通风安全学第二矿井空气流动的基本理论

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1、安徽理工大学安徽理工大学能源与安全学院能源与安全学院安全工程系安全工程系通通 风风 安安 全全 学学第二章第二章 矿井空气流动的基本理论矿井空气流动的基本理论1本章主要内容第一节第一节 空气主要物理参数空气主要物理参数 一、温度一、温度 二、压力（压强）二、压力（压强） 三、密度、比容三、密度、比容 四、粘性四、粘性 五、湿度五、湿度 六、焓六、焓第二节第二节 风流能量与压力风流能量与压力 一、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二、风流点压力及其相互关系2本章主要内容第三节第三节 通风能量方程通风能量方程 一、空气流动连续性方程一、空气流动连续性方程 二、可压缩流体能

2、量方程二、可压缩流体能量方程第四节第四节 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 二、通风系统风流能量（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：本章重点：1 1、空气的物理参数；、空气的物理参数；2 2、风流的能量与点压力；、风流的能量与点压力；3 3、能量方程；、能量方程；4 4、能量方程、能量方程在矿井中的应用。在矿井中的应用。本章难点：本章难点：1 1、点压力之间的关系；、点压力之间的

3、关系；2 2、能量方程及其在矿井、能量方程及其在矿井中的应用。中的应用。4第二章 矿井空气流动的基本理论5 一、温度一、温度 温度是描述物体冷热状态的物理量。矿井表示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气候条件的主要参数之一。热力学绝对温标的单位K K，摄氏温标：，摄氏温标： T=273.15+tT=273.15+t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）二、压力（压强） 1 1、定义：、定义：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。压表示。压强在矿井通风中习惯称为压力。它是空气分

4、子热运动对器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。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：根据密度的定义，这时液体的质量为： mass=Vmass=V = =hAhA kg kg液体的重力为：液体的重力为：F=F=hAhA g g N N 根据压力的定义，有：根据压力的定义，有： P=F/A=P=F/A= ghgh N/m N/m2 2 or Pa or Pa 因此，如果液体的密度已知，因此，如果液体的

5、密度已知，h h就可代表压力。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：、矿井常用压强单位： Pa、Mpa、mmHg、mmH20、mmbar 、 bar、atm 等等。 换算关系：换算关系：1 atm = 760 mmHg = 1013.25 mmbar = 101325 Pa 1 mmbar = 100 Pa = 10.2 mmH201 mmHg = 13.6mmH20 = 133.32 Pa9第一节 空气主要物理参数 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。表表示示空空气湿度的方法气湿度的方法：绝对湿度、相对温度和

6、含湿量三种。绝对湿度、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其分压力与温度下的密度。在其分压力与温度下的密度。 v v= =M Mv v/V/V10第一节 空气主要物理参数 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

7、这种种含含有有极极限限值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和水水蒸蒸分分压压力力，P PS S，其其所所含含的的水水蒸蒸汽汽量叫量叫饱和湿度饱和湿度， s s 。11第一节 空气主要物理参数 、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下的饱和水蒸汽含量（度下的饱和水蒸汽含量（ 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，

8、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时的温时的温度称为度称为露点露点。 露点露点：将不饱和空气冷却时，随着温度逐渐下降，相对：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，当达到湿度逐渐增大，当达到100100时，此时的温度称为露点。时，此时的温度称为露点。12第一节 空气主要物理参数例如：甲地：例如：甲地：t= 18 t= 18 ， V V0.0107 Kg/m0.0107 Kg/m3 3 乙地：乙地：t= 30 t= 30 ， V V0.0154 Kg/m0.01

9、54 Kg/m3 3解：查附表解：查附表 当当t t为为1818， s s0.0154 Kg/m0.0154 Kg/m3 3 ， 当当t t为为3030， s s 0.03037 Kg/m0.03037 Kg/m3 3， 甲地：甲地： V V S S0.700.7070 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。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？上例甲地、乙地的露点分别为多少？13第一节 空气主要物理参数 、含湿量、含湿

10、量 含有含有1kg1kg干空气的湿空气中所含水蒸汽的质干空气的湿空气中所含水蒸汽的质量（量（kgkg）称为空气的含湿量。）称为空气的含湿量。 将将 ， 代入得：代入得：14第一节 空气主要物理参数井下空气湿度的变化规律井下空气湿度的变化规律 进风线路进风线路有可能出现有可能出现冬干夏冬干夏湿湿的现象。进风井巷有淋水的情的现象。进风井巷有淋水的情况除外。在采掘工作面和回风线况除外。在采掘工作面和回风线路上，气温长年不变，湿度也长路上，气温长年不变，湿度也长年不变，一般都接近年不变，一般都接近100100，随，随着矿井排出的污风，每昼夜可从着矿井排出的污风，每昼夜可从矿井内带走数吨甚至上百吨的地矿

11、井内带走数吨甚至上百吨的地下水。下水。进风路线进风路线回风路线回风路线采掘采掘工作工作面面湿湿度度夏夏冬冬15四、焓四、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。 单位质量物质的焓称为比焓（有时也将比焓简称为焓），即有： i=id+diV=1.0045t + d(2501+1.85t) 实际应用焓-湿图（I-d)第一节 空气主要物理参数16第一节 空气主要物理参数五、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内部两个流体层的接触面上，便产生粘性阻力(

12、 (内摩擦力内摩擦力) )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。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。 V y17第一节 空气主要物理参数运动粘度为： 用符号(m2s) 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。 18第一节 空气主要物理参数六、密度六、密度 单位体积空气所具有

13、的质量称为空气的密度，与单位体积空气所具有的质量称为空气的密度，与P P、t t、湿、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：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：根据气体状态方程，可推出空气密度计算公式： kg/m3 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； 为相对湿度为相对湿度；为空气绝对温度，为空气绝对温度，T= t + 273 , KT= t + 273 , K。 kg/m3 式中：式中：P为大气压，为大气压，sat为饱和水蒸汽压，单位：为饱和水

14、蒸汽压，单位：mmHg。 注意：注意：和和sat 单位一致单位一致。 空气比容空气比容： =V/M=1/ 19第一节 空气主要物理参数七、七、 矿内空气的热力变化过程矿内空气的热力变化过程 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。井下空气的状态变化给予具体分析。 20第一节 空气主要物理参数 1)1)等容过程等容过程 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： 21第一节 空气

15、主要物理参数 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： 22第一节 空气主要物理参数2)2)等压过程等压过程 当当P=P=常数时，则常数时，则v/T=R/P=v/T=R/P=常数。表明等压过程是常数。表明等压过程是P P不变而不变而v v和和T T成正比变化的过程。成正比变化的过程。对外界作功为：对外界作功为：热量变化为：热量变化为： 在此过程中，空气所吸收或放出的热量等于空气焓的增加在此过程中，空气所吸收或放出的热量等于空气焓的增加或减少。或减少。因因 不变，压能变化为：不变，压能变化为：

16、 23第一节 空气主要物理参数3)3)等温过程等温过程 当当T=T=常数时，则常数时，则 表明等温过程是表明等温过程是T T不变不变而而P P和和v v成反比变化的过程。因成反比变化的过程。因 , ,则对外作功为：则对外作功为： 因因T T不变，内能不变，内能u u不变，故热量变化为：不变，故热量变化为： 24第一节 空气主要物理参数 在此过程中，空气从外界获得的热量，等于空气对外界作在此过程中，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：的功。因： 故压能变化为：故压能变化为： 2

17、5第一节 空气主要物理参数4) 4) 绝热过程绝热过程 绝热过程是空气和外界没有热量交换的情况下绝热过程是空气和外界没有热量交换的情况下dpdp=0=0，所进，所进行的膨胀或压缩的过程，空气的行的膨胀或压缩的过程，空气的T T、v v都发生变化，而且变化规都发生变化，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：状态变化规律为： 式中：式中：k k绝热指数，对于空气，绝热指数，对于空气， k k =1

18、.41 =1.41则压能变化为：则压能变化为： 26第一节 空气主要物理参数5)5)多变过程多变过程 这是多种变化过程，这个过程的状态变化规律为这是多种变化过程，这个过程的状态变化规律为: : nn多变指数，不同的多变指数，不同的n n值决定不同的状态变化规律，描值决定不同的状态变化规律，描述不同的变化过程；述不同的变化过程； 例如当例如当n=0n=0时，时，P=P=常数，表示等压过程；常数，表示等压过程； n=1n=1时，时，PvPv= =常数，表示等温过程；常数，表示等温过程； n=Kn=K时，时，PvPvk k= =常数，表示绝热过程；常数，表示绝热过程； n=n=时，时，v =v =常

19、数，表示等容过程。常数，表示等容过程。 则压能变化为：则压能变化为：27第一节 空气主要物理参数6)6)实际气体的状态方程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，通常采用与常采用与RTRT的比值来说明这个比值称为压缩因子，以符号的比值来说明这个比值称为压缩因子，以符号Z Z表表示，定义式为：示，定义式为：

20、显然，理想气体的显然，理想气体的Z Z1 1，实际气体的，实际气体的Z Z一般不等于一般不等于1 1，而是，而是Z Z1 1或或Z Z1 1。Z Z值偏离值偏离1 1的大小，是实际气体对理想气体性质偏离的大小，是实际气体对理想气体性质偏离程度的一个度量。程度的一个度量。28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。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

21、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叫静压能，静压能，J Jm m3 3，在矿井通风中，压力的概念与物理学中的压，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。强相同，即单位面积上受到的垂直作用力。 静压静压Pa=N/mPa=N/m2 2也可称为是静压能也可称为是静压能，值相等。，值相等。29第二节 风流的能量与压力（）静压特点（）静压特点 a.a.无论静止的空气还是流动的空

22、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，则指风流，则指风流1m1m3 3具有具有101332J101332J的静压能。的静压能。 30第二节 风流的能量与压力（）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） 根根据据压压力力

23、的的测测算算基基准准不不同同，压压力力可可分分为为：绝绝对对压压力力和和相相对对压力压力。 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称之为绝对压力，用力称之为绝对压力，用 P P 表示。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) )测得的压力称之为相对压力，即通常所说的表压力，用测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。 风流的绝对压力（风流的绝对压力（P P）、相对压力（）、相对压力（h h）和与其对应的大气）和与其对应的大

24、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 031 aP0Pb真空P0Pahb(+)ha(-)bP0Pi 与与 hi 比较：比较：(1) P(1) Pi i00， h hi i有正负之分；有正负之分；( (2) 2) 同一断面同一断面P Pi i随高度而变化，随高度而变化，h hi i与高度无关。与高度无关。3) Pi P0i, Pi =P0i, Pi PPi i h htiti h hi i。 40第二节 风流的能量与压力二、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(1m3)空气所

25、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：h hvivi= = P Ptiti- P- Pi i hvi、hI和hti三者之间的关系为：h htiti = h= hi i + + h hvivi 。 41第二节 风流的能量与压力 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为正。正。 P Ptiti and P and Pi i P Po io i h hi i ， h htiti0 0 且且 h htiti h hi i ， h htiti = h= hi i +

26、 + 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）：抽出式通风（负压通风）：风流中任一点的相对全压恒为风流中任一点的相对全压恒为负，对于抽出式通风由于负，对于抽出式通风由于h htiti 和和 h hi i 为负，实际计算时取其绝为负，实际计算时取其绝对值进行计算对值进行计算。 P Ptiti and P and Pi i P Po io i h htiti 0 0 且且 h htiti h hi i ，但，但| | h htiti

27、| |h | |hi i| |42 风流点压力间的关系风流点压力间的关系abPa真空真空P0Pbha(+)hb(-)P0Ptahvhta (+)hvhtb(-)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hvPtahta (+)P0aPtbP0bhtb(-)hv实际应用中，因为负通实际应用中，因为负通风风流的相对全压和相风风流的相对全压和相对静压均为负值，故在对静压均为负值，故在计算过程中取其绝对值计算过程中取其绝对值进行计算。进行计算。| | htihti| =|hi| | =|hi| hvihvi 抽出式通风的实质是使抽出式通风的实质是使风机入口风

28、流的能量降风机入口风流的能量降低，即入口风流绝对压低，即入口风流绝对压力小于风机进口压力力小于风机进口压力。43第二节 风流的能量与压力例例 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 h hi i=1000Pa=1000Pa，h hvivi=150Pa=150Pa，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

29、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) (2) h htiti= =h hi i+h+hvivi=1000+150=1150Pa=1000+150=1150Pa (3) (3) P Ptiti=P=P0i0i+h+htiti= =P Pi i+h+hvivi=101332.32+1150=Pa =101332.32+1150=Pa 44第二节 风流的能量与压力例例 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

30、中中 某某 点点 i i的的 h hi i=1000Pa=1000Pa，h hvivi=150Pa=150Pa，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。 解：解：(1) P(1) Pi i=P=P0i0i+h+hi i=101332.5-1000=100332Pa=101332.5-1000=100332Pa (2) | (2) |h htiti|

31、 =|h| =|hi i| | h hvivi1000-150=850Pa1000-150=850Pa h htiti 850 Pa 850 Pa (3) (3) P Ptiti=P=P0i0i+h+htiti=101332.5-850=100482Pa=101332.5-850=100482Pa45第二节 风流的能量与压力三、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、（）绝对压力测量：空盒气压计、精密气压计、水银气压计等。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

32、压计、“”水柱计、补偿式微压计、倾斜单管压差计。水柱计、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。 46第二节 风流的能量与压力、压力测定、压力测定 （）绝对压力（）绝对压力直接测量读数。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 i47第二节 风流的能量与压力推导如图推导如图 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

33、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度，胶皮管内的空气平均密度为为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点同标高的大气点同标高的大气压压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ghgh P P0i 0i + + m mg(z-hg(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

34、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 48第二节 风流的能量与压力 若若 m m m m 有有： 水水 m m （PaPa） （mmHmmH2 20 0） 对于负压通风对于负压通风的情况请自行的情况请自行推导（注意连接方法）：推导（注意连接方法）： z zP P0 i0 ih h0 00 049第二节 风流的能量与压力说明：说明：（1 1）水柱计上下移动时，）水柱计上下移动时，hi hi 保持不变；保持不变； （2 2）在风筒同一断面上、下移动皮托管，水柱计读数不）在风筒同一断面

35、上、下移动皮托管，水柱计读数不变，说明同一断面上变，说明同一断面上 hi hi 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 v50第二节 风流的能量与压力作作 业业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相对压力相对压力如图所示，求动压，并判断如图所示，求动压，并判断通风方式通风方式zP0 i100150hv51第二节 风流的能量与压力本节重点本节重点 能量方程及在矿井中的应用能量方程及在

36、矿井中的应用 52第三节 通风能量方程 当空气在井巷中流动时，将会受到通风阻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，使得地流动，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。通风阻力和通风动力相平衡。 53第三节 通风能量方程一、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。在满它所流经的空间。在无点源或点汇无点源或点汇存在时，存在时，根据质根据质量守恒定律量守恒定律：对于稳

37、定流，：对于稳定流，流入某空间的流体质量必流入某空间的流体质量必然等于流出其的流体质量。然等于流出其的流体质量。 54第三节 通风能量方程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： Mi=const Mi=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

38、2。两种特例两种特例： （1 1）若）若 S S1 1S S2 2，则，则 V V1 1 V V； （2 2）若）若，则，则 V V1 1 S S1 1 V V S S 。 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量相等，即Q=Q=v vi iS Si i=const=const55第三节 通风能量方程二、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。变化规律，是能量守恒和转换定律在矿井通风中的应用。

39、 （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、静压能、动压能、位能位能）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。 56第三节 通风能量方程机械能：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。空气之和。空气的内能是空气状态参数的函数，即：的内能是空气状态参数的函数，即：u =fu =f（ T T，P

40、P）。）。能量分析：能量分析： 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：57第三节 通风能量方程 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， 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） ； 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这部分被消耗的能量将转化成热

41、能仍存在于空气中）转化成热能仍存在于空气中）； 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。z z1 1z z2 20 00 0p p1 1、v v1 1、u u1 1p p2 2、v v2 2、u u2 2q qL LR Rq qR R58第三节 通风能量方程能量守恒定律：能量守恒定律： 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），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：用于增加空气的内能，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 m

42、3 3/kg/kg。又因为：又因为： 59第三节 通风能量方程 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单位质量可压缩空气在无压源无压源的井巷中流动时能量的井巷中流动时能量方程的一般形式。方程的一般形式。 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。态密切相关。对于不同的状态过程，其积分结果是不同的。60第三节 通风能量方程 对于多变过程，过程指数为对于多变过程，过程指

43、数为 n n ，对伯努利积分进行积分，对伯努利积分进行积分计算，可得到：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。能量方程可写成如下一般形式。过程指数过程指数n n按下式计算按下式计算： 61第三节 通风能量方程 有压源有压源 L Lt t 在时在时，单位质量可压缩空气井巷中流动时能量，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。方程可写成如下一般形式。令令式中式中 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密度，得：断面间按状态过程考虑的空气平均密度，得：62第三节 通风能量方程则单

44、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： 无源无源有源有源63第三节 通风能量方程（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）流体的能量方程。在考虑空气的可压缩性时，那么程。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空气流动过程空气流动过程中的能量损失（中的能量损失（L LR R J/Kg

45、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； 单位体积单位体积(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： 64第三节 通风能量方程关于单位体积能量方程几点说明：关于单位体积能量方程几点说明： 1、1m3 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。 2、g g m m（Z Z1 1-Z-Z2 2）是1、2 断面的位能差。当1、2 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m的计算，及基准面的

46、选取。 m的测算原则：将12测段分为若干段，计算各测定断面的空气密度(测定 P、t 、)，求其几何平均值。 基准面选取：取测段之间的最低标高作为基准面。65第三节 通风能量方程 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，断面的位能差，基准面可选在基准面可选在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： 1230066第三节 通风能量方程、 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

47、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。即上式写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：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。 67第三节 通风能量方程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：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：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

48、布的不均匀性，用断面平均风速计算出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。需用动能系数来的断面总动能与断面实际总动能不等。需用动能系数K Kv v加以加以修正。在矿井条件下，修正。在矿井条件下，K Kv v一般为一般为1.021.021.051.05。由于动能差项很。由于动能差项很小，在应用能量方程时，可取小，在应用能量方程时，可取K Kv v为为1 1。 68第三节 通风能量方程 因此，在进行了上述两项简化处理后，单位体积因此，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：流体的能量方程可近似的写成： 或或 J Jm m3

49、3 无源无源有源有源69第三节 通风能量方程（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. 能量方程的意义能量方程的意义是表示是表示1kg1kg（或（或1m1m3 3）空气由）空气由1 1断面流向断面流向2 2断面的过程中所消耗的能量（通风阻力），等于流经断面的过程中所消耗的能量（通风阻力），等于流经1 1、2 2断面断面间空气总机械能（静压能、动压能和位能）的变化量。间空气总机械能（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风流流动必须是稳定流，即断面上的参数不随时间的变，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

50、场上。化而变化；所研究的始、末断面要选在缓变流场上。 70第三节 通风能量方程 3. 3. 风流总是从总能量（机械能）大的地方流向总能量小风流总是从总能量（机械能）大的地方流向总能量小的地方的地方。在判断风流方向时，应用始末两断面上的总能量来进。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，时，应先假设风流方向应先假设风流方向，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，则风流方与假设相，

51、则风流方与假设相反。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。 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流的压源的作用方向与风流的方向一致，压源为正方向一致，压源为正，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；如果两者方向相反，压源为负反，压源为负，则压源成为通风阻力。，则压源成为通风阻力。71第三节 通风能量方程 6 6、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、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

52、：定律列方程： 31272第三节 通风能量方程 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两断面的绝对静压分别为别为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，两断面间的通风阻力，并判断风流方向。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

53、： = =（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。 Z Z1 1-Z-Z2 21 12 273第三节 通风能量方程例例 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

54、2= =400m400m；气温；气温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%；断面平均；断面平均风速风速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； 74第三节 通风能量方程 75第三节 通风能量方程 76第三节 通风能量方程 或或 h

55、R=LR m=382.261.23877= 473.53 J/m377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 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。 如图的通风机水平风道系统，绘制能量（压力）坡度线。如图的通风机水平风道系统，绘制能量（压力）坡度线。 扩扩散器散器01234567891078第四节 能量方程在矿井通风中的应用、风流的边界条件、风流的边界条件 入口断面处：入口断面处： 风流入口断面处的风流入口断面处的绝

56、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，即：（可用能量方程加以证明，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，对出口断面的内外侧列能量方程并（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：忽略极小的出口流动损失），即： P Pexex=P=P0 0，所以，所以，h hexex=0=0，h htextex= =h hvexvex； 79第四节

57、 能量方程在矿井通风中的应用 、作图步骤、作图步骤 ）以纵坐标为压力（相对压力或绝对压力），）以纵坐标为压力（相对压力或绝对压力），横坐标为风流流程；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关）将各测点的相对静压和相对全压与其流程关系描绘在坐标；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）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。起来，就得到所要绘制的能量（压力）坡度线。 80第四节 能量方程在矿井通风中的应用水平管道能量（压力）坡度线水平管道能量（压力）坡度线0

58、12345678910P0压力压力Pa流程流程扩扩散器散器H thR12hR7881第四节 能量方程在矿井通风中的应用（二）能量（压力）坡度线的分析（二）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，且大气压相等。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面的全压由能量方程知，任意两断面间的通风阻力就等于两断面的全压差：差： P P0i 0i = P = P0j0j 82第四节 能量方程在矿井通风中的应用a a、抽出段、抽出段 求入口断面至求

59、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 htiti= =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 ）的通风阻力：）的通风阻力： h hRiRij j = = P PtitiP Ptjtj h htiti = = P Ptiti - P - P0i 0i 又又| |h htiti| =|h|

60、 =|hi i| |h hvivi 代入上式得：代入上式得： P Ptiti =P =P0i0i|h|hi i| | h hvivi 同理：同理： Ptj =P0i|hj|hvj hRij =(P0i|hi|hvi)(P0i|hj|hvj) |hj|hi|+ hvjhvi |htj|hti| 若若hvi hvj hRij |hj|hi|83第四节 能量方程在矿井通风中的应用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 htitih ht10 t10 = =h htitih hv10v10 (h (

61、h1010=0=0） 即：即：压入段任意断面压入段任意断面i i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）。）。 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 htitih htjtj2 2、能量（压力）坡度线直观明了地表达了风流流动过程中的能、能量（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。量变化。绝对绝

62、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化随动压的大小变化而变化。84第四节 能量方程在矿井通风中的应用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渐扩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气的风流大的风道，使得出口风速变小，从而达到减小流入大气的风流动能。扩散器安设的是否合理，可用回收的动能值（动能。扩散器安设的是否合理，可用回收的动能值（ h

63、hv v）与扩）与扩散器自身的通风阻力（散器自身的通风阻力（h hRdRd）相比较来确定，即：）相比较来确定，即： h hv v= = h hvexvexh hvexvex h hRdRd 合理合理 h hv v= = h hvexvexh hvexvex 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是因此，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，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相对静压的负值越大，其扩散器回收动能的效果越好。 86第四节 能量方程在矿井通风中的应用（三）通风机全

64、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，：就是将电能转换为风流的机械能，促使风流流动。促使风流流动。通风机的全压通风机的全压H Ht t等于通风机出口全压等于通风机出口全压与入口全压之差与入口全压之差： H Ht t = P= Pt6t6P Pt5t5 87第四节 能量方程在矿井通风中的应用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

65、 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 0t 0h hR0R05 5） =h=hR6R61010P P0 0h hv10v10（P P0 0h hR0R05 5）=h=hR6R61010h hv10v10h hR0R05 5 H Ht t= h= hR0R01010h hv10v10

66、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。 88第四节 能量方程在矿井通风中的应用3 3、通风机静压、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 = hR0R010104 4、通风机全压与静压关系、通风机全压与静压关系 H Ht t= H= Hs sh hv10v10 通风机的全压等于通风机的静压和出口动能损失之和。通风机的全压等于通风机的静压和出口动能损失之和。89第四节 能量方程在矿井通风中的应用两个特例两个特例： a a）无正压通

67、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 抽出式通风方式抽出式通风方式50690第四节 能量方程在矿井通风中的应用 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=hR6R61010P Pt10 t10 ，P Pt10t10=P=P0 0h hv10 v10 ；P Pt5t5=P=P0 0 H Ht t=

68、h=hR6R61010h hv10v10 从上面两种特例验证了，无论通风机作何中工作方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。失，通风机的静压用于克服风道的通风阻力。 压入式通风方式压入式通风方式651091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 绘制通风系统能量（压力）坡度线绘制通风系统能量（压力）坡度

69、线( (一般用绝对压力一般用绝对压力) )方法：方法： 布置测点：布置测点：沿风流流程布设若干测点；沿风流流程布设若干测点； 测定参数：测定参数：测出各点的测出各点的绝对静压绝对静压、风速风速、温度、湿度、标温度、湿度、标高高等参数；等参数； 计算出各点能量：计算出各点能量：动压、位能和总能量；动压、位能和总能量； 绘图：绘图：以能量以能量( (压力压力) )为纵坐标，以风流流程为横坐标为纵坐标，以风流流程为横坐标在坐标图上描出各测点能量在坐标图上描出各测点能量( (压力压力) ) ，将同名参数点用折线连接，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。起来，即是所

70、要绘制的通风系统风流能量（压力）坡度线。92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有高度变化的风流路线上能量( (压力压力) )坡度线的坡度线的作图步骤：作图步骤：1.1.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.测算出各断面总压能测算出各断面总压能( (包括静压、动压和相对基准面位能包括静压、动压和相对基准面位能) )。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，即得坐标，把各断面的静压

71、、动压和位能描在坐标系中，即得1 1、2 2、3 3、4 4断面的断面的总能量总能量。4.4.把各断面的同名参数点把各断面的同名参数点用折线连接起来，用折线连接起来，即得即得1 1流程上流程上的压力坡度线。的压力坡度线。 93a0,b0,c0,d0-风流不流动时各断面的总能量；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；风流流动时各断面的总能量；（除去阻力损失（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；风流流动时各断面的绝对全压能；（除去位能）（除去位能）a2,b2,c2,d2-风流流动时各断面的绝对静压能。风流流动时各断面的绝对静

72、压能。 （除去动能）（除去动能）a1a2b2c2bcdd1d2P0Pa压压能能b0c0d0a0eEP01HNHt0134流程流程(a)(b1)(c1)h12h23h34h14EP04EP04HN+ HTh14hv4294第四节 能量方程在矿井通风中的应用( (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-a-b-c-db-c-d ）清楚地反映了风流）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在流动过程中，沿程各断面上全能量与通风阻力h hR R之间关系。之间关系。 全能量沿程逐渐下降

73、，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），任意两断面间的通风阻），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。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1 12 2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；在3 34 4段其压力坡度线变化正好相反，静压逐渐减小，位能逐渐增段其压力坡度线变化正好相反，静压逐渐减小，位能逐

74、渐增大）。说明，静压和位能之间可以相互转化。大）。说明，静压和位能之间可以相互转化。 95第四节 能量方程在矿井通风中的应用 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和和通风机全压（通风机全压（H Ht t) )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。 H HN N +H+Ht t = = (d(d2 2e)=(de)=(d0 0d)+(dd)+(d1 1d d2 2) ) 、能量（压力）坡度线可以清楚的看到风流沿程各种能、能量（压力）坡度线可以清楚的看到风

75、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）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意两点间的能量大小，判断风流方向。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出是有力的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。（例见工具。（例见P33P33） 96第四节 能量方程在矿井通风中的应用三、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，用对于较复杂的通风系统，由于井巷分支多，结构复杂

76、，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。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。为此提出了使用通风系统网络相对压能图或相对等熵静压图。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。 1 1、相对压能图、相对压能图 实质实质：就是：就是节点赋于压能值的通风系统网络图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压能图各节点的压能值是相对于某一基准点相对于某一基准点( (面面) )所具有的总能所具有的总能量值量值；或是；或是相对某一参考面（如进风井口等）之间的通风阻力相对某一参考面（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

77、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。97第四节 能量方程在矿井通风中的应用例例2 2 如图如图2-4-42-4-4所示的同采工作面简化系统，风流从进风上山经所示的同采工作面简化系统，风流从进风上山经绕道绕道1 1分为二路；一路流经分为二路；一路流经1 1(2(2为工作面为工作面)；另一路流经（为工作面另一路流经（为工作面）。两路风流）。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？现有害气体是否会影响另一工作面？ 123456098第四节 能量方程在矿井通风中的应用解解

78、：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总压能。根据测算的结果即可绘出压力坡度线见图。根据测算的结果即可绘出压力坡度线见图2-4-52-4-5。0146235压力压力流程流程123456099第四节 能量方程在矿井通风中的应用 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线路上各点风流的全能量大

79、于线路上各对应点风流的全能量。所以工量大于线路上各对应点风流的全能量。所以工作面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或其采空区发生火灾时其有害气体将会流向工作面区发生火灾时其有害气体将会流向工作面，影响工作面，影响工作面的的安全生产。安全生产。 100第四节 能量方程在矿井通风中的应用2 2、相对等熵压能图、相对等熵压能图 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- P0i0

80、i ，而井，而井巷风流的巷风流的 P P0i 0i 未知。假设大气压随高度变化属理想的绝热等熵未知。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过程，根据气态方程可推算P P0i 0i ，记为记为 P Pi i 。 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，它与对应高，它与对应高度的等熵静压之差就是相对等熵静：度的等熵静压之差就是相对等熵静： 101第四节 能量方程在矿井通风中的应用步骤：步骤：1 1）布置测点：）布置测点：沿风流方向；沿风流方向；2 2）测定参数：）测定参数：测定各测点绝对静压和标高；测定各测点绝对静压和标高；

81、3 3）计算：）计算：计算各测点等熵静压和相对等熵静压；计算各测点等熵静压和相对等熵静压；4 4）绘图：）绘图：以相对等熵静压为纵坐标，以风流方向为横坐标，按以相对等熵静压为纵坐标，以风流方向为横坐标，按通风系统结构布置，即可画出相对等熵静压图。通风系统结构布置，即可画出相对等熵静压图。注意：注意：1)1)节点间的动力、热源；节点间的动力、热源； 2)2)抽出式通风，相对等熵静压为负值，取其抽出式通风，相对等熵静压为负值，取其绝对值绝对值。 102第四节 能量方程在矿井通风中的应用 例，某通风系统如图，根据通风阻力测定资料计算整理得例，某通风系统如图，根据通风阻力测定资料计算整理得各节点相对于

82、基准面各节点相对于基准面1 1的压能降低值如下，试画出该系统的相对的压能降低值如下，试画出该系统的相对压能图。压能图。 节点节点1 12 23 34 45 56 67 78 8相对压能相对压能/Pa/Pa0 015015035035080080010501050350350750750140014003 31 12 24 46 67 75 58 8103第四节 能量方程在矿井通风中的应用 3 31 12 24 46 67 75 58 8104第四节 能量方程在矿井通风中的应用 某矿通风系统如图，今测得各点风流的有关参数如表，试某矿通风系统如图，今测得各点风流的有关参数如表，试画出该系统的相对等

83、熵静压图。画出该系统的相对等熵静压图。 节点号标高/m空气密度/kg/m3绝对静压/Pa等熵静压/Pa相对等熵静压/Pa101.2176101396.2101396.20.0 2-2001.2247103397.4103841.8-444.4 3-3001.2273104329.4105024.9-695.5 4-3001.2047103542.6105024.9-1482.3 5-2001.1953102063.2103841.8-1778.6 601.164698992.7101396.2-2403.5 7-2001.2242103300.8103841.8-541.0 8-2001.22

84、39102541.8103841.8-1300.0 105第四节 能量方程在矿井通风中的应用 1 12 23 34 47 78 85 56 6B BA A106第四节 能量方程在矿井通风中的应用四、矿井通风系统诸压力参数的关系1、抽出式通风矿井 h2=P2-P0(1) h2与阻力的关系 |h2|=hR12+hv2-HNh2反映了矿井通风阻力和自然风压等参数的关系。107第四节 能量方程在矿井通风中的应用 (2) h2与主要机风压的关系 Ht= |h2|-hv2+hRd+hv4 hRd不计，Ht |h2|-hv2+hv4 可估算风机的全压 (3) Ht、HN、hR12之间的关系之间的关系 HtH

85、N=hR12+hRd+hv4 风机风压和自然风压联合作用，克服矿井和扩散器的阻力风机风压和自然风压联合作用，克服矿井和扩散器的阻力以及扩散器出口动能损失。以及扩散器出口动能损失。108第四节 能量方程在矿井通风中的应用 2、压入式通风矿井 h1=P1-P0 (1) h1与阻力的关系 h1=hR12+hv2-hv1-HN h1反映了矿井通风阻力和自然风压等参数的关系。 12Z1Z2-+1109第四节 能量方程在矿井通风中的应用(2) h2与主要机风压的关系 Ht= h1+hv1 h1可估算风机的全压(3) H(3) Ht t、H HN N、h hR12R12之间的关系之间的关系 H Ht tHH

86、N N=h=hR12R12+h+hv2v2 风机风压和自然风压联合作用，克服矿井和扩散器的阻力风机风压和自然风压联合作用，克服矿井和扩散器的阻力以及扩散器出口动能损失。以及扩散器出口动能损失。 110第四节 能量方程在矿井通风中的应用例 题 某抽出式通风矿井主要通风机房水柱计读数h2=267.5mmH2O,风峒通过的风量60.3m3/s ，测定当时的自然风压为HN=+25mmH2O，风峒测压处的断面S2=3.14m2，测点空气密度2=1.175kg/m3。若扩散器出口断面为S4= 4.74m2，出口密度4=1.25kg/m3。1)求矿井通风阻力；2)求通风机全压。解：解：1)hv2=1/22

87、2(Q(Q2 2/S/S2 2) )2 2=1/21.175(60.3/3.14)=1/21.175(60.3/3.14)2 2=216.7Pa=216.7Pa h hR12R12=|h=|h2 2|-h|-hv2v2+H+HN N=267.59.81-216.7+259.81=267.59.81-216.7+259.81 =2649.8Pa=270.4mmH =2649.8Pa=270.4mmH2 2O O2) h2) hv4v4=1/2=1/24 4(Q(Q2 2/S/S4 4) )2 2=1/2*1.25*(60.3/4.74)=1/2*1.25*(60.3/4.74)2 2=101.2Pa=101.2Pa H Ht t |h |h2 2|-h|-hv2v2+h+hv4v4=267.5*9.81-216.7+101.2=2505.9Pa=267.5*9.81-216.7+101.2=2505.9Pa111作 业 题2-52-52-82-82-102-102-132-132-152-152-172-17112本章内容结束谢谢113