第二章 礦井空氣流動基本理論

1、礦井通風(fēng)學(xué)礦井通風(fēng)學(xué) 礦井空氣流動基本理論礦井空氣流動基本理論2 2礦井通風(fēng)學(xué)礦井通風(fēng)學(xué) 本章教學(xué)重難點：本章教學(xué)重難點：1、礦井空氣的主要物理參數(shù)、性質(zhì)；、礦井空氣的主要物理參數(shù)、性質(zhì)；2、風(fēng)流的能量與點壓力；、風(fēng)流的能量與點壓力；3、風(fēng)流流動過程中的能量方程；、風(fēng)流流動過程中的能量方程；4、能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用。、能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用。礦井通風(fēng)學(xué)礦井通風(fēng)學(xué) 2.1 空氣主要物理參數(shù)空氣主要物理參數(shù)2.1.1 壓力（壓強）壓力（壓強）空氣分子熱運動對器壁碰撞產(chǎn)生的壓強，在礦井通風(fēng)中習(xí)慣稱為壓力，空氣分子熱運動對器壁碰撞產(chǎn)生的壓強，在礦井通風(fēng)中習(xí)慣稱為壓力，與高度、溫度、濕度、大氣

2、運動等有關(guān)。與高度、溫度、濕度、大氣運動等有關(guān)。溫度為溫度為0、北緯、北緯45海平面處大氣壓為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。海平面處大氣壓為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。單位名稱帕斯卡巴公斤力/米2公斤力/厘米2毫米汞柱標(biāo)準(zhǔn)大氣壓PabarmmH2O（工程大壓力）atmmHgatm帕斯卡110-50.1019720.10197210-47.50062110-39.8692310-6公斤力/米29.806659.8066510-51110-47.3555910-29.6784110-5毫米汞柱133.3221.3332210-513.5951.359510-411.3157910-3標(biāo)準(zhǔn)大氣壓1013251.0132510332.

3、31.033237601壓力單位換算表壓力單位換算表 P=P0exp(-ugz/R0t)，壓力梯度，壓力梯度100Pa/10m氣壓日變化：最高氣壓日變化：最高9-10時，次高時，次高21-22時，次低時，次低3-4時，最低時，最低15-16時時礦井通風(fēng)學(xué)礦井通風(fēng)學(xué) 2.1 空氣主要物理參數(shù)空氣主要物理參數(shù)2.1.1 壓力（壓強）壓力（壓強）水銀氣壓計水銀氣壓計空盒氣壓計空盒氣壓計礦井通風(fēng)學(xué)礦井通風(fēng)學(xué) 2.1 空氣主要物理參數(shù)空氣主要物理參數(shù)2.1.2 密度、比容密度、比容單位體積空氣所具有的質(zhì)量稱為空氣的密度單位體積空氣所具有的質(zhì)量稱為空氣的密度（kg/m3）。濕空氣密度為干空氣密度和水蒸汽密

4、度之和，即：濕空氣密度為干空氣密度和水蒸汽密度之和，即：VM=)1 (003484. 0378. 0PPTPsat密度與密度與P、t、濕度等有關(guān)、濕度等有關(guān)一般將空氣壓力為一般將空氣壓力為101325Pa，溫度為，溫度為20，相對濕度為，相對濕度為60%的礦井空的礦井空氣稱為標(biāo)準(zhǔn)礦井空氣，其密度為氣稱為標(biāo)準(zhǔn)礦井空氣，其密度為1.2kg/m3。單位質(zhì)量空氣所占有的體積稱為空氣的比容單位質(zhì)量空氣所占有的體積稱為空氣的比容 （m3/kg）。）。1MV礦井通風(fēng)學(xué)礦井通風(fēng)學(xué) 2.1 空氣主要物理參數(shù)空氣主要物理參數(shù)2.1.2 密度、比容密度、比容)1 (003484. 0378. 0PPTPsat 理想

5、氣體狀態(tài)方程：理想氣體狀態(tài)方程： 礦井通風(fēng)學(xué)礦井通風(fēng)學(xué) 2.1 空氣主要物理參數(shù)空氣主要物理參數(shù)2.1.3 黏性黏性 相鄰兩流層之間的接觸面上產(chǎn)生的粘性阻力（內(nèi)摩擦力），稱為相鄰兩流層之間的接觸面上產(chǎn)生的粘性阻力（內(nèi)摩擦力），稱為流體的粘性。根據(jù)牛頓內(nèi)摩擦力定律，流體分層間的內(nèi)摩擦力為：流體的粘性。根據(jù)牛頓內(nèi)摩擦力定律，流體分層間的內(nèi)摩擦力為：dydusFV y氣體的黏度隨氣溫升高而增大，壓力影響可以忽略。氣體的黏度隨氣溫升高而增大，壓力影響可以忽略。在礦井通風(fēng)中常用運動黏度在礦井通風(fēng)中常用運動黏度 （m2/s）表示。）表示。= 動力粘性系數(shù)，動力粘性系數(shù)，Pas；溫度為溫度為20、壓力為、壓

6、力為1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時，個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時， =1.80810-5 Pas； =1.50110-5 m2/s礦井通風(fēng)學(xué)礦井通風(fēng)學(xué) 2.1 空氣主要物理參數(shù)空氣主要物理參數(shù)2.1.4 焓焓 焓是一個復(fù)合的狀態(tài)參數(shù)，是內(nèi)能焓是一個復(fù)合的狀態(tài)參數(shù)，是內(nèi)能u和壓力功和壓力功PV之和，空氣焓值的變之和，空氣焓值的變化反應(yīng)了空氣吸收或放出的熱量?；磻?yīng)了空氣吸收或放出的熱量。 焓焓i是以是以1kg干空氣為基礎(chǔ)表示的，是干空氣為基礎(chǔ)表示的，是1kg干空氣的焓干空氣的焓id和和dkg水蒸氣的水蒸氣的焓焓iv的綜合，單位為的綜合，單位為kJ/kg。 i=1.0045t+d(2501+1.85t) d為含濕量，含有為含

7、濕量，含有1kg干空氣的濕空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量（干空氣的濕空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量（kg）礦井通風(fēng)學(xué)礦井通風(fēng)學(xué) 2.2 風(fēng)流能力與壓力風(fēng)流能力與壓力2.2.1 理想氣體狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程RTP單位質(zhì)量單位質(zhì)量RTPVn單位體積單位體積R空氣的氣體常數(shù)，空氣的氣體常數(shù)，287.041J/（kgK）等溫過程等溫過程121221VVPP等壓過程等壓過程212121VVTT等容過程等容過程2121TTPP礦井通風(fēng)學(xué)礦井通風(fēng)學(xué) 2.2 風(fēng)流能量與壓力風(fēng)流能量與壓力 風(fēng)流之所以能在井下流動，其根本原因是系統(tǒng)存在促使空氣流動的能量風(fēng)流之所以能在井下流動，其根本原因是系統(tǒng)存在促使空氣流動的能量差，當(dāng)能量

8、對外做功有力的表現(xiàn)時稱之為壓力，壓力是可以感測的。差，當(dāng)能量對外做功有力的表現(xiàn)時稱之為壓力，壓力是可以感測的。 壓力可理解為：單位體積空氣所具有的能夠?qū)ν庾龉Φ臋C械能。壓力可理解為：單位體積空氣所具有的能夠?qū)ν庾龉Φ臋C械能。 風(fēng)流任一斷面上能量由三部分組成風(fēng)流任一斷面上能量由三部分組成: : 靜壓能靜壓能 位能位能 動能動能 在通風(fēng)測量中以壓力的形式出現(xiàn)，這三部分能量分別表示為靜壓、在通風(fēng)測量中以壓力的形式出現(xiàn)，這三部分能量分別表示為靜壓、位壓和動壓。位壓和動壓。礦井通風(fēng)學(xué)礦井通風(fēng)學(xué) 2.2 風(fēng)流能量與壓力風(fēng)流能量與壓力2.2.1 靜壓能靜壓能靜壓靜壓靜壓能靜壓能分子熱運動產(chǎn)生的分子動能的一部

9、分轉(zhuǎn)化的能夠?qū)ν庾龉Φ臋C分子熱運動產(chǎn)生的分子動能的一部分轉(zhuǎn)化的能夠?qū)ν庾龉Φ臋C械能，用械能，用EP表示（單位為表示（單位為J/m3）；）；靜壓（靜壓力）靜壓（靜壓力）空氣分子撞擊到器壁上時單位面積上產(chǎn)生力的效應(yīng)，空氣分子撞擊到器壁上時單位面積上產(chǎn)生力的效應(yīng)，用用P表示（單位為表示（單位為Pa）靜壓的特點：靜壓的特點：u無論靜止的空氣還是流動的空氣都具有靜壓力；無論靜止的空氣還是流動的空氣都具有靜壓力；u風(fēng)流中任一點的靜壓各向同值，且垂直于作用面；風(fēng)流中任一點的靜壓各向同值，且垂直于作用面；u風(fēng)流靜壓的大小反映了單位體積風(fēng)流能夠?qū)ν庾鞴Φ撵o壓能的多少；風(fēng)流靜壓的大小反映了單位體積風(fēng)流能夠?qū)ν庾鞴?/p>

10、的靜壓能的多少；u靜壓是可以用儀器測量的，大氣壓力就是地面空氣的靜壓值。靜壓是可以用儀器測量的，大氣壓力就是地面空氣的靜壓值。 礦井通風(fēng)學(xué)礦井通風(fēng)學(xué) 2.2 風(fēng)流能量與壓力風(fēng)流能量與壓力2.2.1 靜壓能靜壓能靜壓靜壓abPa真空P0Pbha(+)hb(-)P0（0 0）根據(jù)壓力的測算基準(zhǔn)不同，壓力分為：根據(jù)壓力的測算基準(zhǔn)不同，壓力分為：絕對壓力絕對壓力真空，真空，P相對壓力相對壓力當(dāng)?shù)禺?dāng)時同標(biāo)高大氣壓力（當(dāng)?shù)禺?dāng)時同標(biāo)高大氣壓力（P0），），h=P-P0礦井通風(fēng)學(xué)礦井通風(fēng)學(xué) 2.2 風(fēng)流能量與壓力風(fēng)流能量與壓力2.2.2 重力位能（位能）重力位能（位能）位能（重力位能）位能（重力位能）因地球引

11、力作用，由于位置的不同而具有的一種能量，因地球引力作用，由于位置的不同而具有的一種能量，是一種潛在的能量，只有通過計算得其大小，用是一種潛在的能量，只有通過計算得其大小，用EP0表示（單位為表示（單位為J/m3）。）。重力位能的計算應(yīng)有一個參照基準(zhǔn)，任何標(biāo)高都可用作位能的基準(zhǔn)，不同基重力位能的計算應(yīng)有一個參照基準(zhǔn)，任何標(biāo)高都可用作位能的基準(zhǔn)，不同基準(zhǔn)點其得到的重力位能不同。準(zhǔn)點其得到的重力位能不同。dziEP012= i gdzi礦井通風(fēng)學(xué)礦井通風(fēng)學(xué) 2.2 風(fēng)流能量與壓力風(fēng)流能量與壓力dzi位能與靜壓的關(guān)系位能與靜壓的關(guān)系 當(dāng)空氣靜止時（當(dāng)空氣靜止時（v=0），由空氣靜力學(xué)可知：各斷面的機械

12、能相等。），由空氣靜力學(xué)可知：各斷面的機械能相等。設(shè)以設(shè)以2-2斷面為基準(zhǔn)面：斷面為基準(zhǔn)面： 1-1斷面的總機械能斷面的總機械能 E1=EP01+P1 2-2斷面的總機械能斷面的總機械能 E2=EP02+P2 由由E1=E2得：得： EP01+P1=EP02+P2 由于由于EP02=0（取（取2-2斷面為基準(zhǔn)面），斷面為基準(zhǔn)面）， EP01= 12gZ12， 所以：所以：P2=EP01+P1= 12gZ12+P1 說明：說明： 1、位能與靜壓能之間可以互相轉(zhuǎn)化。、位能與靜壓能之間可以互相轉(zhuǎn)化。 2、在礦井通風(fēng)中把某點的靜壓和位能之和稱之為、在礦井通風(fēng)中把某點的靜壓和位能之和稱之為勢能勢能。2.

13、2.2 重力位能（位能）重力位能（位能）礦井通風(fēng)學(xué)礦井通風(fēng)學(xué) 2.2 風(fēng)流能量與壓力風(fēng)流能量與壓力2.2.2 位能位能位能的特點：位能的特點：位能是相對某一基準(zhǔn)面而具有的能量，它隨所選基準(zhǔn)面的變化而變化，位能是相對某一基準(zhǔn)面而具有的能量，它隨所選基準(zhǔn)面的變化而變化，但位能差為定值。一般基準(zhǔn)面選在研究系統(tǒng)風(fēng)流流經(jīng)的最低水平。但位能差為定值。一般基準(zhǔn)面選在研究系統(tǒng)風(fēng)流流經(jīng)的最低水平。位能是一種潛在的能量，它在本處對外無力的效應(yīng)，即不呈現(xiàn)壓力，位能是一種潛在的能量，它在本處對外無力的效應(yīng)，即不呈現(xiàn)壓力，故不能象靜壓那樣用儀表進行直接測量，只能通過測定高差和空氣柱平故不能象靜壓那樣用儀表進行直接測量，

14、只能通過測定高差和空氣柱平均密度來計算。均密度來計算。位能和靜壓可以相互轉(zhuǎn)化，當(dāng)空氣從標(biāo)高高的斷面流至標(biāo)高低的斷面位能和靜壓可以相互轉(zhuǎn)化，當(dāng)空氣從標(biāo)高高的斷面流至標(biāo)高低的斷面時，部分位能轉(zhuǎn)化為靜壓，反之一樣，并遵循能量守恒定律。時，部分位能轉(zhuǎn)化為靜壓，反之一樣，并遵循能量守恒定律。礦井通風(fēng)學(xué)礦井通風(fēng)學(xué) 2.2 風(fēng)流能量與壓力風(fēng)流能量與壓力2.2.3 動能動能動壓動壓動能動能空氣流動時定向運動的能量，用空氣流動時定向運動的能量，用EV表示（單位為表示（單位為J/m3）；）；動壓（速壓）動壓（速壓）動能所轉(zhuǎn)化顯現(xiàn)的壓力，用動能所轉(zhuǎn)化顯現(xiàn)的壓力，用hv表示（單位為表示（單位為Pa）hv=v2/2動壓

15、的特點：動壓的特點：只有作定向流動的空氣才具有動壓，因此動壓具有方向性。只有作定向流動的空氣才具有動壓，因此動壓具有方向性。動壓總是大于零。垂直流動方向的作用面所承受的動壓最大（即流動動壓總是大于零。垂直流動方向的作用面所承受的動壓最大（即流動方向上的動壓真值）；當(dāng)作用面與流動方向有夾角時，其感受到的動壓方向上的動壓真值）；當(dāng)作用面與流動方向有夾角時，其感受到的動壓值將小于動壓真值，測量動壓時，應(yīng)使感應(yīng)孔垂直于運動方向。值將小于動壓真值，測量動壓時，應(yīng)使感應(yīng)孔垂直于運動方向。在同一流動斷面上，由于風(fēng)速分布的不均勻性，各點的風(fēng)速不相等，在同一流動斷面上，由于風(fēng)速分布的不均勻性，各點的風(fēng)速不相等，

16、所以其動壓值不等，某斷面動壓為該斷面平均風(fēng)速計算值。所以其動壓值不等，某斷面動壓為該斷面平均風(fēng)速計算值。礦井通風(fēng)學(xué)礦井通風(fēng)學(xué) 2.2 風(fēng)流能量與壓力風(fēng)流能量與壓力2.2.4 全壓全壓 風(fēng)道中任一點風(fēng)流，在其流動方向上同時存在靜壓和動壓，兩者之和稱風(fēng)道中任一點風(fēng)流，在其流動方向上同時存在靜壓和動壓，兩者之和稱之為該點風(fēng)流的全壓，即：全壓靜壓動壓。之為該點風(fēng)流的全壓，即：全壓靜壓動壓。 由于靜壓有絕對和相對之分，故全壓也有絕對和相對之分。由于靜壓有絕對和相對之分，故全壓也有絕對和相對之分。 A、絕對全壓（、絕對全壓（Pti） Pti PihviPi B、相對全壓（、相對全壓（hti） hti hh

17、vi=Pti-P0i礦井通風(fēng)學(xué)礦井通風(fēng)學(xué) 2.3 風(fēng)流點壓力及其相互關(guān)系風(fēng)流點壓力及其相互關(guān)系2.3.1 風(fēng)流點壓力風(fēng)流點壓力風(fēng)流的點壓力是指測點的單位體積（風(fēng)流的點壓力是指測點的單位體積（1m3）空氣所具有的壓力。）空氣所具有的壓力。根據(jù)風(fēng)流點壓力形成特征，分為靜壓（絕對靜壓根據(jù)風(fēng)流點壓力形成特征，分為靜壓（絕對靜壓P、相對靜壓、相對靜壓h）、動）、動壓（壓（hv）和全壓（絕對全壓）和全壓（絕對全壓Pt、相對全壓、相對全壓ht）。）。礦井通風(fēng)學(xué)礦井通風(fēng)學(xué) 2.3 風(fēng)流點壓力及其相互關(guān)系風(fēng)流點壓力及其相互關(guān)系2.3.2 風(fēng)流點壓力測定風(fēng)流點壓力測定U型壓差計型壓差計空盒氣壓計空盒氣壓計礦井通風(fēng)

18、學(xué)礦井通風(fēng)學(xué) 2.3 風(fēng)流點壓力及其相互關(guān)系風(fēng)流點壓力及其相互關(guān)系單管傾斜壓差計單管傾斜壓差計 補償式微差計補償式微差計 2.3.2 風(fēng)流點壓力測定風(fēng)流點壓力測定礦井通風(fēng)學(xué)礦井通風(fēng)學(xué) 2.3 風(fēng)流點壓力及其相互關(guān)系風(fēng)流點壓力及其相互關(guān)系2.3.2 風(fēng)流點壓力測定風(fēng)流點壓力測定皮托管皮托管皮托管是承受和傳遞壓力的工具。皮托管是承受和傳遞壓力的工具。礦井通風(fēng)學(xué)礦井通風(fēng)學(xué) 2.3 風(fēng)流點壓力及其相互關(guān)系風(fēng)流點壓力及其相互關(guān)系2.3.3 風(fēng)流點壓力測定風(fēng)流點壓力測定礦井通風(fēng)學(xué)礦井通風(fēng)學(xué) 2.3 風(fēng)流點壓力及其相互關(guān)系風(fēng)流點壓力及其相互關(guān)系2.3.2 風(fēng)流點壓力測定風(fēng)流點壓力測定礦井通風(fēng)多參數(shù)檢測儀礦井

19、通風(fēng)多參數(shù)檢測儀 礦井通風(fēng)學(xué)礦井通風(fēng)學(xué) 2.3 風(fēng)流點壓力及其相互關(guān)系風(fēng)流點壓力及其相互關(guān)系2.3.3 風(fēng)流點壓力相互關(guān)系風(fēng)流點壓力相互關(guān)系壓入式通風(fēng)壓入式通風(fēng)抽出式通風(fēng)抽出式通風(fēng)礦井通風(fēng)學(xué)礦井通風(fēng)學(xué) 2.3 風(fēng)流點壓力及其相互關(guān)系風(fēng)流點壓力及其相互關(guān)系2.3.3 風(fēng)流點壓力相互關(guān)系風(fēng)流點壓力相互關(guān)系礦井通風(fēng)學(xué)礦井通風(fēng)學(xué) 2.3 風(fēng)流點壓力及其相互關(guān)系風(fēng)流點壓力及其相互關(guān)系2.3.3 風(fēng)流點壓力相互關(guān)系風(fēng)流點壓力相互關(guān)系礦井通風(fēng)學(xué)礦井通風(fēng)學(xué) 2.3 風(fēng)流點壓力及其相互關(guān)系風(fēng)流點壓力及其相互關(guān)系2.3.3 風(fēng)流點壓力相互關(guān)系風(fēng)流點壓力相互關(guān)系通風(fēng)管道中相對壓力的測定通風(fēng)管道中相對壓力的測定礦井通

20、風(fēng)學(xué)礦井通風(fēng)學(xué) 2.4 通風(fēng)能量方程通風(fēng)能量方程2.4.1 空氣流動連續(xù)性方程空氣流動連續(xù)性方程 礦井空氣流動假設(shè)為一元穩(wěn)定流（流動參數(shù)不隨時間變化），根據(jù)質(zhì)量守礦井空氣流動假設(shè)為一元穩(wěn)定流（流動參數(shù)不隨時間變化），根據(jù)質(zhì)量守恒定律，流入某空間的流體質(zhì)量必然等于流出其空間的流體質(zhì)量。恒定律，流入某空間的流體質(zhì)量必然等于流出其空間的流體質(zhì)量。11S1=22S2一元穩(wěn)定流連續(xù)性一元穩(wěn)定流連續(xù)性可壓縮氣體，即可壓縮氣體，即12，當(dāng)，當(dāng)S1=S2時，時，與與成反比；成反比；不可壓縮氣體，即不可壓縮氣體，即1=2，則，則與與S成反比。成反比。例題例題礦井通風(fēng)學(xué)礦井通風(fēng)學(xué) 2.4 通風(fēng)能量方程通風(fēng)能量方程

21、2.4.2 可壓縮氣體能量方程可壓縮氣體能量方程 礦井風(fēng)流在流動過程中其容積和密度是變化的，且是一個多變過程，礦井風(fēng)流在流動過程中其容積和密度是變化的，且是一個多變過程，風(fēng)流是可壓縮的，其密度與壓力的關(guān)系為：風(fēng)流是可壓縮的，其密度與壓力的關(guān)系為： 風(fēng)流能量由機械能（靜壓能、位能、動壓能）和內(nèi)能（分子內(nèi)動能與風(fēng)流能量由機械能（靜壓能、位能、動壓能）和內(nèi)能（分子內(nèi)動能與分子位能）組成，其中內(nèi)能分子位能）組成，其中內(nèi)能u是空氣狀態(tài)參數(shù)的函數(shù)，是空氣狀態(tài)參數(shù)的函數(shù)，u=f（P，）。）。 風(fēng)流能量常用風(fēng)流能量常用1kg（單位質(zhì)量）或（單位質(zhì)量）或1m3（單位體積）空氣所具有的能量（單位體積）空氣所具有的

22、能量表示。表示。n11PPconstPn或或礦井通風(fēng)學(xué)礦井通風(fēng)學(xué) 2.4 通風(fēng)能量方程通風(fēng)能量方程2.4.2 可壓縮氣體能量方程可壓縮氣體能量方程z1z200p1、v1、u1p2、v2、u2qLRqR112111u2vPZg單位質(zhì)量空氣所具有的能量單位質(zhì)量空氣所具有的能量1-1斷面：斷面：2-2斷面：斷面：222222u2vPZg假設(shè)：假設(shè)：1、流動過程中克服流動阻力消耗的能量為、流動過程中克服流動阻力消耗的能量為LR；2、 LR 中部分轉(zhuǎn)化的熱量中部分轉(zhuǎn)化的熱量qR將轉(zhuǎn)化成熱能仍存在于空氣中；將轉(zhuǎn)化成熱能仍存在于空氣中；3、從外界傳給的熱量為、從外界傳給的熱量為q；4、1-2斷面間無其它動力

23、源。斷面間無其它動力源。礦井通風(fēng)學(xué)礦井通風(fēng)學(xué) 2.4 通風(fēng)能量方程通風(fēng)能量方程2.4.2 可壓縮氣體能量方程可壓縮氣體能量方程單位質(zhì)量可壓縮氣體無源能量方程單位質(zhì)量可壓縮氣體無源能量方程RqqZg112111u2vPR 22222Lu2vP2Zg21212111221122dPPdPdPPPPvvvvv21222121RZg2v2vdPLZvt21222121RLZg2v2vdPLZv有壓源有壓源Lt伯努利積分項伯努利積分項礦井通風(fēng)學(xué)礦井通風(fēng)學(xué) 2.4 通風(fēng)能量方程通風(fēng)能量方程2.4.2 可壓縮氣體能量方程可壓縮氣體能量方程constPvn，即為等溫過程，時，當(dāng)constPv 1n122111

24、lnPPvPvdP多變過程方程式：多變過程方程式：，即為等熵過程；時，當(dāng)constvkkP41. 1n1200nvdPconstP，即為等壓過程，時，當(dāng)1221)(nPPvvdPconstv，即為等容過程，時，當(dāng) 礦井通風(fēng)學(xué)礦井通風(fēng)學(xué) 2.4 通風(fēng)能量方程通風(fēng)能量方程2.4.2 可壓縮氣體能量方程可壓縮氣體能量方程單位體積可壓縮氣體能量方程單位體積可壓縮氣體能量方程有壓源有壓源Lt)()22v(21222121ZZgvPPhmmRtmmRHZZgvPPh)()22v(21222121mRhLR無壓源無壓源)()22()(221122212121ZgZgvvPPhmmRtmmRHZgZgvvPP

25、h)()22()(221122212121礦井通風(fēng)學(xué)礦井通風(fēng)學(xué) 2.4 通風(fēng)能量方程通風(fēng)能量方程2.4.2 可壓縮氣體能量方程可壓縮氣體能量方程能量方程使用的幾點說明：能量方程使用的幾點說明：1、能量方程表示、能量方程表示1kg（或（或1m3）空氣在流動過程中所消耗的能量（通風(fēng)阻力）空氣在流動過程中所消耗的能量（通風(fēng)阻力）等于流動前后總機械能（靜壓能、動壓能和位能）的變化量；等于流動前后總機械能（靜壓能、動壓能和位能）的變化量；2、風(fēng)流流動是穩(wěn)定流，即斷面上的參數(shù)不隨時間的變化而變化；、風(fēng)流流動是穩(wěn)定流，即斷面上的參數(shù)不隨時間的變化而變化；3、風(fēng)流總是從總能量大的地方流向小的地方。在判斷風(fēng)流方

26、向時，以總能量、風(fēng)流總是從總能量大的地方流向小的地方。在判斷風(fēng)流方向時，以總能量以依據(jù)；當(dāng)不知風(fēng)流方向時，可先假設(shè)風(fēng)流方向，經(jīng)計算出的能量損失為正，以依據(jù)；當(dāng)不知風(fēng)流方向時，可先假設(shè)風(fēng)流方向，經(jīng)計算出的能量損失為正，則假設(shè)正確，否則假設(shè)錯誤。則假設(shè)正確，否則假設(shè)錯誤。4、正確選擇基準(zhǔn)面；、正確選擇基準(zhǔn)面；5、有壓源時，當(dāng)壓源方向與風(fēng)流方向一致時，壓源為正，壓源對風(fēng)流做功；、有壓源時，當(dāng)壓源方向與風(fēng)流方向一致時，壓源為正，壓源對風(fēng)流做功；否則壓源為負(fù)，壓源為通風(fēng)阻力。否則壓源為負(fù)，壓源為通風(fēng)阻力。6、當(dāng)流動過程中有、當(dāng)流動過程中有流量流量變化時，應(yīng)按變化時，應(yīng)按總能量總能量的守恒與轉(zhuǎn)換定律列方程

27、。的守恒與轉(zhuǎn)換定律列方程。7、注意各單位的一致性。、注意各單位的一致性。礦井通風(fēng)學(xué)礦井通風(fēng)學(xué) 例：在某通風(fēng)井巷中，測得例：在某通風(fēng)井巷中，測得1、2兩斷面的絕對靜壓分別為兩斷面的絕對靜壓分別為101324.7 Pa和和101858 Pa，若，若S1=S2，兩斷面間的高差，兩斷面間的高差Z1-Z2=100m，巷道中，巷道中 m12=1.2kg/m3，求：求：1、2兩斷面間的通風(fēng)阻力，并判斷風(fēng)流方向。兩斷面間的通風(fēng)阻力，并判斷風(fēng)流方向。解：假設(shè)風(fēng)流方向解：假設(shè)風(fēng)流方向12，列能量方程：，列能量方程： =（101324.7-101858）01009.811.2 = 643.9 J/m3。 由于阻力值

28、為正，所以原假設(shè)風(fēng)流方向正確，由于阻力值為正，所以原假設(shè)風(fēng)流方向正確，12。2.4 通風(fēng)能量方程通風(fēng)能量方程m122122212121R12g2v2vPPhZZ 礦井通風(fēng)學(xué)礦井通風(fēng)學(xué) 2.5 能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用2.5.1 始末兩端無動力源始末兩端無動力源 1、水平巷道、水平巷道 設(shè)斷面設(shè)斷面1和和2的標(biāo)高差為的標(biāo)高差為0（ ），空氣密度相等（），空氣密度相等（ ），則兩斷面），則兩斷面位壓差為位壓差為0（ ），當(dāng)兩斷面面積相等時，根據(jù)風(fēng)流連續(xù)性可知，兩斷），當(dāng)兩斷面面積相等時，根據(jù)風(fēng)流連續(xù)性可知，兩斷面風(fēng)流流速相等（面風(fēng)流流速相等（ ），則兩斷面速壓差等于），

29、則兩斷面速壓差等于0，根據(jù)能量方程可知：，根據(jù)能量方程可知：012Z2101212gZ212112PPhR在上述條件下，兩斷面的通風(fēng)阻力等于其絕對靜壓之差。在上述條件下，兩斷面的通風(fēng)阻力等于其絕對靜壓之差。當(dāng)當(dāng)1和和2斷面面積不等時，即斷面面積不等時，即 ，則兩斷面通風(fēng)阻力為：，則兩斷面通風(fēng)阻力為：21 在上述條件下，兩斷面通風(fēng)阻力等于其斷面絕對靜壓差和速壓差之和，在上述條件下，兩斷面通風(fēng)阻力等于其斷面絕對靜壓差和速壓差之和，即絕對全壓之差。即絕對全壓之差。21222211211222ttRPPvvPPh礦井通風(fēng)學(xué)礦井通風(fēng)學(xué) 2.5 能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用2.5.

30、1 始末兩端無動力源始末兩端無動力源 2、傾斜或垂直巷道、傾斜或垂直巷道 當(dāng)風(fēng)流向下流動時，始斷面當(dāng)風(fēng)流向下流動時，始斷面1的標(biāo)高大于末斷面的標(biāo)高大于末斷面2的標(biāo)高，的標(biāo)高，Z120，兩斷，兩斷面位壓差面位壓差 ；當(dāng)風(fēng)流向上流動時，；當(dāng)風(fēng)流向上流動時，Z120， ，則根據(jù)能量方，則根據(jù)能量方程有：程有：01212gZ01212gZ 兩斷面通風(fēng)阻力為絕對全壓差與位壓差的代數(shù)和，當(dāng)兩斷面速壓差為兩斷面通風(fēng)阻力為絕對全壓差與位壓差的代數(shù)和，當(dāng)兩斷面速壓差為0時，其通風(fēng)阻力為兩斷面的絕對靜壓差與位壓差的代數(shù)和，其中風(fēng)流向下流時，其通風(fēng)阻力為兩斷面的絕對靜壓差與位壓差的代數(shù)和，其中風(fēng)流向下流動時取動時取

31、+，反之取，反之取-。1212211212222211211222gZPPgZvvPPhttR礦井通風(fēng)學(xué)礦井通風(fēng)學(xué) 2.5 能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用2.5.2 始末兩端有動力源始末兩端有動力源1234)()()(441144332211341214vvvvvvRRRhPhPhPhPhPhPhhh當(dāng)始末兩端有動力源時，其通風(fēng)阻力應(yīng)是各段通風(fēng)阻力之和。當(dāng)始末兩端有動力源時，其通風(fēng)阻力應(yīng)是各段通風(fēng)阻力之和。礦井通風(fēng)學(xué)礦井通風(fēng)學(xué) 2.5 能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用2.5.3 通風(fēng)能量（壓力）坡度線通風(fēng)能量（壓力）坡度線 能量方程是通風(fēng)工程的理論基礎(chǔ)

32、，而通風(fēng)能量（壓力）坡度線是對能量方能量方程是通風(fēng)工程的理論基礎(chǔ)，而通風(fēng)能量（壓力）坡度線是對能量方程的圖形描述，比較直觀地反映了空氣在流動過程中能量（壓力）沿程的變化程的圖形描述，比較直觀地反映了空氣在流動過程中能量（壓力）沿程的變化規(guī)律、通風(fēng)能量（壓力）和通風(fēng)阻力之間的相互關(guān)系以及相互轉(zhuǎn)化。正確理解規(guī)律、通風(fēng)能量（壓力）和通風(fēng)阻力之間的相互關(guān)系以及相互轉(zhuǎn)化。正確理解和掌握通風(fēng)能量（壓力）坡度線，將有助于加深對能量方程的理解。和掌握通風(fēng)能量（壓力）坡度線，將有助于加深對能量方程的理解。 通風(fēng)能通風(fēng)能量（壓力）坡度線是通風(fēng)管理和均壓防滅火的有力工具。量（壓力）坡度線是通風(fēng)管理和均壓防滅火的有力

33、工具。礦井通風(fēng)學(xué)礦井通風(fēng)學(xué) 2.5 能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用012345678910P0壓力壓力Pa流程流程擴散器擴散器H thR12hR78水平風(fēng)道的能量（壓力）坡度線水平風(fēng)道的能量（壓力）坡度線2.5.3 通風(fēng)能量（壓力）坡度線通風(fēng)能量（壓力）坡度線礦井通風(fēng)學(xué)礦井通風(fēng)學(xué) 2.5 能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用2.5.3 通風(fēng)能量（壓力）坡度線通風(fēng)能量（壓力）坡度線 、風(fēng)流的邊界條件、風(fēng)流的邊界條件 入口斷面處：風(fēng)流入口斷面處的絕對全壓等于大氣壓，即：入口斷面處：風(fēng)流入口斷面處的絕對全壓等于大氣壓，即： Ptin= P0，所以，所以，htin

34、= 0，hin=-hvin； 出口斷面處：風(fēng)流出口斷面處的絕對靜壓等于大氣壓，即：出口斷面處：風(fēng)流出口斷面處的絕對靜壓等于大氣壓，即： Pex= P0，所以，所以，hex= 0，htex=hvex； 、作圖步驟、作圖步驟 ）以縱坐標(biāo)為壓力（相對壓力或絕對壓力），橫坐標(biāo)為風(fēng)流流程。）以縱坐標(biāo)為壓力（相對壓力或絕對壓力），橫坐標(biāo)為風(fēng)流流程。 ）根據(jù)邊界條件確定起始點位置。）根據(jù)邊界條件確定起始點位置。 ）將各測點的相對靜壓和相對全壓與其流程的關(guān)系描繪在坐標(biāo)）將各測點的相對靜壓和相對全壓與其流程的關(guān)系描繪在坐標(biāo) ）最后將圖上的同名參數(shù)點用直線或曲線連接起來，就得到所要繪制）最后將圖上的同名參數(shù)點用直

35、線或曲線連接起來，就得到所要繪制的能量（壓力）坡度線。的能量（壓力）坡度線。礦井通風(fēng)學(xué)礦井通風(fēng)學(xué) 2.5 能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用2.5.3 通風(fēng)能量（壓力）坡度線通風(fēng)能量（壓力）坡度線 通風(fēng)能量（壓力）坡度線可以看出：通風(fēng)能量（壓力）坡度線可以看出： 絕對全壓（相對全壓）沿程是逐漸減少的；絕對靜壓（相對靜壓）沿程絕對全壓（相對全壓）沿程是逐漸減少的；絕對靜壓（相對靜壓）沿程分布是隨動壓的大小變化而變化；在全壓一定的條件下，風(fēng)流在流動過程中分布是隨動壓的大小變化而變化；在全壓一定的條件下，風(fēng)流在流動過程中其靜壓和動壓（在非水平巷道還有位能）可以相互轉(zhuǎn)換；在斷面小的地

36、方，其靜壓和動壓（在非水平巷道還有位能）可以相互轉(zhuǎn)換；在斷面小的地方，靜壓將有一部分轉(zhuǎn)化為動壓，反之在斷面大的地方，將有一部分動壓轉(zhuǎn)化為靜壓將有一部分轉(zhuǎn)化為動壓，反之在斷面大的地方，將有一部分動壓轉(zhuǎn)化為靜壓。所以靜壓坡度線沿程是起伏變化的，而非單調(diào)下降。在判斷風(fēng)流流動靜壓。所以靜壓坡度線沿程是起伏變化的，而非單調(diào)下降。在判斷風(fēng)流流動方向時，在水平巷道用全壓，傾斜巷道用全能量。方向時，在水平巷道用全壓，傾斜巷道用全能量。 水平風(fēng)道中任意兩斷面間的通風(fēng)阻力等于全壓坡度線上兩斷面間的全壓水平風(fēng)道中任意兩斷面間的通風(fēng)阻力等于全壓坡度線上兩斷面間的全壓降低值，通風(fēng)阻力越大，全壓值下降越多。降低值，通風(fēng)阻

37、力越大，全壓值下降越多。 礦井通風(fēng)學(xué)礦井通風(fēng)學(xué) 2.5 能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用抽出式通風(fēng)礦井中通風(fēng)阻力與主通風(fēng)機風(fēng)硐斷面相對壓力之間的關(guān)系抽出式通風(fēng)礦井中通風(fēng)阻力與主通風(fēng)機風(fēng)硐斷面相對壓力之間的關(guān)系h阻阻h局局1h阻阻14h局局1P0（P1hv1）h阻阻14（P1hv1Z12g）（）（P4hv4Z34g）h阻阻（P0P4）hv4（1234）Zg h4hv4 （1234）Zg =ht4hn礦井通風(fēng)學(xué)礦井通風(fēng)學(xué) 2.5 能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用抽出式通風(fēng)礦井中風(fēng)流能量（壓力）坡度線抽出式通風(fēng)礦井中風(fēng)流能量（壓力）坡度線礦井通風(fēng)學(xué)礦井通風(fēng)學(xué)

38、2.5 能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用壓入式通風(fēng)礦井中通風(fēng)阻力與主通風(fēng)機風(fēng)硐斷面相對壓力之間的關(guān)系壓入式通風(fēng)礦井中通風(fēng)阻力與主通風(fēng)機風(fēng)硐斷面相對壓力之間的關(guān)系 h阻阻h阻抽阻抽h阻壓阻壓h阻壓阻壓h阻阻36h局局6h阻阻36（P3hv3Z34g）（）（P6hv6Z56g）h局局6（P6hv6）P0h阻壓阻壓（P3P0）hv3（Z34gZ56g） h3hv3（Z34gZ56g）=h3hv3Hnh全全3Hnh阻阻（h2hv2）（）（ht3Hn）ht2ht3Hn 礦井通風(fēng)學(xué)礦井通風(fēng)學(xué) 2.5 能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用壓入式通風(fēng)礦井中風(fēng)流能量（壓力）坡

39、度線壓入式通風(fēng)礦井中風(fēng)流能量（壓力）坡度線礦井通風(fēng)學(xué)礦井通風(fēng)學(xué) 2.5 能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用 能量（壓力）坡度線分析：能量（壓力）坡度線分析： 1、能量（壓力）坡度線清楚地反映了風(fēng)流在流動過程中，沿程各斷面全能量與、能量（壓力）坡度線清楚地反映了風(fēng)流在流動過程中，沿程各斷面全能量與通風(fēng)阻力的關(guān)系。全能量沿程逐漸下降，從入風(fēng)口至某斷面的通風(fēng)阻力等于該斷面上通風(fēng)阻力的關(guān)系。全能量沿程逐漸下降，從入風(fēng)口至某斷面的通風(fēng)阻力等于該斷面上全能量的下降值，任意兩斷面通風(fēng)阻力等于這兩個斷面全能量下降值之差；全能量坡全能量的下降值，任意兩斷面通風(fēng)阻力等于這兩個斷面全能量下降值之差

40、；全能量坡度線的坡度反映了流動路線上的通風(fēng)阻力分布狀況，坡度越大，單位長度井巷上的通度線的坡度反映了流動路線上的通風(fēng)阻力分布狀況，坡度越大，單位長度井巷上的通風(fēng)阻力越大；風(fēng)流不流動時，其全能量坡度線為水平直線。風(fēng)阻力越大；風(fēng)流不流動時，其全能量坡度線為水平直線。 2、絕對全壓和絕對靜壓坡度線的變化有起伏，風(fēng)流向下流動時，位能減少而靜、絕對全壓和絕對靜壓坡度線的變化有起伏，風(fēng)流向下流動時，位能減少而靜壓增大；反之，風(fēng)流向上流動時，位能增大而靜壓減少，說明風(fēng)流在有高差變化的井壓增大；反之，風(fēng)流向上流動時，位能增大而靜壓減少，說明風(fēng)流在有高差變化的井巷中流動時，其靜壓和位能之間可以相互轉(zhuǎn)化。巷中流動

41、時，其靜壓和位能之間可以相互轉(zhuǎn)化。 3、能量（壓力）坡度線可清楚看到風(fēng)流沿程各種能量的變化情況和各斷面能量、能量（壓力）坡度線可清楚看到風(fēng)流沿程各種能量的變化情況和各斷面能量的大小及變化趨勢，判斷風(fēng)流方向，為均壓防滅火和控制瓦斯涌出提供依據(jù)。的大小及變化趨勢，判斷風(fēng)流方向，為均壓防滅火和控制瓦斯涌出提供依據(jù)。礦井通風(fēng)學(xué)礦井通風(fēng)學(xué) 2.5 能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用靜壓水柱計的安裝方法靜壓水柱計的安裝方法a壁面取壓法壁面取壓法 b環(huán)形管取壓法環(huán)形管取壓法 通過礦井通風(fēng)阻力與主通風(fēng)機風(fēng)硐斷面相對壓力之間的關(guān)系式可見，無通過礦井通風(fēng)阻力與主通風(fēng)機風(fēng)硐斷面相對壓力之間的關(guān)系式可見，無論是抽出式還是壓入式礦井，礦井通風(fēng)總阻力可以通過測定風(fēng)硐斷面的相對論是抽出式還是壓入式礦井，礦井通風(fēng)總阻力可以通過測定風(fēng)硐斷面的相對壓力和自然風(fēng)壓值計算出來。實際上，礦井風(fēng)硐斷面的動壓值不大，變化也壓力和自然風(fēng)壓值計算出來。實際上，礦井風(fēng)硐斷面的動壓值不大，變化也較??；自然風(fēng)壓值隨季節(jié)而變化，一般也不大，因此，只要用壓差計測出風(fēng)較??；自然風(fēng)壓值隨季節(jié)而變化，一般也不大，因此，只要用壓差計測出風(fēng)硐