一年中冬季还是夏季大气压力大？一天中那个时间大气压力最小？小？2 2、温度与压力相同时，干空气密度大还是湿空气密度大？、温度与压力相同时，干空气密度大还是湿空气密度大？3 3、为什么位能不能用仪表直接测量？、为什么位能不能用仪表直接测量？4 4、测定风流点压力时，水柱计放置位置对测值有影响吗？、测定风流点压力时，水柱计放置位置对测值有影响吗？5 5、为什么会在正压通风会出现相对静压为负值的区段？、为什么会在正压通风会出现相对静压为负值的区段？6 6、风机全压主要是来克服哪些能量的？、风机全压主要是来克服哪些能量的？7 7、为什么抽出式风机要加扩展器？、为什么抽出式风机要加扩展

7、器？渺疮杯涡愉斡近咽雷宅应骡狄佑珍案川申吻趴停物钦贰宇右谈纳救把憾票矿井空气流动基本理论煤尘爆炸56/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论第二章第二章 矿井空气流动的基本理论矿井空气流动的基本理论 主要研究内容主要研究内容主要研究内容主要研究内容：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，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。讨论空气在

8、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。程在矿井通风中的应用。萄梁溅塔操抉价醋津色邢篷拼亮竣惭仑掸钓孙吊陋肄靛际杜鞘镜种双衫趣矿井空气流动基本理论煤尘爆炸67/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论一、温度一、温度 温度是描述物体冷热状态的物理量。测量温度

9、的标尺简称温标。温度是描述物体冷热状态的物理量。测量温度的标尺简称温标。矿井表示气候条件的主要参数之一。矿井表示气候条件的主要参数之一。 国际单位为：国际单位为：热力学温标，热力学温标，其单位为其单位为K (kelvin),K (kelvin),用符号用符号T T来表示，来表示，热力学温标规定纯水三相态点温度（汽、液、固三相平衡态时的温度）热力学温标规定纯水三相态点温度（汽、液、固三相平衡态时的温度）为基本定点，定义为为基本定点，定义为273.15K273.15K。 常用的摄氏温标为常用的摄氏温标为实用温标实用温标，用，用t t表示，单位为表示，单位为摄氏度摄氏度。 摄氏温标的每摄氏温标的每1

10、1与热力学温标的每与热力学温标的每1K1K完全相同，它们之间的关完全相同，它们之间的关系为：系为：T=273.15+tT=273.15+t 温度是矿井表征气候条件的主要参数，规程规定：生产矿井温度是矿井表征气候条件的主要参数，规程规定：生产矿井采掘工作面的空气温度不得超过采掘工作面的空气温度不得超过2626，机电硐室的空气温度不得超过，机电硐室的空气温度不得超过3030。 第一节第一节 空气的主要物理参数空气的主要物理参数物理参数物理参数篷夸盲辽讽主笆昨斥冰厌眨棍凑钢讽簧脾呵购租烽檬费情兵秽佛章弥蒸港矿井空气流动基本理论煤尘爆炸78/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压

11、力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论二、压力（压强）二、压力（压强） 在矿井通风学中，习惯把压强称为压力。在矿井通风学中，习惯把压强称为压力。 大气压力：大气压力：地球表面一层很厚的空气层对地面所形成的压力。其大小地球表面一层很厚的空气层对地面所形成的压力。其大小取决于大重力场中位置相对高度，空气相对温度、湿度（相对湿度）和气取决于大重力场中位置相对高度，空气相对温度、湿度（相对湿度）和气体成分等参数。体成分等参数。 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表示。它是空气分子热运动对表示。它是空气分子热运动对器壁碰撞的宏观表现

12、。器壁碰撞的宏观表现。 计算公式为：计算公式为：P=2/3n(1/2mvP=2/3n(1/2mv2 2) ) 气体的静压力是单位体积内气体分子不规则热运动总动能的气体的静压力是单位体积内气体分子不规则热运动总动能的2/32/3转化为转化为能对外做功的机械能的宏观表现，故压力的大小表示单位体积气体的压能能对外做功的机械能的宏观表现，故压力的大小表示单位体积气体的压能的数量，这是气体所具有的普遍的物理性质，其大小可以用仪器来测量，的数量，这是气体所具有的普遍的物理性质，其大小可以用仪器来测量，空盒气压计、水银气压计、水柱计、精密气压计等可以用来测量压力。空盒气压计、水银气压计、水柱计、精密气压计等

13、可以用来测量压力。物理参数物理参数券勺尹蔬麻摘茂烹特浊藕内逛出锗将淖犊雄哨疵乱桐娟嗅依躁沉散蒋渔完矿井空气流动基本理论煤尘爆炸89/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论在地球引力（重力）场中的大气层空气由于重力的影响，空气的密在地球引力（重力）场中的大气层空气由于重力的影响，空气的密度与压力均随着度与压力均随着离地表的高度而减小离地表的高度而减小。大气层的存在和大气压力随高度大气层的存在和大气压力随高度而变化的规律而变化的规律是是分子热运动和地球引力作用分子热运动和地球引力作用两者协调的结果，如果没有

14、两者协调的结果，如果没有地球引力则空气分子将逸散到广大的宇宙空间而不变存在在大气层。地球引力则空气分子将逸散到广大的宇宙空间而不变存在在大气层。在物理学中，单位体积气体的分子数在物理学中，单位体积气体的分子数n n，在重力场中随高度分布的，在重力场中随高度分布的规律用规律用波兹曼公式波兹曼公式表示：表示：n no o-海平面（海平面（z=oz=o）单位体积的分子数；）单位体积的分子数；-空气的摩尔质量，空气的摩尔质量，28.97Kg/kmol28.97Kg/kmol；T-T-空气温度，空气温度，T=273.15+tT=273.15+t，K K；g-g-重力加速度，重力加速度，9.81m/s9.

15、81m/s2 2；R RO O-通用气体常数（摩尔气体恒量），通用气体常数（摩尔气体恒量），8314 J/(kmolk)8314 J/(kmolk)；物理参数物理参数令泅状砖漳急淆耶揪撤小稿庙穗合棠柔傣锰县嚏恳瞒戚党现上稚闰辣挪阉矿井空气流动基本理论煤尘爆炸910/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论其其大气压力随高度的变化规律大气压力随高度的变化规律与上式相似，如下式所示。其中与上式相似，如下式所示。其中Po-Po- -海平面（海平面（z=oz=o）大气压力；标准大气压力取）大气压力；标准大气压力取

16、R R为干空气的气体常数，为干空气的气体常数，R=RR=R0 0/=287J/kg.K/=287J/kg.K。 不同标高处的空气压力比值不同标高处的空气压力比值 标高标高z/mz/m+1000+100000-1000-1000p/pp/po o0.8880.8881.01.01.1261.126 实际上各地的大气压力还和实际上各地的大气压力还和地表气象因素地表气象因素有关，一年四季，甚至有关，一年四季，甚至一昼夜内都有明显的变化。例如：淮南一昼夜内气压变化一般为一昼夜内都有明显的变化。例如：淮南一昼夜内气压变化一般为270270400Pa400Pa有时可达有时可达1300Pa1300Pa，一年

17、中大气压变化可高达，一年中大气压变化可高达400040005300Pa5300Pa。 一般来讲，在一般来讲，在同一水平面，不大的范围内，可以认为空气压力是同一水平面，不大的范围内，可以认为空气压力是相同相同的。的。 物理参数物理参数渗弄欲甚难脓柔鹤氦狮摊同袜架壁惭怔佑舅尾捧杯瞩续蕊韵喷拖啡镜盛姻矿井空气流动基本理论煤尘爆炸1011/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论 矿井常用压强单位：矿井常用压强单位：Pa Mpa mmHg mmH20 bar mmbar atm 等等。 换算关系：换算关系： 1a

18、tm =760mmHg=1013.25mmbar=101325Pa 1mmHg = 13.6mmH20 = 133.32 Pa 1mmbar = 100 Pa =10.19mmH20 1mmH20 = 9.81 Pa物理参数物理参数拢缔袖疙煌澎蹿额夷贝苏直概靳吃庞杯戍伟掉瑟抚根控涸净宗个阐氯竟玩矿井空气流动基本理论煤尘爆炸1112/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论三、湿度三、湿度表表示示空空气气中中所所含含水水蒸蒸汽汽量量的的多多少少或或潮潮湿湿程程度度。表表示示空空气气湿湿度度的的方方法法：绝绝

19、对湿度、相对温度和含湿量三种对湿度、相对温度和含湿量三种、绝对湿度、绝对湿度 每每立立方方米米空空气气中中所所含含水水蒸蒸汽汽的的质质量量叫叫空空气气的的绝绝对对湿湿度度。其其单单位位与与密密度度单单位位相相同同（Kg/ Kg/ m m3 3），其其值值等等于于水水蒸蒸汽汽在在其其分分压压力力与与温温度度下下的的密密度度。 v v=M=Mv v/V/V 饱饱和和空空气气：在在一一定定的的温温度度和和压压力力下下，单单位位体体积积空空气气所所能能容容纳纳水水蒸蒸汽汽量量是是有有极极限限的的，超超过过这这一一极极限限值值，多多余余的的水水蒸蒸汽汽就就会会凝凝结结出出来来。这这种种含含有有极极限限值

20、值水水蒸蒸汽汽的的湿湿空空气气叫叫饱饱和和空空气气，这这时时水水蒸蒸气气分分压压力力叫叫饱饱和水蒸分压力和水蒸分压力，P PS S，其所含的水蒸汽量叫，其所含的水蒸汽量叫饱和湿度饱和湿度 s s 。、相对湿度、相对湿度 单单位位体体积积空空气气中中实实际际含含有有的的水水蒸蒸汽汽量量（ V V）与与其其同同温温度度下下的的饱饱和和水水蒸汽含量（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。 绝对湿度只能说明空气中绝对湿度只能说明空气中实际含有水蒸气量实际含有水蒸气量，并不能说明其，

21、并不能说明其饱和程饱和程度度。如如1818的空气，饱和水蒸气量为的空气，饱和水蒸气量为sat=0.01536kg/m3sat=0.01536kg/m3，在在3030时，时，sat=0.03037kg/m3sat=0.03037kg/m3。 当温度为当温度为3030时，若仍含有时，若仍含有0.01536 kg/m30.01536 kg/m3水蒸气时，水蒸气时，则还有相当大的容纳水分的能力，而认为是比较干燥的空气。所以则还有相当大的容纳水分的能力，而认为是比较干燥的空气。所以此时在实际上常用此时在实际上常用相对湿度相对湿度来表示空气的干湿程度。来表示空气的干湿程度。 物理参数物理参数政嘻盏册巩琴锦

22、止卒擞犯破澡屿蹄拿就刀飞嗓绵憋糙飘撞邻浅柒谅北焦钟矿井空气流动基本理论煤尘爆炸1213/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论愈小愈小 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，冷却到温度下降，其相对湿度增大，冷却到=1=1时的温度称为时的温度称为露点露点例如：甲地：例如：甲地：t = 18 t = 18 ， V V 0.0107 Kg/m0.0107 Kg/m3,3, 乙地：乙地：t = 30 t = 30 ， V

23、 V 0.0154 Kg/m0.0154 Kg/m3 3解：查附表解：查附表 当当t t为为18 18 ， s s 0.0154 Kg/m0.0154 Kg/m3,3, , , 当当t t为为 30 30 ， s s 0.03037 Kg/m0.03037 Kg/m3,3, 甲地：甲地： V V S S0.7 0.7 70 %70 % 乙地：乙地： V V S S0.510.5151 %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空气吸湿能力强。 露点露点：将不饱和空气冷却时，随着温度逐渐下降，相对

24、湿度逐渐增大，：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，当达到当达到100100时，此时的温度称为露点。时，此时的温度称为露点。 上例上例 甲地、乙地的露点分别为多少？甲地、乙地的露点分别为多少？ 物理参数物理参数纱跪襄仓窜残镐浇锋醒货习陨巷刻檀滔格酷竞雕铭单勉版渍率哄璃至辗份矿井空气流动基本理论煤尘爆炸1314/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论物理参数物理参数震箱耐孕居咳李膀炸休矛喂雇揽停紧损敖鸿吩型给诧假报鲤猎鹅秤氓操瘟矿井空气流动基本理论煤尘爆炸1415/60河南理工大学河南

25、理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论1 kg 理想气体理想气体、含湿量、含湿量 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）称为空气的含湿量。含湿量。d= d= V V d, d, 干空气的气体常数干空气的气体常数 R Rd d=287.041J/=287.041J/（kg*kkg*k） 水蒸气的气体常数水蒸气的气体常数 R Rd d=461.393J/=461.393J/（kg*kkg*k） V V= Ps/461T = Ps/461T d d=(P-P

26、s)/287T=(P-Ps)/287T d=0.622 d=0.622 Ps/(P- Ps)Ps/(P- Ps)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，焓也称热焓。之和，焓也称热焓。i=ii=id d+d+di iV V=1.0045t+d(2501+1.85t)=1.0045t+d(2501+1.85t) 实际应用焓实际应用焓- -湿图（湿图（I-d)I-d)n mol 理想气体理想气体物理参数物理参数沸驼绣炔庸孝宇钙俄晦认颅说镐化玫腆驮宠芯碌职坍院绩佣将题壁迂孽枣矿井空气流动基本理论煤尘爆炸1516/60河南理工大学

27、河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论水蒸气分压力（水蒸气分压力（102Pa）含湿量（含湿量（g/kg干空气）干空气）温温度度焓（焓（kJ/kgkJ/kg干空气）干空气）12 13 1422 23 24510150201512相对湿度相对湿度=60%=100%354045P=101325t=20=60%应用焓应用焓-湿图（湿图（i-d)求其他参数求其他参数焓焓i=42.5i=42.5水蒸气分压力水蒸气分压力=1380=1380含湿量含湿量=8.8=8.8湿球温度湿球温度=15=15露点露点=12=12当前温度下的饱和当

28、前温度下的饱和水蒸气分压力水蒸气分压力=2300=2300物理参数物理参数钨迹尺计胞盖偶烙鉴砍汗迂钉耐拥险嫉楷阳愤蜗该跃舵咐回你眯啼谣讹撵矿井空气流动基本理论煤尘爆炸1617/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论五、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，在流体内部两个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，便产生粘性阻力流体层的接触面上，便产生粘性阻力( (内摩擦力内摩擦力) )以阻止相对运动，流以阻止相对运动，流体具有的这一性质，称作流体

29、的粘性。其大小主要取决于温度。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：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粘度绝对粘度。其国际单位：帕其国际单位：帕. .秒，写作：秒，写作：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，液体而降低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 V y粘性取决于分子间的吸引力和热运动动量交换。温度升高，则分子间的吸引力降低，动量会增加。对于液体，分子间的吸引力为主要影响因素；对

30、于气体，分子间热运动产生动量交换是决定性因素。物理参数物理参数遁晨踊倘捂篱币孙议涸沾辟王阔碍镍着腹桂痒神验汇鲁堡放躯寅窍恰迂累矿井空气流动基本理论煤尘爆炸1718/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论六、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、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：空气密度和水蒸汽密度之和，即： V V= Ps/461T = Ps/461T d d=(P-Ps)/2

31、87T=(P-Ps)/287T 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： 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。 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。 物理参数物理参数刮宪记龋岳鸳炕迹链颤脂荆殴叔吼饱恋澎枕盂怜路彪瓶吩凄氖湿佃肠腕唯矿井空气流动

32、基本理论煤尘爆炸1819/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论八、密度计算八、密度计算例例1 1：测知某巷道内空气压力为：测知某巷道内空气压力为P=100017PaP=100017Pa，干温度，干温度t td d=18.3,=18.3,湿温度为湿温度为t tw w=18.1,=18.1,求空气密度。求空气密度。解：解：经查可知：经查可知：=98%，Psat=2102Pa物理参数物理参数或砂托窜绞澎尸足肆沏幻拧攀拾添诱磕毡肚青流涧则立狭酒讥削桔冉样匝矿井空气流动基本理论煤尘爆炸1920/60河南理工大学

33、河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论物理参数物理参数泣阑鹅腔误好彼脆综磕廖估牵言匣研绊镍掳妖惟伤仙郁涅急朴敞通睡郑猛矿井空气流动基本理论煤尘爆炸2021/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论干温度干温度td=20.6,湿温度为湿温度为tw=16.3， =64.5%物理参数物理参数辫镜毡癸衅嚷殃虐碟别综瘴腿访箩版钳溃赤樟掏景凿国乓阿综媚序乱醉粳矿井空气流动基本理论煤尘爆炸2122/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院

34、能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论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 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。气所具有的能够对外作功的机械能。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 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

35、的能够对外作功的机械能叫能的一部分转化的能够对外作功的机械能叫静压能，静压能，J Jm m3 3，在矿井通风中，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。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。静压静压Pa Pa N/mN/m2 2也可称为是静压能也可称为是静压能，值相等，值相等（）静压特点（）静压特点 a. a.无论静止的空气还是流动的空气都具有静压力；无论静止的空气还是流动的空气都具有静压力； b. b.风流中任一点的静压各向同值，且垂直于作用面；风流中任一点的静压各向同值，且垂直于作用面； c.c.风风流流静静压压的的大大小小（可可

36、以以用用仪仪表表测测量量）反反映映了了单单位位体体积积风风流流所所具具有有的的能能够够对对外外作作功功的的静静压压能能的的多多少少。如如说说风风流流的的压压力力为为101332Pa101332Pa，则则指指风风流流1m1m3 3具具有有101332J101332J的静压能。的静压能。区别：能量区别：能量 促使空气流动的根本原因是能量差促使空气流动的根本原因是能量差 压力压力 对外做功有力的表现对外做功有力的表现联系联系: 风流任一风流任一 断面上都有压能、位能和动能，而这三种能量又分断面上都有压能、位能和动能，而这三种能量又分别可用相应的静压、位压和动压（速压）来体现。别可用相应的静压、位压和

37、动压（速压）来体现。能量压力能量压力矿吾疽程搬敌魂疲范样省往胜复非攫捶悉衷恰琳准凝常妓借叭旅殿崩剪嘿矿井空气流动基本理论煤尘爆炸2223/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论（）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） 根据压力的测算基准不同，压力可分为：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绝对压力和相对压力。 A A、绝绝对对压压力力：以以真真空空为为测测算算零零点点（比比较较基基准准）而而测测得得的的压压力力称称之之为为绝对压力，用绝对压力，用 P P 表示

38、。表示。 B B、相对压力：相对压力： 以当时当地同标高的大气压力为测算基准以当时当地同标高的大气压力为测算基准( (零点零点) )测测得的压力称之为相对压力，即通常所说的表压力，用得的压力称之为相对压力，即通常所说的表压力，用 h h 表示。表示。 风风流流的的绝绝对对压压力力（P P）、相相对对压压力力（h h）和和与与其其对对应应的的大大气气压压（P P0 0）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能量压力能量压力交喀把草深墨吧类植隅迟厌先袁母苏慌椎洽半酷闯岳句缆粳孜佩裸鹤腮灯矿井空气流动基本理

39、论煤尘爆炸2324/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论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变化而变化，而相对静压与高度无关。、同一断面上各点风流的绝对静压随高度变化而变化，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大于、等于或小于与该点同标高的大气压(P(P0i0i) )。2 2、重力位能、重力位能（1)

40、1)重力位能的概念重力位能的概念 物物体体在在地地球球重重力力场场中中因因地地球球引引力力的的作作用用，由由于于位位置置的的不不同同而而具具有有的的一一种种能能量量叫叫重重力位能力位能，简称位能，用，简称位能，用 E EPOPO 表示。表示。 如如果果把把质质量量为为M M（kgkg）的的物物体体从从某某一一基基准准面面提提高高Z Z（m m），就就要要对对物物体体克克服服重重力力作作功功M.g.ZM.g.Z（J J），物物体体因因而而获获得得同同样样数数量量（M.g.ZM.g.Z）的的重重力力位位能能。即即： E EPOPO=M.g.Z =M.g.Z 重力位能是一种潜在的能量，它只有通过计算

41、得重力位能是一种潜在的能量，它只有通过计算得其大小，而且是一个其大小，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。（）位能计算（）位能计算 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。 E Ep012p012= = i i gdz gdzi i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：dzi能量压力能量压力碟雄虏躇丢九密鲜膊贪幼齐曳误褪妒其颤沛旱喝拄诞诡疹派果脑浚未来峰矿井空气流动基本理论煤尘爆炸2425/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基

42、本理论基本理论（3)3)位能与静压的关系位能与静压的关系 当当空空气气静静止止时时（v=0v=0），由由空空气气静静力力学学可可知知：各各断断面面的的机机械械能能相相等等。设设以以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 E E1 1=E=EPO1PO1+P+P1 1 2-2 2-2断面的总机械能断面的总机械能 E E2 2=E=EPO2PO2+P+P2 2 由由E E1 1=E=E2 2得：得： E EPO1PO1+P+P1 1=E=EPO2PO2+P+P2 2 由于由于E EPO2PO2=0=0（2-22-2断面为基准面），断面为基准面），E E

43、PO1PO1= = 1212.g.Z.g.Z1212， 所以：所以：P P2 2=E=EPO1PO1+P+P1 1= = 1212.g.Z.g.Z1212+P+P1 1 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。 II II、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能势能。（4)4)位能的特点位能的特点 a.a.位位能能是是相相对对某某一一基基准准面面而而具具有有的的能能量量，它它随随所所选选基基准准面面的的变变化化而而变变化化。但但位位能差为定值。能差为定值。 b.b.位位能能是是一一种种潜潜在在的的能能量量，它它

44、在在本本处处对对外外无无力力的的效效应应，即即不不呈呈现现压压力力，故故不不能能象静压那样用仪表进行直接测量。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定律。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。 dzi能量压力能量压力狰嘘旗钥韵蕴揉射苞征枣纲秆切抓笑付值继含猿腻播浙郡柑夯胁痰铅溉津矿井空气流动基本理论煤尘爆炸2526/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论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 当当空空

45、气气流流动动时时，除除了了位位能能和和静静压压能能外外，还还有有空空气气定定向向运运动动的的动动能能，用用E Ev v表表示示，J/mJ/m3 3；其动能所转化显现的压力叫；其动能所转化显现的压力叫动压动压或称或称速压速压，用符号，用符号h hv v表示，单位表示，单位PaPa。（2)2)动压的计算动压的计算 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：E Evi vi i iVV2 20.50.5 式中：式中： i i i i点的空气密度，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。 E Evivi对外所呈现的动压对外所呈现的动压h

46、 hvivi，其值相同。，其值相同。（3)3)动压的特点动压的特点 a. a.只有作定向流动的空气才具有动压，因此动压具有方向性。只有作定向流动的空气才具有动压，因此动压具有方向性。 b.b.动动压压总总是是大大于于零零。垂垂直直流流动动方方向向的的作作用用面面所所承承受受的的动动压压最最大大（即即流流动动方方向向上上的的动动压压真真值值）；当当作作用用面面与与流流动动方方向向有有夹夹角角时时，其其感感受受到到的的动动压压值值将将小小于于动动压真值。压真值。 c.c.在在同同一一流流动动断断面面上上，由由于于风风速速分分布布的的不不均均匀匀性性，各各点点的的风风速速不不相相等等，所所以以其其动

47、压值不等。动压值不等。d.d.某断面动压即为该断面平均风速计算值。某断面动压即为该断面平均风速计算值。能量压力能量压力损古躺涝隧般刮暖囚殆伊嚣狸末映晕逸贝杏做赊嗡邯侄松吕磺傲布柱越市矿井空气流动基本理论煤尘爆炸2627/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论（）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压，两者之和风道中任一点风流，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称之为该点风流的全压全压，即：，即：全压静压动压全压静压动压。 由于静压有绝对和相对之分，故全压

48、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分。之分。 、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 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、无论正压通风还是负压通风，、无论正压通风还是负压通风，P PtitiPPi i h htiti h hi i。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

49、) )空气所具有的压力。通风管道空气所具有的压力。通风管道中流动的风流的点压力可分为：中流动的风流的点压力可分为：静压、动压和全压。静压、动压和全压。 风流中任一点风流中任一点i i的动压、绝对静压和绝对全压的关系为：的动压、绝对静压和绝对全压的关系为：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 + h+ hvivi 。能量压力能量压力砸邑晾渐影汲屏丝押浪讨肥柔狄匹笨赘沛孤狭橙镰搭箱容摧哟侠角骤讽灭矿井空气流动基本理论煤尘爆炸2728/60河南理工大学河南理工大学 安全学院

50、安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论压入式通风（正压通风）压入式通风（正压通风）：风流中任一点的：风流中任一点的相对全压恒相对全压恒为正。为正。 P Ptiti and P and Pi i P Po io i h hi i ， h h titi 0 0 且且 h h titi h hi i ， h hti ti = h= hi i + h+ hvivi 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大于风机进口的压力。抽出式通风（负压通风

51、）：抽出式通风（负压通风）：风流中任一点的相对全压恒为负，对于抽出式风流中任一点的相对全压恒为负，对于抽出式通风由于通风由于hti hti 和和 hi hi 为负，实际计算时取其绝对值进行计算。为负，实际计算时取其绝对值进行计算。 P Ptiti and P and Pi i P Po io i h h titi 0 0 且且 h h titi h hi i ，但，但| h | h titi | | h | | hi i | |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。过程中取其绝对

52、值进行计算。 即：即：| | h hti ti | = | h| = | hi i | | h hvivi 抽出式通风的实质是使风机入口风流的能量降低，即入口风流的绝对压力抽出式通风的实质是使风机入口风流的能量降低，即入口风流的绝对压力小于风机出口的压力小于风机出口的压力。 能量压力能量压力迭附轩惩猫炯郸届陨憎张陵贸李竣痘肇赚韧赃戚俄盐负嘲溢又早湃匈殴惩矿井空气流动基本理论煤尘爆炸2829/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论hvhtb (-)hb(-)风流点压力间的关系风流点压力间的关系abPa真空

53、真空P0Pbha(+)P0Ptahvhta (+)Ptb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能量压力能量压力渊居泊肥墓窘观铡篆蔚镀磕烁谴删唇凄娱颠蛤着管纲啮妙绕尿佳她秧赛洗矿井空气流动基本理论煤尘爆炸2930/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论例例题题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，风风筒筒外外与与i i点同标高的点同标高的P P0

54、i0i=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。 解：解：(1) P(1) Pi i=P=P0i0i+h+hi i=101332+1000=102332Pa=101332+1000=102332Pa (2) h (2) htiti=h=hi i+h+hvivi=1000+150=1150Pa=1000+150=1150Pa (3) P (3) Ptiti=P=P0i0i+h+htiti=P=Pi i+h

55、+hvivi=101332.32+1150=Pa=101332.32+1150=Pa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=150Pa，风风筒筒外外与与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。 解：解：(1) P(1) Pi i=P=P0i0i

56、+h+hi i=101332.5-1000=100332Pa=101332.5-1000=100332Pa (2) | h (2) | hti ti | = | h| = | hi i | | h hvivi 1000-150=850Pa1000-150=850Pa h hti ti 850 Pa 850 Pa (3) P (3) Ptiti=P=P0i0i+h+htiti=101332.5-850=100482Pa=101332.5-850=100482Paii能量压力能量压力单驼桶铱阵硅惰定歪填虽锈久钞信骸趣冒饮肪占论稍诀虚厨蝴那攻访充脑矿井空气流动基本理论煤尘爆炸3031/60河南理工大

57、学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论三、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、水银气压计等。（）绝对压力测量：空盒气压计、精密气压计、水银气压计等。 （）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、补偿式水柱计、补偿式微压计、倾斜单管压差计。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、压力测定、压力测定

58、（）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能量压力能量压力榷惮湖搁钠忧罕岔鞍渐祭娃浓皂享苟哮捌蓝暑啪榴畅锭茁谨克够梦遣城邹矿井空气流动基本理论煤尘爆炸3132/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论推导如图推导如图 h = hh = 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

59、的高度为 Z Z ，胶皮管内的空气平均密度为，胶皮管内的空气平均密度为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点同标高的大气压点同标高的大气压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： P P左左 P P+ + 水水gh gh P P0i 0i + + m mg(z-h)+ g(z-h)+ 水水ghgh 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

60、左 P P右右 ，即：，即： P P0i0i+m mg(z-h)+ g(z-h)+ 水水ghgh P Pi i+m mgzgz hP0izP0 i能量压力能量压力掇煽多狸难凝怎剖择星戮牙虽憎商铜芥松嘛泳终荔崭控辕旱秦格屑伤挝钉矿井空气流动基本理论煤尘爆炸3233/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论 若若 m m m m 有有： 水水 m m 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）：z zP P0 i0 ih h0 00 0水柱高水柱高度度mmH2O

61、能量压力能量压力蚊拾府吱中瘤愈可娇巴芬沛娘缺飞莆滥醋堑鹃烦酣到烛源瓷锣迅绪赡烹佑矿井空气流动基本理论煤尘爆炸3334/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论说明：（说明：（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，水柱计读数不变，说明）在风筒同一断面上、下移动皮托管，水柱计读数不变，说明同一断面上同一断面上 h hi i 相同。相同。（）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

62、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能量压力能量压力助囊鸯熏址弧和堑隅糊棘板膨梧掐古间闯猩蔼峻枚筐至既年捧革臻作悲披矿井空气流动基本理论煤尘爆炸3435/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论作业作业2-12-12-32-32-42-4另外作业另外作业测得风筒内某点测得风筒内某点i i相对压力如图所示，求动压，并判断相对压力如图所示，求动压，并判断通风方式通风方式zP0 i100150hv能量压力能量压力尊嗽酒朗贪染呻结尤警锰仪眉海隶驳裂瓜

63、度昨唉裁祸樊辆驰掀掠被拨蹬班矿井空气流动基本理论煤尘爆炸3536/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论本节课重点本节课重点能量方程及在矿井中的应用能量方程及在矿井中的应用问题：问题： 1 1、单位质量与单位体积流量能量方程有哪些不同特、单位质量与单位体积流量能量方程有哪些不同特点？点？ 2 2、我国矿井通风中为何习惯使用单位体积流量能量、我国矿井通风中为何习惯使用单位体积流量能量方程方程 3 3、抽出式通风的风机出口为什么要外接扩散器？、抽出式通风的风机出口为什么要外接扩散器？能量压力能量压力雌椰骑磐

64、潦瞪肯地船乾质昆贬买绝羡才后宝琴馅仿亥翟锻症恤诉组丑窟葱矿井空气流动基本理论煤尘爆炸3637/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论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

65、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，作定常流动时，有：断面，作定常流动时，有： M Mi i=const=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/mk

66、g/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。 能量方程能量方程恃尽垢钮琵矫恭稀碰条骤邪速拥走斧免随虱减憎骂爬瘤报轿值捧檀架究拆矿井空气流动基本理论煤尘爆炸3738/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论若若， 则则 V V1 1 S S1 1 V V S S2 2 。对于不可压缩流体，通过任一断面的体积流量相等，即对于不可压缩流体，通过任一断面的体积流

67、量相等，即Q=vQ=vi iS Si i=const=const能量方程能量方程味以骏角琼芝箕陕洱孵炬痘峨蓖锈刨役步麦琵西迎刮茹汽旅蛋茫沧孔榜囚矿井空气流动基本理论煤尘爆炸3839/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论二、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、动能和位能的变化规律，能量方程表达了空气在流动过程中的压能、动能和位能的变化规律，是能量守恒和转换定律在矿井通风中的应用。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

68、)(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、位能静压能、动压能、位能）和）和内能内能组成，常用组成，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。空气的内之和。空气的内能是空气状态参数的函数，即：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

69、、v2、u2qLRqR能量方程能量方程好膏湛蛹链凳眩编房玉贡箩担刽铭瞩舰殷击胃舶憎挨伐陪酷皱嫂友坯楚邢矿井空气流动基本理论煤尘爆炸3940/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论风流静压的大小风流静压的大小P（可以用仪表测量）反映了单位体积风流（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，转化为单位质量的所具有的能够对外作功的静压能的多少，转化为单位质量的风流所具有的静压能则为：风流所具有的静压能则为：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

70、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：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( (这部分被消耗的能量将转化成这部分被消耗的能量将转化成热能仍存在于空气中）；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）

71、。 根据能量守恒定律：根据能量守恒定律：能量方程能量方程垢搭栋亢戚惜涸诗巡疥苹召娟族匡定旧髓悦幽棘淳罩蚜焉出散整佳履粉渝矿井空气流动基本理论煤尘爆炸4041/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论 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），一部分用于增加空气的内能，一部分使空气膨胀对外作功，即：气的内能，一部分使空气膨胀对外作功，即：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

72、理上述三式整理能量方程能量方程勉填遇诽稽滤囤孰哲扎胃亮匿疗匝封古逊尧蛮观揉莆香疫猎跳椎幻及玛崎矿井空气流动基本理论煤尘爆炸4142/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论即为：即为：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。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。有压源有压源 Lt 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。般形式。能量方程能量方程伍戈锨征洱态社希藻鸥侈准蕾窒私滤拆噪孩账脱

73、句格且墙规菇爽霄颈律跪矿井空气流动基本理论煤尘爆炸4243/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论 式中式中 称为伯努力积分项，它反映了风流从称为伯努力积分项，它反映了风流从1 1断面流至断面流至2 2断面的过程中的静压能变化，它与空气流动过程的状态密切相关。对于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，其积分结果是不同的。不同的状态过程，其积分结果是不同的。绝热过程绝热过程能量方程能量方程墓膘瑶析烯恼缓吃吧云蹭搁惦奥设准谎氟须素爬瞻檄研蓄叮娘徐不师啄氦矿井空气流动基

74、本理论煤尘爆炸4344/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论能量方程能量方程炒洪钞偷涂忆违住中彭屈纤唐右弟拳馋沧咬类躇徊专雹惠赐宜连理册沟超矿井空气流动基本理论煤尘爆炸4445/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论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，可得到：，对伯努利积分进行积分计算，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方程可写成如下一般单位质

75、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。形式。其中其中 过程指数过程指数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可写成如下一在时，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。般形式。能量方程能量方程啼沈啄刁绸娃粟密爵瓜沫痕蛮顶板榴野鹿涟濒枚俊剃岭缴悸渍秦立浚躬衣矿井空气流动基本理论煤尘爆炸4546/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论式中式中 m表示表示1，2断面间按状态过程考虑的空气平均密度，得断面间按

76、状态过程考虑的空气平均密度，得令令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能量方程能量方程馏弦兜反蚜谆喂葬哪套括雍乞星巍势荆秋遵涩公妮羌巡翠酿考樟紫只狸琉矿井空气流动基本理论煤尘爆炸4647/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论（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。在考虑空气的可压缩）流体的能量方程。在考虑空气的可压缩性时，那么性时，

77、那么1m1m3 3 空气流动过程中的能量损失（空气流动过程中的能量损失（h hR R，J/mJ/m3 3（PaPa），即通风阻力）可由），即通风阻力）可由1kg1kg空气流动过程中的能量损失（空气流动过程中的能量损失（L LR R J/Kg J/Kg）乘以按流动过程状态考虑计算的空气）乘以按流动过程状态考虑计算的空气密度密度 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) )流量的能量方程的书写形式为流量的能量方程的书写形式为：几点说明：几点说明：1 1、1m1m3 3 空气在流动过程中的能量损失（通风阻力）等于两断面间的机空气在流动过程中的

78、能量损失（通风阻力）等于两断面间的机械能差。械能差。2 2、g g m m（Z Z1 1-Z-Z2 2）是是1 1、2 2 断面的位能差。当断面的位能差。当1 1、2 2 断面的标高差较大的情况下，断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 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，计算各测定断面的空气密度测段分为若干段，计算各测定断面的空气密度( (测定测定 P P、t t 、)，求其几何平均值。，求其几何平

79、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。能量方程能量方程速斟拴粟妥浇品撕臂鸡庙哀扯烟章趟肃筑精蘑磅搭蛰翔砚龟媚抉求伤憾伺矿井空气流动基本理论煤尘爆炸4748/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论例如：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，基准面可选断面的位能差，基准面可选在在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

80、选在在0-00-0位置。其位能差为：位置。其位能差为：、 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，式中可分在矿井通风中，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。即上式写成：别用各自断面上的密度代替计算其动能差。即上式写成： 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。12300能量方程能量方程音弱会曾醇必瘫词哩确殆谆吉客楼坞稿枝棒茂峡什借度未氨仁祸钥撇皇搂矿井空气流动基本理论煤尘爆炸4849/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力

81、能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论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的总动能的比。：是断面实际总动能与用断面平均风速计算出的总动能的比。即：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。由于井巷断断面上的平均风速。由于井巷断面上风速分布的不均匀性，用断面平均风速计算出来的断面总动能与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。需用动能系数面实际总动能不等。需用动能系数K Kv v加以修正。在矿井条件下，加以修正。在矿井

82、条件下，K Kv v一般一般为为1.021.021.051.05。由于动能差项很小，在应用能量方程时，可取。由于动能差项很小，在应用能量方程时，可取K Kv v为为1 1。 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：的写成： 或或 J Jm m3 3 能量方程能量方程欧君甫勒忍玛浑照拯坦必逢力碘技伊邑诗辣糕鲜漂淄涩竣箍痛谤沧暖藻菇矿井空气流动基本理论煤尘爆炸4950/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论补充：国内

83、最常用的公式：补充：国内最常用的公式：能量方程能量方程谦蔗叼堕微觅埃销溃技灿绒沏鳖骚夕负乞迄仔彝沏倘眨献王砾骇煤瓷峡粹矿井空气流动基本理论煤尘爆炸5051/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论（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1m1m3 3）空气由）空气由1 1断面流向断面流向2 2断面的过程中断面的过程中所消耗的能量（通风阻力），等于流经所消耗的能量（通风阻力），等于流经1 1、2 2断面间

84、空气总机械能（静压断面间空气总机械能（静压能、动压能和位能）的变化量。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化；所研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。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。在判断风风流总是从总能量（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总能量来进行，而不能只看其中的某一流方向时，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，项。如不

85、知风流方向，列能量方程时，应先假设风流方向应先假设风流方向，如果计算出，如果计算出的能量损失（通风阻力）的能量损失（通风阻力）为正为正，说明风流方向假设正确；如果，说明风流方向假设正确；如果为负为负，则，则风流方与假设相反。风流方与假设相反。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。能量方程能量方程谷跨螟客标磷嘱债微抱紧晒拔窘性陀襟媒辈起犯眼倪池烬书沪玖苇威屁市矿井空气流动基本理论煤尘爆炸5152/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论5. 5. 在始、末断面间有压源时，在始、末断

86、面间有压源时，压源的作用方向与风流的方向一致，压压源的作用方向与风流的方向一致，压源为正源为正，说明压源对风流做功，说明压源对风流做功；如果两者方向相反，压源为负；如果两者方向相反，压源为负，则，则压源成为通风阻力。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。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定律列方程、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 312能量方程能量方程滨供儡簇鲁舀保土块逐狱杭漠鹏抡猾攘芹痢躲咬缉坊肩颗顷错颧声腔扯钓矿井空气流动基本理论煤尘爆炸5253/60河南理工大学河南理工大学

87、安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论例例 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力，并判断风流方向。两断面间的通风阻力，并判断风流方向。解：假设风流方向解：

88、假设风流方向1 12 2，列能量方程：，列能量方程： = =（101324.7101324.7101858101858）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。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；标高差Z Z1 1-Z-Z2 2= =400

89、m400m；气温；气温t t1 1=15=15，t t2 2=20=20；空气的相对湿；空气的相对湿度度 1 1=70%=70%， 2 2=80%=80%；断面平均风速；断面平均风速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；Z1-Z212能量方程能量方程早冕连耘雀组拾捶殃莽中诅脱滋吏容掌飞馅己麓夫秧牢牙量挺掌吾主等咒矿井空

90、气流动基本理论煤尘爆炸5354/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论 = = 382.26 J/kg382.26 J/kg 又又 能量方程能量方程衫夜粥炼碌辱浆主聪狮良贼码诗逝单固赶债陌缘倚虏曹踏修误郝傈胁捉千矿井空气流动基本理论煤尘爆炸5455/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论 = 1.23877 kg/m = 1.23877 kg/m3 3 = 475.19 J/m = 475.19 J/m3 3 或

91、或 h hR R=L=LR R m m=382.261.23877= 473.53 J/m=382.261.23877= 473.53 J/m3 3。能量方程能量方程痴尿蕴做滋范燎梁踏口峭幻夫阐娇蹲呻栗食凸柴驶摔闸乓蔓整蜜化胜俊绒矿井空气流动基本理论煤尘爆炸5556/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论用国内常用公式计算：能量方程能量方程节禽仔纫辑棋玄拾咋另掖舌浑妊赔谣耿蜘粱啊赠熟黎谢眯忱庆犀嘱酱诈字矿井空气流动基本理论煤尘爆炸5657/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿

92、井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论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）、 能量（压力）坡度线的作法能量（压力）坡度线的作法 能量（压力）坡度线的意义：掌握能量（压力）沿程变化情况；通风能量（压力）与通风阻力之间的相互关系以及相互转化；有利于通风管理。012345678910扩散器扩散器通风机通风机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。、风流的边界条件、风流的边界条件 入口断面处：

93、入口断面处： Ptin= P0，所以，所以，htin= 0，hin= - hvin； 出口断面处出口断面处 ： Pex= P0，所以，所以，hex= 0，htex= hvex；矿井应用矿井应用盒秒弊剔比峪棚灰拙保扔律割匆枕愁榨捧孩滚仙话择黔身官产揍抱堑鲁潭矿井空气流动基本理论煤尘爆炸5758/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论hv1012345678910P0压力压力Pa流程流程扩散器扩散器P真空真空P1静压坡度线静压坡度线全压坡度线全压坡度线12345678910、作图步骤、作图步骤）、以纵坐标为

94、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）、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）坡度线。制的能量（压力）坡度线。矿井应用矿井应用涧淄荒蝴超罕菇拿糊迎峭牺岔掖立磷抬酗莹迅坪您添苗糯滞甲沈件镣钮魔矿井空气流动基本理论煤尘爆炸5859/60河南理工大学河南理工大学 安

95、全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论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） hv= hvexhvex hRd 合理合理 hv= hvexhvex hR910，则，则， h9 = hR910（hv9hv10） h90 （为负值）（为负值） （三）、通风机全压（三）、通风机全压（Ht） 1、通风机全压的概念、通风机全压的概念 Ht = Pt6Pt5 2、通风机全压、通风机全压Ht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 hR610 = Pt6Pt10 Pt6 = hR610Pt

96、10， hR05 = Pt0Pt5 Pt5 = Pt0hR05， Ht = Pt6Pt5 = hR610Pt10（Pt0hR05） =hR610P0hv10（P0hR05）=hR610hv10hR05 Ht= hR010hv10 Hs = hR010, Ht= Hs hv10 b、 压入段压入段 求求i断面至出口断面的通风阻力：断面至出口断面的通风阻力： hRi10 = htiht10 = hti hv10 求任意两断面（求任意两断面（i 、j ）的通风阻力）的通风阻力： hRij = PtiPtj= htihtj 10（一）、能量（压力）坡度线的作法（一）、能量（压力）坡度线的作法（二）、能

97、量（压力）坡度线的分析（二）、能量（压力）坡度线的分析 1、通风阻力与能量（压力）坡度线关系、通风阻力与能量（压力）坡度线关系 任意两断面间的通风阻力就等于两断面任意两断面间的通风阻力就等于两断面的的 全压差：全压差： a、 抽出段抽出段 求入口断面至求入口断面至i断面的通风阻力：断面的通风阻力： hR0i = ht0hti = hti 求任意两断面（求任意两断面（i 、j ）的通风阻力）的通风阻力： hRij = PtiPtj= htihtj = | | htj | | | | hti | | 0 1234 56 789P01234 567891002、能量（压力）坡度线直观明了地表达了、能

98、量（压力）坡度线直观明了地表达了风流流动过程中的能量变化。风流流动过程中的能量变化。 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）沿程分布是随动随动压的大小变化而变化压的大小变化而变化。9910相对静压的负值越大，其扩散器回收动能的效果越好相对静压的负值越大，其扩散器回收动能的效果越好。矿井应用矿井应用蔬卤冕冒弟蔷猪环将识秉画历鹏擅绦褪护窘候挽竭翱韵坛等考扁烤我顿蔫矿井空气流动基本理论煤尘爆炸5960/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理

99、参数基本理论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 hv6v6b 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=hR6R61010P Pt10t10，P Pt10t10=P=P0 0h hv10v10；P Pt5t5=P=P0 0 H Ht t=h=hR6R6101

100、0h 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风道的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服风道的通风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。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5066510矿井应用矿井应用渊埔鸥婴央姆哨旦保匪菇此雷丧沛态蛔硒文炙吉琴详查愤矛困炮脂代蕊锚矿井空气流动基本理论煤尘爆炸6061/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论二、通风系统风流能量（压

101、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( (一般用绝对压力一般用绝对压力) )的的方法：方法：是沿风流流程布设若干测点，测出各点的绝对静压、风速、温度、湿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，计算出各点的动压、位能和总能量；然后在压力度、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）（纵坐标） 风流流程（横坐标）坐标图上描出各测点，将同名风流流程（横坐标）坐标图上描出各测点，将同名参

102、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）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。坡度线。 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流路线上能量( (压力压力) )坡度线的画法。坡度线的画法。矿井应用矿井应用衬芝页竭叉淡萄受捏殷贺檀碑周骸盐韧那孝轧柬侧掌铀峦铃棕严疏板光捆矿井空气流动基本理论煤尘爆炸6162/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论作图步骤：作图步骤：1.

103、 1. 确定基准面。一般地，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位能包括静压、动压和相对基准面的位能) )。3. 3. 选择坐标系和适当的比例。以压能为纵坐标，风流流程为横坐标，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，即得把各断面的静压、动压和位能描在坐标系中，即得1 1、2 2、3 3、4 4断面断面的总能量。的总能量。4. 4. 把各断面的同名参数点用折线连接起来，即得把各断面的同名参数点用折线连接

104、起来，即得1 1流程上流程上的压力坡度线。的压力坡度线。01234b0c0d0a1a2b2c2a0(a)b (b1)c(c1)dd1d2P0Pa压压能能eEP01EP04HNHt流程流程矿井应用矿井应用愚欧追行竹扑扭恨貉冯偏凝散挺安污俐匣逸麓束维财周寐落内秒队三描藐矿井空气流动基本理论煤尘爆炸6263/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论b0c0d0a1a2b2c2a0(a)b (b1)c(c1)dd1d2P0Pa压压能能eEP01EP04HNHt、能量（压力）坡度线（、能量（压力）坡度线（ a-b-

105、c-d ）清楚地反映了风流在流动过程）清楚地反映了风流在流动过程中，沿程各断面上全能量与通风阻力中，沿程各断面上全能量与通风阻力hR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于该断面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（如上全能量的下降值（如b0b），任意两断面间的通风阻力等于这两个），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。断面全能量下降值的差。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12段风流段风流由上向下流动，位能逐渐减小，静压逐渐增大；在由上向

106、下流动，位能逐渐减小，静压逐渐增大；在34段其压力坡度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。能之间可以相互转化。(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3、 1、 断面的位能差断面的位能差(EP01-EP04)叫做自然风压叫做自然风压(HN)。HN和通风机和通风机全压（全压（Ht)共同克服矿井通风阻力和出口动能损失。共同克服矿井通风阻力和出口动能损失。 HN+Ht(d2e)=(d0d)+(d1d2)、能量（压力）坡度线可以清楚的看到风流沿程

107、各种能量的变化情况。、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）坡度线可以直观地比较任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，判断风流方向。这对分析研究局部系统的均压防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出是有力的工具。（例灭火和控制瓦斯涌出是有力的工具。（例 见）见）矿井应用矿井应用厨庇糊腺颤递侥远搏妻胎挫凝悼蔽迢笼杯旧啃乞试灭麻扰张凤菠逊昂阉浦矿井空气流动基本理论煤尘爆炸6364/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用

108、矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论例例2 2 如图如图2-4-42-4-4所示的同采工作面简化系统，风流从进风上山经绕道所示的同采工作面简化系统，风流从进风上山经绕道1 1分为二路；一分为二路；一路流经路流经1 1(2(2为工作面为工作面)；另一路流经（为；另一路流经（为工作面工作面）。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）。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？出现有害气体是否会影响另一工作面？解解：要回答这一问题，可以借助压力坡度线来进行分析。为了绘制压力坡度线，必：要回答这一问题，可

109、以借助压力坡度线来进行分析。为了绘制压力坡度线，必须对该局部系统进行有关的测定。根据测算的结果即可绘出压力坡度线见图须对该局部系统进行有关的测定。根据测算的结果即可绘出压力坡度线见图2-4-52-4-5。由压力坡度线可见，由压力坡度线可见，1 1线路上各点风流的全能量大于线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，如果工漏风，如果工作面作面或其采空区发生火灾时其有害气体将会流向工作面或其采空区发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。123456012

110、3456压力压力流程流程矿井应用矿井应用旱嘎疥役挺筹空监怕剔瓶藤浴棘阔诗缉缓嫂溜木森投珊粤臀枉谤泌晾骆杠矿井空气流动基本理论煤尘爆炸6465/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论三、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，用压力坡度线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，给使用带来不便。为此提出了使用通表示就会出现坡度线相互交错，给使用带来不便。为此提出了使用通风

111、系统网络相对压能图或相对等熵静压图。风系统网络相对压能图或相对等熵静压图。 实质：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实质：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；或是相对某一参考面（如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。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。 矿井应用矿井应用魁偶互笔泽捣素厌茎甫勘灸怖危湿鹃储丸寺最技乞详忽舞浊女憾劝国虎享矿井空气流动基本理论煤尘爆炸6566/60河南理

112、工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论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风流各点的能位关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可推算P P0i 0i ，记为，记为 P Pi i 。 只要实测出通风系统中

113、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，它与对应高度的等熵，它与对应高度的等熵静压之差就是相对等熵静：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，按通风系统结构布置，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。即可画出相对等熵静压图。矿井应用矿井应用穆颠舀住部惟刃腔豺呼带果涡狄担羌溺缴少编锡敬堪全迄忧熙素窗粤仗窑矿井空气流动基本理论煤尘爆炸6667/60河南理工大学河南理工大学 安全学院安全学院能量压力能量压力矿井应用矿井应用目录能量方程能量方程物理参数物理参数基本理论基本理论作业作业2-52-52-82-82-102-102-132-132-152-152-172-17退邱动商凶串疲曝婴植挡刨茬嘉蒜途蠢螟氰智既潜显暴墙迈尼釉札先询维矿井空气流动基本理论煤尘爆炸67