礦井通風(fēng)與安全課件《通風(fēng)部分》第二章礦井空氣流動(dòng)的基本理論

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1、1郭 玉 森 教 授 主 要 研 究 內(nèi) 容 ： 礦 井 空 氣 沿 井 巷 流 動(dòng) 過(guò) 程 中 宏 觀 力學(xué) 參 數(shù) 的 變 化 規(guī) 律 以 及 能 量 的 轉(zhuǎn) 換 關(guān) 系 。 介 紹 空 氣 的 主要 物 理 參 數(shù) 、 性 質(zhì) ， 討 論 空 氣 在 流 動(dòng) 過(guò) 程 中 所 具 有 的 能量 （ 壓 力 ） 及 其 能 量 的 變 化 。 根 據(jù) 熱 力 學(xué) 第 一 定 律 和 能量 守 恒 及 轉(zhuǎn) 換 定 律 ， 結(jié) 合 礦 井 風(fēng) 流 流 動(dòng) 的 特 點(diǎn) ， 推 導(dǎo) 了礦 井 空 氣 流 動(dòng) 過(guò) 程 中 的 能 量 方 程 ， 介 紹 了 能 量 方 程 在 礦井 通 風(fēng) 中 的 應(yīng)

2、 用 。第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 2郭 玉 森 教 授 本 章 重 點(diǎn) ： 能 量 方 程空 氣 的 物理 參 數(shù) 風(fēng) 流 的能 量 與點(diǎn) 壓 力 能 量 方 程在 礦 井 中的 應(yīng) 用 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 3郭 玉 森 教 授 本 章 難 點(diǎn) ：點(diǎn) 壓 力 之間 的 關(guān) 系 能 量 方 程在 礦 井 中的 應(yīng) 用 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 4郭 玉 森 教 授4、 能 量 方 程 在 礦 井 通 風(fēng) 中 的 應(yīng) 用 3、 礦 井 通 風(fēng) 中 的

3、 能 量 方 程 2、 風(fēng) 流 的 能 量 與 壓 力1、 空 氣 的 主 要 物 理 參 數(shù) 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 5郭 玉 森 教 授 第 一 節(jié) 空 氣 的 主 要 物 理 參 數(shù)焓濕 度溫 度 返 回 本 章粘 性壓 力（ 壓 強(qiáng) ） 密 度第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 6郭 玉 森 教 授 一 、 溫 度 溫 度 是 描 述 物 體 冷 熱 狀 態(tài) 的 物 理 量 。二 、 壓 力 （ 壓 強(qiáng) ） 空 氣 的 壓 力 也 稱 為 空 氣 的 靜 壓 ， 用 符 號(hào) P表 示 。 壓 強(qiáng) 在 礦 井 通 風(fēng) 中 習(xí) 慣 稱 為

4、 壓 力 。 礦 井 常 用 壓 強(qiáng) 單 位 ： Pa Mpa mmHg mmH20 mmbar bar atm 等 。 換 算 關(guān) 系 ： 1 atm = 760 mmHg = 1013.25 mmbar = 101325 Pa (見(jiàn) P396) mmbar = 100 Pa = 10.2 mmH20, mmHg = 13.6mmH20 = 133.32 Pa 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 返 回 本 節(jié) 7郭 玉 森 教 授 三 、 濕 度 、 絕 對(duì) 濕 度 、 相 對(duì) 濕 度 、 含 濕 量 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 每 立 方

5、米 空 氣 中 所 含 水 蒸 汽 的 質(zhì) 量 叫 空 氣 的 絕 對(duì)濕 度 。 其 單 位 與 密 度 單 位 相 同 （ Kg/ m3） ， 其 值 等 于水 蒸 汽 在 其 分 壓 力 與 溫 度 下 的 密 度 。 v=Mv/V概 念 ： 飽 和 空 氣 飽 和 水 蒸 分 壓 力 飽 和 濕 度 單 位 體 積 空 氣 中 實(shí) 際 含 有 的 水 蒸 汽 量 （ V） 與 其 同 溫 度 下 的飽 和 水 蒸 汽 含 量 （ S） 之 比 稱 為 空 氣 的 相 對(duì) 濕 度 V S 反 映 空 氣 中 所 含 水 蒸 汽 量 接 近 飽 和 的 程 度 。 愈 小 空 氣 愈 干 爆

6、 ， 為 干 空 氣 ； 愈 大 空 氣 愈 潮 濕 ， 為 飽 和 空 氣 。溫 度 下 降 ， 其 相 對(duì) 濕 度 增 大 ， 冷 卻 到 =1時(shí) 的 溫 度 稱 為 露 點(diǎn)露 點(diǎn) ： 將 不 飽 和 空 氣 冷 卻 時(shí) ， 隨 著 溫 度 逐 漸 下 降 ， 相 對(duì) 濕 度 逐漸 增 大 ， 當(dāng) 達(dá) 到 100 時(shí) ， 此 時(shí) 的 溫 度 稱 為 露 點(diǎn) 。 含 有 1kg干 空 氣 的 濕 空 氣 中 所 含 水 蒸 汽 的 質(zhì) 量 （ kg）稱 為 空 氣 的 含 濕 量 。 d= V d, V= Ps/461T d=(P- Ps)/287T d=0.622 Ps/(P- Ps)返

7、回 本 節(jié) 8郭 玉 森 教 授 四 、 焓 焓 是 一 個(gè) 復(fù) 合 的 狀 態(tài) 參 數(shù) ， 它 是 內(nèi) 能 u和 壓 力 功 PV之和 ， 焓 也 稱 熱 焓 。 i=id+diV=1.0045t+d(2501+1.85t) 實(shí) 際 應(yīng) 用 焓 -濕 圖 （ I-d) 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 返 回 本 節(jié) 9郭 玉 森 教 授 五 、 粘 性 流 體 抵 抗 剪 切 力 的 性 質(zhì) 。 當(dāng) 流 體 層 間 發(fā) 生 相 對(duì) 運(yùn) 動(dòng) 時(shí)， 在 流 體 內(nèi) 部 兩 個(gè) 流 體 層 的 接 觸 面 上 ， 便 產(chǎn) 生 粘 性 阻 力 (內(nèi)摩 擦 力 )以 阻 止 相

8、 對(duì) 運(yùn) 動(dòng) ， 流 體 具 有 的 這 一 性 質(zhì) ， 稱 作 流 體的 粘 性 。 其 大 小 主 要 取 決 于 溫 度 。 V y 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 返 回 本 節(jié) 10郭 玉 森 教 授 根 據(jù) 牛 頓 內(nèi) 摩 擦 定 律 有 ： 式 中 ： 比 例 系 數(shù) ， 代 表 空 氣 粘 性 ， 稱 為 動(dòng) 力 粘 性 或 絕對(duì) 粘 度 。 其 國(guó) 際 單 位 ： 帕 .秒 ， 寫(xiě) 作 ： Pa.S。 運(yùn) 動(dòng) 粘 度 為 ： 溫 度 是 影 響 流 體 粘 性 主 要 因 素 ， 氣 體 ， 隨 溫 度 升 高 而 增 大 ，液 體 而 降 低 dyd

9、vSF 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 返 回 本 節(jié) 11郭 玉 森 教 授 六 、 密 度 單 位 體 積 空 氣 所 具 有 的 質(zhì) 量 稱 為 空 氣 的 密 度 ， 與 P、 t、 濕 度 等 有 關(guān) 。 濕 空 氣 密 度 為 干 空 氣 密 度 和 水 蒸 汽 密 度 之和 ， 即 ： 根 據(jù) 氣 體 狀 態(tài) 方 程 ， 可 推 出 空 氣 密 度 計(jì) 算 公 式 ： kg/m3 式 中 ： P為 大 氣 壓 ， sat為 飽 和 水 蒸 汽 壓 ， 單 位 ： Pa； 為 相 對(duì) 濕 度 ； 為 空 氣 絕 對(duì) 溫 度 ， T= t + 273 , K。

10、vad . )1(003484.0 378.0 P PTP sat 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 返 回 本 節(jié) 12郭 玉 森 教 授 式 中 ： P為 大 氣 壓 ， sat為 飽 和 水 蒸 汽 壓 ， 單 位 ： Pa； 為 相 對(duì) 濕 度 ； 為 空 氣 絕 對(duì) 溫 度 ， T= t + 273 , K。 kg/m3 式 中 ： P為 大 氣 壓 ， sat為 飽 和 水 蒸 汽 壓 ， 單 位 ： mmHg。 注 意 ： 和 sat 單 位 一 致 。 空 氣 比 容 ： =V/M=1/ )1(46457.0 378.0 P PTP sat 第 二 章 礦

11、 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 返 回 本 節(jié) 13郭 玉 森 教 授 第 二 節(jié) 風(fēng) 流 的 能 量 與 壓 力 風(fēng) 流 點(diǎn)壓 力 的測(cè) 定風(fēng) 流 的能 量 與壓 力 風(fēng) 流 的點(diǎn) 壓 力 之 間相 互 關(guān) 系 返 回 本 章第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 14郭 玉 森 教 授 能 量 與 壓 力 是 通 風(fēng) 工 程 中 兩 個(gè) 重 要 的 基 本 概 念 ， 壓 力可 以 理 解 為 ： 單 位 體 積 空 氣 所 具 有 的 能 夠 對(duì) 外 作 功 的 機(jī)械 能 。 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 15郭 玉 森 教 授 一 、

12、 風(fēng) 流 的 能 量 與 壓 力1.靜 壓 能 靜 壓（ 1） 靜 壓 能 與 靜 壓 的 概 念（ ） 靜 壓 特 點(diǎn)（ ） 壓 力 的 兩 種 測(cè) 算 基 準(zhǔn) （ 表 示 方 法 ） 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 返 回 本 節(jié) 16郭 玉 森 教 授 三 者 之 間 的 關(guān) 系 如 下 式 所 示 ： h = P P0a bPa 真 空P0 Pbha(+) hb(-)P0 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 返 回 本 節(jié) 17郭 玉 森 教 授 Pi 與 hi 比 較 ：I、 絕 對(duì) 靜 壓 總 是 為 正 ， 而 相 對(duì) 靜 壓 有 正

13、負(fù) 之 分 ；II、 同 一 斷 面 上 各 點(diǎn) 風(fēng) 流 的 絕 對(duì) 靜 壓 隨 高 度 的 變 化 而 變 化 ，而 相 對(duì) 靜 壓 與 高 度 無(wú) 關(guān) 。III、 Pi 可 能 大 于 、 等 于 或 小 于 與 該 點(diǎn) 同 標(biāo) 高 的 大 氣 壓(P0i)。 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 返 回 本 節(jié) 18郭 玉 森 教 授 2、 重 力 位 能（ 1)重 力 位 能 的 概 念 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 物 體 在 地 球 重 力 場(chǎng) 中 因 地 球 引 力 的 作 用 ， 由 于 位 置 的 不 同 而具 有 的 一 種 能

14、量 叫 重 力 位 能 ， 簡(jiǎn) 稱 位 能 ， 用 EPO 表 示 。 如 果 把 質(zhì) 量 為 M（ kg） 的 物 體 從 某 一 基 準(zhǔn) 面 提 高 Z（ m） ，就 要 對(duì) 物 體 克 服 重 力 作 功 M.g.Z（ J） ， 物 體 因 而 獲 得 同 樣 數(shù) 量（ M.g.Z） 的 重 力 位 能 。 即 ： EPO=M.g.Z 重 力 位 能 是 一 種 潛 在 的 能 量 ， 它 只 有 通 過(guò) 計(jì) 算 得 其 大 小 ，而 且 是 一 個(gè) 相 對(duì) 值 。 實(shí) 際 工 作 中 一 般 計(jì) 算 位 能 差 。 返 回 本 節(jié) 19郭 玉 森 教 授 （ ） 位 能 計(jì) 算 dzi

15、 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 重 力 位 能 的 計(jì) 算 應(yīng) 有 一 個(gè) 參 照 基 準(zhǔn) 面 。 Ep012= i gdzi如 下 圖 1 兩 斷 面 之 間 的 位 能 差 ： 返 回 本 節(jié) 20郭 玉 森 教 授 （ 3)位 能 與 靜 壓 的 關(guān) 系 dzi 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 當(dāng) 空 氣 靜 止 時(shí) （ v=0） ， 由 空 氣 靜 力 學(xué) 可 知 ： 各 斷 面 的 機(jī) 械能 相 等 。 設(shè) 以 2-2斷 面 為 基 準(zhǔn) 面 ： 1-1斷 面 的 總 機(jī) 械 能 E1=EPO1+P1 2-2斷 面 的 總 機(jī) 械 能

16、E2=EPO2+P2 由 E1=E2得 ： EPO1+P1=EPO2+P2 由 于 EPO2=0（ 2-2斷 面 為 基 準(zhǔn) 面 ） ， EPO1=12.g.Z12， 所 以 ： P2=EPO1+P1=12.g.Z12+P1 說(shuō) 明 ： 、 位 能 與 靜 壓 能 之 間 可 以 互 相 轉(zhuǎn) 化 。 II、 在 礦 井 通 風(fēng) 中 把 某 點(diǎn) 的 靜 壓 和 位 能 之 和 稱 之 為勢(shì) 能 。 返 回 本 節(jié) 21郭 玉 森 教 授 （ 4） 位 能 的 特 點(diǎn) 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 a.位 能 是 相 對(duì) 某 一 基 準(zhǔn) 面 而 具 有 的 能 量 ， 它

17、 隨 所 選 基 準(zhǔn) 面 的變 化 而 變 化 。 但 位 能 差 為 定 值 。 b.位 能 是 一 種 潛 在 的 能 量 ， 它 在 本 處 對(duì) 外 無(wú) 力 的 效 應(yīng) ， 即 不呈 現(xiàn) 壓 力 ， 故 不 能 象 靜 壓 那 樣 用 儀 表 進(jìn) 行 直 接 測(cè) 量 。 c.位 能 和 靜 壓 可 以 相 互 轉(zhuǎn) 化 ， 在 進(jìn) 行 能 量 轉(zhuǎn) 化 時(shí) 遵 循 能 量 守恒 定 律 。 返 回 本 節(jié) 22郭 玉 森 教 授 3.動(dòng) 能 動(dòng) 壓（ 1)動(dòng) 能 與 動(dòng) 壓 的 概 念 （ 2)動(dòng) 壓 的 計(jì) 算 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 當(dāng) 空 氣 流 動(dòng) 時(shí)

18、 ， 除 了 位 能 和 靜 壓 能 外 ， 還 有 空 氣 定向 運(yùn) 動(dòng) 的 動(dòng) 能 ， 用 Ev表 示 ， J/m3； 其 動(dòng) 能 所 轉(zhuǎn) 化 顯 現(xiàn)的 壓 力 叫 動(dòng) 壓 或 稱 速 壓 ， 用 符 號(hào) hv表 示 ， 單 位 Pa。 單 位 體 積 空 氣 所 具 有 的 動(dòng) 能 為 ： Evi i V2 0.5 式 中 ： i I點(diǎn) 的 空 氣 密 度 ， Kg/m3； v I點(diǎn) 的 空 氣 流 速 ， m/s。 Evi對(duì) 外 所 呈 現(xiàn) 的 動(dòng) 壓 hvi， 其 值 相 同 。 返 回 本 節(jié) 23郭 玉 森 教 授 （ 3)動(dòng) 壓 的 特 點(diǎn) 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng)

19、的 基 本 理 論 b.動(dòng) 壓 總 是 大 于 零 。 垂 直 流 動(dòng) 方 向 的 作 用 面 所 承 受 的 動(dòng)壓 最 大 （ 即 流 動(dòng) 方 向 上 的 動(dòng) 壓 真 值 ） ； 當(dāng) 作 用 面 與 流 動(dòng)方 向 有 夾 角 時(shí) ， 其 感 受 到 的 動(dòng) 壓 值 將 小 于 動(dòng) 壓 真 值 。a.只 有 作 定 向 流 動(dòng) 的 空 氣 才 具 有 動(dòng) 壓 ， 因 此 動(dòng) 壓 具 有方 向 性 。 c.在 同 一 流 動(dòng) 斷 面 上 ， 由 于 風(fēng) 速 分 布 的 不 均 勻 性 ，各 點(diǎn) 的 風(fēng) 速 不 相 等 ， 所 以 其 動(dòng) 壓 值 不 等 。 d.某 斷 面 動(dòng)壓 即 為 該 斷

20、面 平 均 風(fēng) 速 計(jì) 算 值 。 返 回 本 節(jié) 24郭 玉 森 教 授 （ ） 全 壓 風(fēng) 道 中 任 一 點(diǎn) 風(fēng) 流 ， 在 其 流 動(dòng) 方 向 上 同 時(shí) 存 在 靜 壓 和 動(dòng)壓 ， 兩 者 之 和 稱 之 為 該 點(diǎn) 風(fēng) 流 的 全 壓 ， 即 ： 全 壓 靜 壓 動(dòng) 壓 。 由 于 靜 壓 有 絕 對(duì) 和 相 對(duì) 之 分 ， 故 全 壓 也 有 絕 對(duì) 和 相 對(duì) 之分 。 、 絕 對(duì) 全 壓 （ Pti） Pti Pi hvi B、 相 對(duì) 全 壓 （ hti） hti hi hvi Pti Poi 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 說(shuō) 明 ： A、 相

21、對(duì) 全 壓 有 正 負(fù) 之 分 ； B、 無(wú) 論 正 壓 通 還 是 負(fù) 壓 通 風(fēng) ， PtiPi hti hi。返 回 本 節(jié) 25郭 玉 森 教 授 二 、 風(fēng) 流 的 點(diǎn) 壓 力 之 間 相 互 關(guān) 系 風(fēng) 流 的 點(diǎn) 壓 力 是 指 測(cè) 點(diǎn) 的 單 位 體 積 (1m3)空 氣 所 具 有 的 壓力 。 通 風(fēng) 管 道 中 流 動(dòng) 的 風(fēng) 流 的 點(diǎn) 壓 力 可 分 為 ： 靜 壓 、 動(dòng) 壓和 全 壓 。 風(fēng) 流 中 任 一 點(diǎn) i的 動(dòng) 壓 、 絕 對(duì) 靜 壓 和 絕 對(duì) 全 壓 的 關(guān) 系 為 ：hvi=Pti-Pi hvi、 hI和 hti三 者 之 間 的 關(guān) 系 為 ：

22、hti = hi + hvi 。 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 返 回 本 節(jié) 26郭 玉 森 教 授 壓 入 式 通 風(fēng) （ 正 壓 通 風(fēng) ） ：抽 出 式 通 風(fēng) （ 負(fù) 壓 通 風(fēng) ） ： 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 返 回 本 節(jié) 27郭 玉 森 教 授 風(fēng) 流 點(diǎn)壓 力 間的 關(guān) 系 a bPa 真 空P0 Pbha(+)hb(-)P0Pat hv hat(+) hvhbt(-)Pbt抽 出 式 通 風(fēng)壓 入 式 通 風(fēng)壓 入 式 通 風(fēng) 抽 出 式 通 風(fēng)第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 返 回 本 節(jié)

23、28郭 玉 森 教 授 例 題 2-2-1 如 圖 壓 入 式 通 風(fēng) 風(fēng) 筒 中 某 點(diǎn) i的 hi=1000Pa，hvi=150Pa， 風(fēng) 筒 外 與 i點(diǎn) 同 標(biāo) 高 的 P0i=101332Pa， 求 ： (1) i點(diǎn) 的 絕 對(duì) 靜 壓 Pi； (2) i點(diǎn) 的 相 對(duì) 全 壓 hti； (3) i點(diǎn) 的 絕 對(duì) 靜 壓 Pti。 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 解 ： (1) Pi=P0i+hi=101332+1000=102332Pa (2) hti=hi+hvi=1000+150=1150Pa (3） Pti=P0i+hti=Pi+hvi=101332.

24、32+1150=Pa返 回 本 節(jié) 29郭 玉 森 教 授 例 題 2-2-2 如 圖 抽 出 式 通 風(fēng) 風(fēng) 筒 中 某 點(diǎn) i的 hi=1000Pa，hvi=150Pa， 風(fēng) 筒 外 與 i點(diǎn) 同 標(biāo) 高 的 P0i=101332Pa， 求 ： (1) i點(diǎn) 的 絕 對(duì) 靜 壓 Pi； (2) i點(diǎn) 的 相 對(duì) 全 壓 hti； (3) i點(diǎn) 的 絕 對(duì) 靜 壓 Pti。 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 解 ： (1) Pi=P0i+hi=101332.5-1000=100332Pa (2) |hti| =|hi| hvi 1000-150=850Pa hti 85

25、0 Pa (3) Pti=P0i+hti=101332.5-850=100482Pa 返 回 本 節(jié) 30郭 玉 森 教 授 三 、 風(fēng) 流 點(diǎn) 壓 力 的 測(cè) 定 、 礦 井 主 要 壓 力 測(cè) 定 儀 器 儀 表 （ ） 絕 對(duì) 壓 力 測(cè) 量 ： 空 盒 氣 壓 計(jì) 、 精 密 氣 壓 計(jì) 、 水 銀 氣壓 計(jì) 等 。 （ ） 壓 差 及 相 對(duì) 壓 力 測(cè) 量 ： 恒 溫 氣 壓 計(jì) 、 “ ” 水 柱 計(jì)、 補(bǔ) 償 式 微 壓 計(jì) 、 傾 斜 單 管 壓 差 計(jì) 。 （ ） 感 壓 儀 器 ： 皮 托 管 ， 承 受 和 傳 遞 壓 力 ， + - 測(cè) 壓 第 二 章 礦 井 空 氣

26、 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 返 回 本 節(jié) 31郭 玉 森 教 授 、 壓 力 測(cè) 定（ ） 絕 對(duì) 壓 力 直 接 測(cè) 量 讀 數(shù) 。（ ） 相 對(duì) 靜 壓 (以 如 圖 正 壓 通 風(fēng) 為 例 ) （ 注 意 連 接 方 法 ） ： hP0 i zP0 i 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 返 回 本 節(jié) 32郭 玉 森 教 授 推 導(dǎo) 如 圖 h = hi ? 以 水 柱 計(jì) 的 等 壓 面 0 0 為 基 準(zhǔn) 面 ， 設(shè) : i點(diǎn) 至 基 準(zhǔn) 面 的 高 度 為 Z ， 膠 皮 管 內(nèi) 的 空 氣 平 均 密度 為 m， 膠 皮 管 外 的 空 氣 平 均 密

27、度 為 m ； 與 i點(diǎn) 同 標(biāo) 高的 大 氣 壓 P0i。 則 水 柱 計(jì) 等 壓 面 0 0 兩 側(cè) 的 受 力 分 別 為 ：水 柱 計(jì) 左 邊 等 壓 面 上 受 到 的 力 ： P左 P + 水 gh P0i + m g(z-h)+ 水 gh 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 返 回 本 節(jié) 33郭 玉 森 教 授 水 柱 計(jì) 右 邊 等 壓 面 上 受 到 的 力 ： P右 Pi+ mgz 由 等 壓 面 的 定 義 有 ： P左 P右 ， 即 ： P0i+ m g(z-h)+ 水 gh P0i+ mgz若 m m 有 ： 水 m gh mii pp 水 0

28、ii iiiih gh gppgh pp )( 00水 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 返 回 本 節(jié) 34郭 玉 森 教 授 對(duì) 于 負(fù) 壓 通 風(fēng) 的 情 況 請(qǐng) 自 行 推 導(dǎo) （ 注 意 連 接 方 法 ） ：說(shuō) 明 ： （ I） 水 柱 計(jì) 上 下 移 動(dòng) 時(shí) ， hi 保 持 不 變 ； （ II） 在 風(fēng) 筒 同 一 斷 面 上 、 下 移 動(dòng) 皮 托 管 ， 水 柱 計(jì) 讀 數(shù) 不 變 ， 說(shuō) 明 同 一 斷 面 上 hi 相 同 。zP0 i h0 0 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 返 回 本 節(jié) 35郭 玉 森 教 授 （

29、） 相 對(duì) 全 壓 、 動(dòng) 壓 測(cè) 量 測(cè) 定 連 接 如 圖 （ 說(shuō) 明 連 接 方 法 及 水 柱 高 度 變 化 ）zP0 iht hihv 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 返 回 本 節(jié) 36郭 玉 森 教 授 作 業(yè)v2-1 2-3 2-4v另 外 作 業(yè)v測(cè) 得 風(fēng) 筒 內(nèi) 某 點(diǎn) i相 對(duì) 壓 力v如 圖 所 示 ， 求 動(dòng) 壓 ， 并 判 斷v通 風(fēng) 方 式 zP0 i150h v第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 返 回 本 節(jié) 37郭 玉 森 教 授 空 氣 流動(dòng) 連 續(xù)性 方 程 可 壓 縮流 體 的 能量 方 程第 三 節(jié) 礦

30、 井 通 風(fēng) 中 的 能 量 方 程 返 回 本 章第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 38郭 玉 森 教 授 當(dāng) 空 氣 在 井 巷 中 流 動(dòng) 時(shí) ， 將 會(huì) 受 到 通 風(fēng) 阻 力 的 作 用 ，消 耗 其 能 量 ； 為 保 證 空 氣 連 續(xù) 不 斷 地 流 動(dòng) ， 就 必 需 有 通 風(fēng)動(dòng) 力 對(duì) 空 氣 作 功 ， 使 得 通 風(fēng) 阻 力 和 通 風(fēng) 動(dòng) 力 相 平 衡 。 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 39郭 玉 森 教 授 第 三 節(jié) 礦 井 通 風(fēng) 中 的 能 量 方 程 當(dāng) 空 氣 在 井 巷 中 流 動(dòng) 時(shí) ， 將 會(huì) 受

31、到 通 風(fēng) 阻 力 的 作 用 ， 消 耗 其 能 量； 為 保 證 空 氣 連 續(xù) 不 斷 地 流 動(dòng) ， 就 必 需 有 通 風(fēng) 動(dòng) 力 對(duì) 空 氣 作 功 ，使 得 通 風(fēng) 阻 力 和 通 風(fēng) 動(dòng) 力 相 平 衡 。一 、 空 氣 流 動(dòng) 連 續(xù) 性 方 程 在 礦 井 巷 道 中 流 動(dòng) 的 風(fēng) 流 是 連 續(xù) 不 斷 的 介 質(zhì) ， 充 滿 它 所 流 經(jīng) 的 空間 。 在 無(wú) 點(diǎn) 源 或 點(diǎn) 匯 存 在 時(shí) ， 根 據(jù) 質(zhì) 量 守 恒 定 律 ： 對(duì) 于 穩(wěn) 定 流 ，流 入 某 空 間 的 流 體 質(zhì) 量 必 然 等 于 流 出 其 的 流 體 質(zhì) 量 。 如 圖 井 巷 中 風(fēng)

32、 流 從 1斷 面 流 向 2 斷 面 ， 作 定 常 流 動(dòng) 時(shí) ， 有 ： Mi=const V1 S1 V S 、 2 1、 2斷 面 上 空 氣 的 平 均 密 度 ， kg/m3 ； V1,， V2 1、 2 斷 面 上 空 氣 的 平 均 流 速 ， m/s；S1、 S2 1、 斷 面 面 積 ， m2。 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 40郭 玉 森 教 授 二 、 可 壓 縮 流 體 的 能 量 方 程能 量 方 程 表 達(dá) 了 空 氣 在 流 動(dòng) 過(guò) 程 中 的 壓 能 、 動(dòng) 能 和 位 能 的 變化 規(guī) 律 ， 是 能 量 守 恒 和 轉(zhuǎn) 換 定

33、律 在 礦 井 通 風(fēng) 中 的 應(yīng) 用 。（ 一 ） 、 單 位 質(zhì) 量 (1kg)流 量 的 能 量 方 程 在 井 巷 通 風(fēng) 中 ， 風(fēng) 流 的 能 量 由 機(jī) 械 能 （ 靜 壓 能 、 動(dòng) 壓 能 、 位能 ） 和 內(nèi) 能 組 成 。 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 返 回 本 節(jié) 41郭 玉 森 教 授 常 用 1kg空 氣 或 1m3空 氣 所 具 有 的 能 量 表 示 。 機(jī) 械 能 ： 靜 壓 能 、 動(dòng) 壓 能 和 位 能 之 和 。 內(nèi) 能 ： 風(fēng) 流 內(nèi) 部 所 具 有 的 分 子 內(nèi) 動(dòng) 能 與 分 子 位 能 之 和 ?？?氣 的 內(nèi) 能

34、是 空 氣 狀 態(tài) 參 數(shù) 的 函 數(shù) ， 即 ： u = f（ T， P） 。 能 量 分 析 z 1 z20 0p1、 v1、 u1 p2、 v2、 u2qLR qR 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 返 回 本 節(jié) 42郭 玉 森 教 授 任 一 斷 面 風(fēng) 流 總 機(jī) 械 能 ： 壓 能 動(dòng) 能 位 能任 一 斷 面 風(fēng) 流 總 能 量 ： 壓 能 動(dòng) 能 位 能 內(nèi) 能 ，所 以 ， 對(duì) 單 位 質(zhì) 量 流 體 有 ： 112111 u.2vP:11 Zg斷 面 總 能 量 222222 u.2vP:22 Zg斷 面 總 能 量 第 二 章 礦 井 空 氣 流

35、動(dòng) 的 基 本 理 論 返 回 本 節(jié) 43郭 玉 森 教 授 假 設(shè) ： 1kg空 氣 由 1 斷 面 流 至 2 斷 面 的 過(guò) 程 中 ， LR（ J/kg） ： 克 服 流 動(dòng) 阻 力 消 耗 的 能 量 ； qR（ J/kg） ： LR 部 分 轉(zhuǎn) 化 的 熱 量 (這 部 分 被 消 耗 的 能量 將 轉(zhuǎn) 化 成 熱 能 仍 存 在 于 空 氣 中 ） ； q（ J/kg） ： 外 界 傳 遞 給 風(fēng) 流 的 熱 量 （ 巖 石 、 機(jī) 電 設(shè) 備等 ） 。 根 據(jù) 能 量 守 恒 定 律 ： R 22222 Lu.2vP 2 Zg RqqZg 112111 u.2vP 第 二 章

36、 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 返 回 本 節(jié) 44郭 玉 森 教 授 根 據(jù) 熱 力 學(xué) 第 一 定 律 ， 傳 給 空 氣 的 熱 量 （ qR+q） ，一 部 分 用 于 增 加 空 氣 的 內(nèi) 能 ， 一 部 分 使 空 氣 膨 脹 對(duì) 外作 功 ， 即 ： vdPuu=qq 2112R 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 返 回 本 節(jié) 45郭 玉 森 教 授 式 中 ： v為 空 氣 的 比 容 ， m3/kg。又 因 為 ：上 述 三 式 整 理 得 ：即 為 ： 單 位 質(zhì) 量 可 壓 縮 空 氣 在 無(wú) 壓 源 的 井 巷 中 流 動(dòng) 時(shí)能

37、量 方 程 的 一 般 形 式 。 21212111221122 dPPdPdPPPP vvvvv 21222121R Zg2v2vdPL Zv 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 返 回 本 節(jié) 46郭 玉 森 教 授 式 中 稱 為 伯 努 力 積 分 項(xiàng) ， 它 反 映 了風(fēng) 流 從 1斷 面 流 至 2斷 面 的 過(guò) 程 中 的 靜 壓 能 變 化 ， 它 與空 氣 流 動(dòng) 過(guò) 程 的 狀 態(tài) 密 切 相 關(guān) 。 對(duì) 于 不 同 的 狀 態(tài) 過(guò) 程， 其 積 分 結(jié) 果 是 不 同 的 。 12 12 dP1=dP v 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本

38、 理 論 返 回 本 節(jié) 47郭 玉 森 教 授 對(duì) 于 多 變 過(guò) 程 ， 過(guò) 程 指 數(shù) 為 n ， 對(duì) 伯 努 利 積 分 進(jìn) 行 積 分 計(jì) 算， 可 得 到 ： 單 位 質(zhì) 量 可 壓 縮 空 氣 在 無(wú) 壓 源 的 井 巷 中 流 動(dòng) 時(shí) 能量 方 程 可 寫(xiě) 成 如 下 一 般 形 式 。其 中 過(guò) 程 指 數(shù) n按 下 式 計(jì) 算 ：有 壓 源 Lt 在 時(shí) ， 單 位 質(zhì) 量 可 壓 縮 空 氣 井 巷 中 流 動(dòng) 時(shí) 能 量 方 程可 寫(xiě) 成 如 下 一 般 形 式 。 2122212211R Zg2v2vPP1nnL Z tLZ 2122212211R Zg2v2vPP1

39、nnL 21 2112 21 lnln lnPlnPlnln lnPlnPlnlnPdlndlnP=n vvvv 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 返 回 本 節(jié) 48郭 玉 森 教 授 令 式 中 m表 示 1， 2斷 面 間 按 狀 態(tài) 過(guò) 程 考 慮 的 空 氣 平 均密 度 ， 得則 單 位 質(zhì) 量 流 量 的 能 量 方 程 式 又 可 寫(xiě) 為m 212211 PPPP1nn 221122 11 21 212211 21 PP/P /Pln PPln PPPP1n n PP m 21222121R Zg2v2vPPL Zm LtZ 212221m 21R Zg2

40、v2vPPL 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 返 回 本 節(jié) 49郭 玉 森 教 授 （ 二 ） 、 單 位 體 積 (1m3)流 量 的 能 量 方 程我 國(guó) 礦 井 通 風(fēng) 中 習(xí) 慣 使 用 單 位 體 積 （ 1m3） 流 體 的 能 量 方 程。 在 考 慮 空 氣 的 可 壓 縮 性 時(shí) ， 那 么 1m3 空 氣 流 動(dòng) 過(guò) 程 中 的能 量 損 失 （ hR， J/m3（ Pa） ， 即 通 風(fēng) 阻 力 ） 可 由 1kg空 氣 流動(dòng) 過(guò) 程 中 的 能 量 損 失 （ LR J/Kg） 乘 以 按 流 動(dòng) 過(guò) 程 狀 態(tài) 考 慮計(jì) 算 的 空 氣 密

41、度 m， 即 ： hR=LR.m； 則 單 位 體 積 (1m3)流 量的 能 量 方 程 的 書(shū) 寫(xiě) 形 式 為 ： 21m222121R Zg2v2vPPh Zm 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 返 回 本 節(jié) 50郭 玉 森 教 授 幾 點(diǎn) 說(shuō) 明 ： 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 1、 1m3 空 氣 在 流 動(dòng) 過(guò) 程 中 的 能 量 損 失 （ 通 風(fēng) 阻 力 ）等 于 兩 斷 面 間 的 機(jī) 械 能 差 。 2、 gm（ Z1-Z2） 是 1、 2 斷 面 的 位 能 差 。 當(dāng) 1、 2 斷面 的 標(biāo) 高 差 較 大 的 情 況

42、 下 ， 該 項(xiàng) 數(shù) 值 在 方 程 中 往 往 占有 很 大 的 比 重 ， 必 須 準(zhǔn) 確 測(cè) 算 。 其 中 ， 關(guān) 鍵 是 m的 計(jì)算 ， 及 基 準(zhǔn) 面 的 選 取 。 m的 測(cè) 算 原 則 ： 將 1 2 測(cè) 段 分 為 若 干 段 ， 計(jì) 算 各測(cè) 定 斷 面 的 空 氣 密 度 (測(cè) 定 P、 t 、 )， 求 其 幾 何 平均 值 。 基 準(zhǔn) 面 選 取 ： 取 測(cè) 段 之 間 的 最 低 標(biāo) 高 作 為 基 準(zhǔn) 面 返 回 本 節(jié) 51郭 玉 森 教 授 例 如 ： 如 圖 所 示 的 通 風(fēng) 系 統(tǒng) ， 如 要 求 1、 2斷 面 的 位 能 差 ， 基 準(zhǔn)面 可 選 在

43、 2的 位 置 。 其 位 能 差 為 ：而 要 求 1、 3兩 斷 面 的 位 能 差 ， 其 基 準(zhǔn) 面 應(yīng) 選在 0-0位 置 。 其 位 能 差 為 ： 12 1212po12 gZgdZE m 12 30 0 13 30301010po13 gdZE gZgZ mm 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 返 回 本 節(jié) 52郭 玉 森 教 授 、 是 1、 2兩 斷 面 上 的 動(dòng) 能 差 A、 在 礦 井 通 風(fēng) 中 ， 因 其 動(dòng) 能 差 較 小 ， 故 在 實(shí) 際 應(yīng) 用 時(shí) ，式 中 可 分 別 用 各 自 斷 面 上 的 密 度 代 替 計(jì) 算 其 動(dòng) 能

44、 差 。 即上 式 寫(xiě) 成 ：其 中 ： 、 2分 別 為 1、 斷 面 風(fēng) 流 的 平 均 氣 密 度 。m 2v2v 2221 22212112 2v2v vh 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 返 回 本 節(jié) 53郭 玉 森 教 授 B、 動(dòng) 能 系 數(shù) ： 是 斷 面 實(shí) 際 總 動(dòng) 能 與 用 斷 面 平 均 風(fēng) 速 計(jì) 算 出的 總 動(dòng) 能 的 比 。 即 ： 因 為 能 量 方 程 式 中 的 v1、 v2分 別 為 1、 2斷 面 上 的 平 均 風(fēng) 速。 由 于 井 巷 斷 面 上 風(fēng) 速 分 布 的 不 均 勻 性 ， 用 斷 面 平 均 風(fēng) 速計(jì) 算

45、 出 來(lái) 的 斷 面 總 動(dòng) 能 與 斷 面 實(shí) 際 總 動(dòng) 能 不 等 。 需 用 動(dòng) 能系 數(shù) Kv加 以 修 正 。 在 礦 井 條 件 下 ， Kv一 般 為 1.02 1.05。由 于 動(dòng) 能 差 項(xiàng) 很 小 ， 在 應(yīng) 用 能 量 方 程 時(shí) ， 可 取 K v為 1。Suuu 3s 32s 2v v dsvS2v ds2K 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 返 回 本 節(jié) 54郭 玉 森 教 授 因 此 ， 在 進(jìn) 行 了 上 述 兩 項(xiàng) 簡(jiǎn) 化 處 理 后 ， 單 位 體 積 流 體 的 能 量方 程 可 近 似 的 寫(xiě) 成 ：或J m3 2m21m122

46、212121R gg2v2vPPh ZZ t2m21m122212121R H+gg2v2vPPh ZZ 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 返 回 本 節(jié) 55郭 玉 森 教 授 （ 三 ） 、 關(guān) 于 能 量 方 程 使 用 的 幾 點(diǎn) 說(shuō) 明 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 1. 能 量 方 程 的 意 義 是 ， 表 示 1kg（ 或 1m3） 空 氣 由 1斷 面 流 向 2斷 面的 過(guò) 程 中 所 消 耗 的 能 量 （ 通 風(fēng) 阻 力 ） ， 等 于 流 經(jīng) 1、 2斷 面 間 空 氣總 機(jī) 械 能 （ 靜 壓 能 、 動(dòng) 壓 能 和

47、位 能 ） 的 變 化 量 。2. 風(fēng) 流 流 動(dòng) 必 須 是 穩(wěn) 定 流 ， 即 斷 面 上 的 參 數(shù) 不 隨 時(shí) 間 的 變 化 而 變化 ； 所 研 究 的 始 、 末 斷 面 要 選 在 緩 變 流 場(chǎng) 上 。 3. 風(fēng) 流 總 是 從 總 能 量 （ 機(jī) 械 能 ） 大 的 地 方 流 向 總 能 量 小 的 地 方 。在 判 斷 風(fēng) 流 方 向 時(shí) ， 應(yīng) 用 始 末 兩 斷 面 上 的 總 能 量 來(lái) 進(jìn) 行 ， 而 不 能只 看 其 中 的 某 一 項(xiàng) 。 如 不 知 風(fēng) 流 方 向 ， 列 能 量 方 程 時(shí) ， 應(yīng) 先 假 設(shè)風(fēng) 流 方 向 ， 如 果 計(jì) 算 出 的 能

48、 量 損 失 （ 通 風(fēng) 阻 力 ） 為 正 ， 說(shuō) 明 風(fēng) 流方 向 假 設(shè) 正 確 ； 如 果 為 負(fù) ， 則 風(fēng) 流 方 與 假 設(shè) 相 反 。 返 回 本 節(jié) 56郭 玉 森 教 授 5. 在 始 、 末 斷 面 間 有 壓 源 時(shí) ， 壓 源 的 作 用 方 向 與 風(fēng)流 的 方 向 一 致 ， 壓 源 為 正 ， 說(shuō) 明 壓 源 對(duì) 風(fēng) 流 做 功 ；如 果 兩 者 方 向 相 反 ， 壓 源 為 負(fù) ， 則 壓 源 成 為 通 風(fēng) 阻力 。 . 應(yīng) 用 能 量 方 程 時(shí) 要 注 意 各 項(xiàng) 單 位 的 一 致 性 。4. 正 確 選 擇 求 位 能 時(shí) 的 基 準(zhǔn) 面 。 第

49、二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 57郭 玉 森 教 授 7、 對(duì) 于 流 動(dòng) 過(guò) 程 中 流 量 發(fā) 生 變 化 ， 則 按 總 能 量 守 恒 與 轉(zhuǎn) 換定 律 列 方 程 R133R1223233333 22222221211111 hQhQ2vPZQ 2vPZQ2vPZQ g ggm mm 1 2 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 返 回 本 節(jié) 58郭 玉 森 教 授 例 1、 在 某 一 通 風(fēng) 井 巷 中 ， 測(cè) 得 1、 2兩 斷 面 的 絕 對(duì) 靜 壓 分 別 為101324.7 Pa和 101858 Pa， 若 S1=S2， 兩 斷

50、面 間 的 高 差 Z1-Z2=100米 ， 巷 道 中 m12=1.2kg/m3， 求 ： 1、 2兩 斷 面 間 的 通 風(fēng) 阻力 ， 并 判 斷 風(fēng) 流 方 向 。解 ： 假 設(shè) 風(fēng) 流 方 向 12， 列 能 量 方 程 ： =（ 101324.7 101858） 0 100 9.81 1.2 = 643.9 J/m 3。由 于 阻 力 值 為 正 ， 所 以 原 假 設(shè) 風(fēng) 流 方 向 正 確 ， 12。 m122122212121R12 g2v2vPPh ZZ Z1-Z21 2第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 返 回 本 節(jié) 59郭 玉 森 教 授 例 2、

51、在 進(jìn) 風(fēng) 上 山 中 測(cè) 得 1、 2兩 斷 面 的 有 關(guān) 參 數(shù) ， 絕 對(duì) 靜 壓P1=106657.6Pa， P2=101324.72Pa； 標(biāo) 高 差 Z1-Z2= 400m；氣 溫 t1=15 ， t2=20 ； 空 氣 的 相 對(duì) 濕 度 1=70%， 2=80%；斷 面 平 均 風(fēng) 速 v1=5.5m/s， v2=5m/s； 求 通 風(fēng) 阻 力 LR、 hR。解 ： 查 飽 和 蒸 汽 表 得 ； t1=15 時(shí) ， PS1=1704Pa； t2=20 時(shí) ，PS2=2337Pa； 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 返 回 本 節(jié) 60郭 玉 森 教 授

52、 31 /2841.16.10665717047.0378.0115.288 6.106657003484.0 mkg 32 /1958.172.101324 23378.0378.0115.293 72.101324003484.0 mkg 72.01958.1ln2841.1ln 2ln101324.7-ln106657.6lnln lnPlnP=n 21 21 2122212211R Zg2v2vPP1nnL Z 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 返 回 本 節(jié) 61郭 玉 森 教 授 = 382.26 J/kg 又 40081.92 55.51958.1 72.1

53、013242841.1 6.106657172.0 72.0 22 221122 11 21 212211 21 PP/P /Pln PPln PPPP1nn PP m 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 返 回 本 節(jié) 62郭 玉 森 教 授= 1.23877kg/m 3 1958.1 72.1013242841.1 6.1066571958.1/101324.72 2841.1/106657.6ln 101324.72106657.6ln 72.1013246.106657 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 返 回 本 節(jié) 63郭 玉 森 教 授

54、= 475.19 J/m3 或 hR=LR m=382.26 1.23877= 473.53 J/m3。 21m222121R Zg2v2vPPh Zm 40023877.181.923877.12525.572.1013246.106657 22 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 返 回 本 節(jié) 64郭 玉 森 教 授 第 四 節(jié) 能 量 方 程 在 礦 井 通 風(fēng) 中 的 應(yīng) 用相 對(duì) 壓能 圖 和相 對(duì) 等 熵靜 壓 圖通 風(fēng) 能量 （ 壓 力 ）坡 度 線 風(fēng) 流 能量 （ 壓 力 ）坡 度 線 返 回 本 章第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論

55、 65郭 玉 森 教 授 一 、 水 平 風(fēng) 道 的 通 風(fēng) 能 量 （ 壓 力 ） 坡 度 線（ 一 ） 、 能 量 （ 壓 力 ） 坡 度 線 的 作 法 意 義 ： 掌 握 壓 力 沿 程 變 化 情 況 ； 有 利 于 通 風(fēng) 管 理 。 如 圖 所 示 的 通 風(fēng) 機(jī) 水 平 風(fēng) 道 系 統(tǒng) ， 繪 制 能 量 （ 壓 力 ） 坡 度 線。 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 66郭 玉 森 教 授 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10P0壓 力 Pa 流 程擴(kuò) 散 器H thR12 hR78 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 返 回

56、 本 節(jié) 67郭 玉 森 教 授 、 風(fēng) 流 的 邊 界 條 件 入 口 斷 面 處 ： 風(fēng) 流 入 口 斷 面 處 的 絕 對(duì) 全 壓 等 于 大 氣 壓 （ 可 用 能 量 方 程 加 以 證 明， 對(duì) 入 口 斷 面 的 內(nèi) 外 側(cè) 列 能 量 方 程 并 忽 略 極 小 的 入 口 流 動(dòng) 損 失 ） ， 即 ： Ptin= P0， 所 以 ， htin= 0， hin= - hvin；出 口 斷 面 處 ： 風(fēng) 流 出 口 斷 面 處 的 絕 對(duì) 靜 壓 等 于 大 氣 壓 （ 可 用 能 量 方 程 加 以 證 明， 對(duì) 出 口 斷 面 的 內(nèi) 外 側(cè) 列 能 量 方 程 并 忽

57、略 極 小 的 出 口 流 動(dòng) 損 失 ） ， 即 ： Pex= P0， 所 以 ， hex= 0， htex= hvex； 、 作 圖 步 驟 ） 、 以 縱 坐 標(biāo) 為 壓 力 （ 相 對(duì) 壓 力 或 絕 對(duì) 壓 力 ） ， 橫 坐 標(biāo) 為 風(fēng) 流 流 程 。 ） 、 根 據(jù) 邊 界 條 件 確 定 起 始 點(diǎn) 位 置 。 ） 、 將 各 測(cè) 點(diǎn) 的 相 對(duì) 靜 壓 和 相 對(duì) 全 壓 與 其 流 程 的 關(guān) 系 描 繪 在 坐 標(biāo) ） 、 最 后 將 圖 上 的 同 名 參 數(shù) 點(diǎn) 用 直 線 或 曲 線 連 接 起 來(lái) ， 就 得 到 所 要 繪 制 的 能 量 （ 壓 力 ） 坡 度

58、 線 。 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 68郭 玉 森 教 授 （ 二 ） 、 能 量 （ 壓 力 ） 坡 度 線 的 分 析1、 通 風(fēng) 阻 力 與 能 量 （ 壓 力 ） 坡 度 線 的 關(guān) 系 由 于 風(fēng) 道 是 水 平 的 ， 故 各 斷 面 間 無(wú) 位 能 差 ， 且 大 氣 壓 相等 。 由 能 量 方 程 知 ， 任 意 兩 斷 面 間 的 通 風(fēng) 阻 力 就 等 于 兩斷 面 的 全 壓 差 ： （ P0i = P0j ）同 理 ： P tj = P0i | hj | hvj tjti hh tjtivjvijijRi PPhhPPh 第 二 章 礦

59、井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 返 回 本 節(jié) 69郭 玉 森 教 授 a、 抽 出 段 求 入 口 斷 面 至 i斷 面 的 通 風(fēng) 阻 力 ， 由 上 式 得 ： hR0 i = ht0 hti = h ti （ ht0=0） 即 ： 入 口 至 任 意 斷 面 i的 通 風(fēng) 阻 力 （ hR0 i） 就 等 于 該 斷 面 的相 對(duì) 全 壓 （ hti） 的 絕 對(duì) 值 。 求 負(fù) 壓 段 任 意 兩 斷 面 （ i 、 j ） 的 通 風(fēng) 阻 力 ： hRi j = Pti Ptj hti = Pti - P0i 又 | hti | = | hi | hvi 代 入 上 式 得

60、 ： Pti = P0i | hi | hvi 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 返 回 本 節(jié) 70郭 玉 森 教 授 hRi j = ( P0i | hi| hvi ) (P0i | hj| hvj) | hj | | hi | + hvj hvi | htj | | hti | 若 hvi hvj hRi j | hj | | hi | b、 壓 入 段 求 任 意 斷 面 i至 出 口 的 通 風(fēng) 阻 力 ， 由 上 式 得 ： hRi 10 = hti ht10 = hti hv10 (h10=0） 即 ： 壓 入 段 任 意 斷 面 i至 出 口 的 通 風(fēng)

61、阻 力 （ hRi 10） 等 于 該斷 面 的 相 對(duì) 全 壓 （ hti） 減 去 出 口 斷 面 的 動(dòng) 壓 （ hv10） 。 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 返 回 本 節(jié) 71郭 玉 森 教 授 求 正 壓 段 任 意 兩 斷 面 （ i 、 j ） 的 通 風(fēng) 阻 力 ： 同 理 可 推 導(dǎo) 兩 斷 面 之 間 的 通 風(fēng) 阻 力 為 ： hRi j hti htj2、 能 量 （ 壓 力 ） 坡 度 線 直 觀 明 了 地 表 達(dá) 了 風(fēng) 流 流 動(dòng) 過(guò) 程 中的 能 量 變 化 。 絕 對(duì) 全 壓 （ 相 對(duì) 全 壓 ） 沿 程 是 逐 漸 減 小 的

62、 ； 絕 對(duì) 靜 壓 （ 相 對(duì) 靜 壓 ） 沿 程 分 布 是 隨 動(dòng) 壓 的 大 小 變 化 而變 化 。 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 返 回 本 節(jié) 72郭 玉 森 教 授 3、 擴(kuò) 散 器 回 收 動(dòng) 能 （ 相 對(duì) 靜 壓 為 負(fù) 值 ） 所 謂 擴(kuò) 散 器 回 收 動(dòng) 能 ， 就 是 在 風(fēng) 流 出 口 加 設(shè) 一 段 斷 面 逐漸 擴(kuò) 大 的 風(fēng) 道 ， 使 得 出 口 風(fēng) 速 變 小 ， 從 而 達(dá) 到 減 小 流 入 大氣 的 風(fēng) 流 動(dòng) 能 。 擴(kuò) 散 器 安 設(shè) 的 是 否 合 理 ， 可 用 回 收 的 動(dòng) 能值 （ hv） 與 擴(kuò) 散 器

63、自 身 的 通 風(fēng) 阻 力 （ hRd） 相 比 較 來(lái) 確 定， 即 ： hv= hvex hvex hRd 合 理 hv= hvex hvex hR9 10， 則 ， h90 （ 為 負(fù) 值 ） 因 此 ， 測(cè) 定 擴(kuò) 散 器 中 的 相 對(duì) 靜 值 就 可 判 斷 擴(kuò) 散 器 的 安 裝是 否 合 理 ， 相 對(duì) 靜 壓 的 負(fù) 值 越 大 ， 其 擴(kuò) 散 器 回 收 動(dòng) 能 的 效果 越 好 。 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 返 回 本 節(jié) 74郭 玉 森 教 授 （ 三 ） 、 通 風(fēng) 機(jī) 全 壓 （ Ht）1、 通 風(fēng) 機(jī) 全 壓 的 概 念通 風(fēng) 機(jī) 的

64、 作 用 ： 就 是 將 電 能 轉(zhuǎn) 換 為 風(fēng) 流 的 機(jī) 械 能 ， 促 使 風(fēng) 流流 動(dòng) 。 通 風(fēng) 機(jī) 的 全 壓 Ht等 于 通 風(fēng) 機(jī) 出 口 全 壓 與 入 口 全 壓 之差 ： Ht = Pt6 Pt5 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 返 回 本 節(jié) 75郭 玉 森 教 授 2、 通 風(fēng) 機(jī) 全 壓 Ht與 風(fēng) 道 通 風(fēng) 阻 力 、 出 口 動(dòng) 能 損 失 的 關(guān) 系 由 能 量 方 程 和 能 量 （ 壓 力 ） 坡 度 線 可 以 看 出 ： hR6 10 = Pt6 Pt10 Pt6 = hR6 10 Pt10， hR0 5 = Pt 0 Pt5

65、 Pt5 = Pt 0 hR0 5， Ht = Pt6 Pt5 = hR6 10 Pt10 （ Pt 0 hR0 5） =hR6 10 P0 hv10 （ P0 hR0 5） =hR6 10 hv10 hR0 5 Ht= hR0 10 hv10 通 風(fēng) 機(jī) 全 壓 是 用 以 克 服 風(fēng) 道 通 風(fēng) 阻 力 和 出 口 動(dòng) 能 損 失 。通 風(fēng) 機(jī) 用 于 克 服 風(fēng) 道 阻 力 的 那 一 部 分 能 量 叫 通 風(fēng) 機(jī) 的 靜 壓 H s。 Hs = hR0 10, Ht= Hs hv10 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 返 回 本 節(jié) 76郭 玉 森 教 授 兩

66、個(gè) 特 例 ：a） 、 無(wú) 正 壓 通 風(fēng) 段 （ 6斷 面 直 接 通 大 氣 ） 通 風(fēng) 機(jī) 全 壓 仍 為 ： Ht = Pt6 Pt5 Pt5=Pt hR 5 ； Pt6= P0 hv6 Ht= hR 5 hv6 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 返 回 本 節(jié) 77郭 玉 森 教 授 b） 、 無(wú) 負(fù) 壓 通 風(fēng) 段 （ 斷 面 直 接 通 大 氣 ） Pt6=hR6 10 Pt10， Pt10=P0 hv10； Pt5=P0 Ht=hR6 10 hv10 無(wú) 論 通 風(fēng) 機(jī) 作 何 種 工 作 方 式 ， 通 風(fēng) 機(jī) 的 全 壓 都 是 用 于 克 服風(fēng) 道 的 通 風(fēng) 阻 力 和 出 口 動(dòng) 能 損 失 ； 其 中 通 風(fēng) 機(jī) 靜 壓 用 于 克服 風(fēng) 道 的 通 風(fēng) 阻 力 。抽 出 式 通 風(fēng) 方 式 壓 入 式 通 風(fēng) 方 式5 6 65 100 第 二 章 礦 井 空 氣 流 動(dòng) 的 基 本 理 論 返 回 本 節(jié) 78郭 玉 森 教 授 二 、 通 風(fēng) 系 統(tǒng) 風(fēng) 流 能 量 （ 壓 力 ） 坡 度 線(一 ) 通 風(fēng) 系 統(tǒng) 風(fēng) 流 能