第2章礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)

1、2022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)第第2 2章章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)Chapter2 Principles of Airflow subsurface本章的重點：本章的重點：1 1、空氣的物理參數(shù)、空氣的物理參數(shù)-T-T、P P、；2 2、風流的能量與點壓力、風流的能量與點壓力-靜壓，靜壓能；動壓、動能；靜壓，靜壓能；動壓、動能；位能；全壓；抽出式和壓入式相對靜壓、相對全壓與動壓位能；全壓；抽出式和壓入式相對靜壓、相對全壓與動壓的關系的關系本章的難點：本章的難點：點壓力之間的關系點壓力之間的關系2022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)一、密度一、密度1 1 密度

2、定義密度定義: :單位體積空氣所具有的質(zhì)量稱為空單位體積空氣所具有的質(zhì)量稱為空氣的密度氣的密度. .第一節(jié)第一節(jié) 礦內(nèi)空氣的密度及計算礦內(nèi)空氣的密度及計算3/,mkgVM2022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)2 干空氣密度 由氣體狀態(tài)方程可以得出任意狀態(tài)下干空氣密度可由下式計算300303000,48.33 .101,273293.1,mkgTpkPapKTmkgmkgTppT則有：代入具體條件：2022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)3 濕空氣密度濕空氣密度為干空氣密度和水蒸汽密度之和，根據(jù)氣體狀態(tài)方程，可推出空氣密度計算公式 )1 (484. 3378. 0PPTPsatBBBv

3、adppppppppp干干水蒸氣干氣壓力為同溫條件下飽和水蒸.2022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)ppTpppppTRppRpRppTRpTRpTRppVMBBBBBBB378.0148.3622.011干蒸干干蒸干又空氣密度：式中：P為大氣壓，B為飽和水蒸汽壓，單位：Pa； 為相對濕度；為空氣絕對溫度，T= t + 273 , K。2022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)濕空氣密度經(jīng)驗計算公式3/,45. 3mkgTp說明：式中的壓力單位都為kPa2022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)二 比容單位質(zhì)量空氣所占的體積：1MV2022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)三、空氣

4、粘滯系數(shù) 為流速梯度。為面積，為內(nèi)摩擦力，為粘滯系數(shù)，dydusFdydusF2022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)四、空氣運動粘性系數(shù)說明:運動粘性系數(shù)隨壓力增加而減小，當壓力不變時，則溫度升高系數(shù)增大。e2022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)五、氣體狀態(tài)方程KkgJRmRTPV287. 02022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)第二節(jié)第二節(jié) 礦內(nèi)空氣的壓力及測定礦內(nèi)空氣的壓力及測定一、靜壓一、靜壓(static pressures)(static pressures)1 1 靜壓的概念靜壓的概念 空氣的分子無時無刻不在作無秩序的熱運動。這種由分子熱運動空氣的分子無時無刻不在

5、作無秩序的熱運動。這種由分子熱運動產(chǎn)生的分子動能的一部分轉(zhuǎn)化的能夠?qū)ν庾鞴Φ臋C械能叫靜壓能，產(chǎn)生的分子動能的一部分轉(zhuǎn)化的能夠?qū)ν庾鞴Φ臋C械能叫靜壓能，J Jm m3 3，2 2 靜壓特點靜壓特點 a.a.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； b.b.風流中任一點的靜壓各向同值，且垂直于作用面；風流中任一點的靜壓各向同值，且垂直于作用面； c.c.風流靜壓的大?。梢杂脙x表測量）反映了單位體積風流所風流靜壓的大?。梢杂脙x表測量）反映了單位體積風流所具有的能夠?qū)ν庾鞴Φ撵o壓能的多少。如說風流的壓力為具有的能夠?qū)ν庾鞴Φ撵o壓能的多少。如說風流的壓力為

6、1000Pa1000Pa，則指風流則指風流1m1m3 3具有具有1000J1000J的靜壓能。的靜壓能。 2022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)d.d.空間某一點空氣靜壓的大小，與該點在大氣中所空間某一點空氣靜壓的大小，與該點在大氣中所處的位置和受扇風機所造成的人工壓力有關。處的位置和受扇風機所造成的人工壓力有關。3 3 礦井常用壓強單位：礦井常用壓強單位：Pa MpaPa Mpa mmHg mmH mmHg mmH2 20 mmbar bar atm0 mmbar bar atm 等。等。 換算關系：換算關系：1 atm = 760 mmHg = 1013.25 1 atm = 760

7、 mmHg = 1013.25 mmbarmmbar = 101325 Pa = 101325 Pa mmbarmmbar = 100 Pa = 10.2 mmH = 100 Pa = 10.2 mmH2 20,0, mmHg = 13.6mmHmmHg = 13.6mmH2 20 = 133.32 Pa0 = 133.32 Pa2022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)4 大氣壓力大氣壓力 大氣壓力是指地面靜止空氣的靜壓力，大氣壓力是指地面靜止空氣的靜壓力，他等于單位面積上空氣柱的重力。他等于單位面積上空氣柱的重力。海拔高（米）010020030050010002000大氣壓（kPa）10

8、1.3100.198.997.795.489.879.72022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)5 5 壓力的兩種測算基準（表示方法）壓力的兩種測算基準（表示方法） 根據(jù)壓力的測算基準不同，壓力可分為：絕對壓力根據(jù)壓力的測算基準不同，壓力可分為：絕對壓力和相對壓力。和相對壓力。 A A、絕對壓力：以真空為測算零點（比較基準）而測得、絕對壓力：以真空為測算零點（比較基準）而測得的壓力稱之為絕對壓力，用的壓力稱之為絕對壓力，用 P P 表示。表示。 B B、相對壓力：、相對壓力： 以當時當?shù)赝瑯烁叩拇髿鈮毫闇y算以當時當?shù)赝瑯烁叩拇髿鈮毫闇y算基準基準( (零點零點) )測得的壓力稱之為相對壓

9、力，即通常所說測得的壓力稱之為相對壓力，即通常所說的表壓力，用的表壓力，用 h h 表示。表示。2022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì) C 風流的絕對壓力（P）、相對壓力（h）和與其對應的大氣壓（P0）三者之間的關系如下式所示：h = P P0Pi 與 hi 比較：I、絕對靜壓總是為正，而相對靜壓有正負之分；II、同一斷面上各點風流的絕對靜壓隨高度的變化而變化，而相對靜壓與高度無關。III、 Pi 可能大于、等于或小于與該點同標高的大氣壓(P0i)。abPa真空P0Pbha(+)hb(-)P02022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)二、重力位能(elevation head)1 重力

10、位能的概念 物體在地球重力場中因地球引力的作用，由于位置的不同而具有的一種能量叫重力位能，簡稱位能，用 EPO 表示。 如果把質(zhì)量為M（kg）的物體從某一基準面提高Z（m），就要對物體克服重力作功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，它只有通過計算得其大小，而且是一個相對值。實際工作中一般計算位能差。2 位能計算 重力位能的計算應有一個參照基準面。 Ep012= i gdzi如下圖 1兩斷面之間的位能差：dzi2022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)3 3 位能與靜壓的關系位能與靜壓的關系 當空氣靜止時（當空氣靜

11、止時（v=0v=0），由空氣靜力學可知：各斷面的機械能相等。），由空氣靜力學可知：各斷面的機械能相等。設以設以2-22-2斷面為基準面：斷面為基準面： 1-11-1斷面的總機械能斷面的總機械能 E E1 1=E=EPO1PO1+P+P1 1 2-2 2-2斷面的總機械能斷面的總機械能 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斷面為基準面），斷面為基準面），E EPO1PO1= = 1212.g.Z.g.Z1212， 所以：所以：P

12、P2 2=E=EPO1PO1+P+P1 1= = 1212.g.Z.g.Z1212+P+P1 1 說明：、位能與靜壓能之間可以互相轉(zhuǎn)化。說明：、位能與靜壓能之間可以互相轉(zhuǎn)化。 IIII、在礦井通風中把某點的靜壓和位能之和稱之為勢能。、在礦井通風中把某點的靜壓和位能之和稱之為勢能。 dzi2022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)4 位能的特點 a.位能是相對某一基準面而具有的能量，它隨所選基準面的變化而變化。但位能差為定值。 b.位能是一種潛在的能量，它在本處對外無力的效應，即不呈現(xiàn)壓力，故不能象靜壓那樣用儀表進行直接測量。 c.位能和靜壓可以相互轉(zhuǎn)化，在進行能量轉(zhuǎn)化時遵循能量守恒定律202

13、2-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)三、動壓(velocity pressures)（1)動能與動壓的概念 當空氣流動時，除了位能和靜壓能外，還有空氣定向運動的動能，用Ev表示，J/m3；其動能所轉(zhuǎn)化顯現(xiàn)的壓力叫動壓或稱速壓，用符號hv表示，單位Pa。（2)動壓的計算 單位體積空氣所具有的動能為： Evi 0.5 iV2 式中： i I點的空氣密度，Kg/m3； vI點的空氣流速，m/s。 Evi對外所呈現(xiàn)的動壓hvi，其值相同。2022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)（3)動壓的特點a.只有作定向流動的空氣才具有動壓，因此動壓具有方向性。b.動壓總是大于零。垂直流動方向的作用面所承受的

14、動壓最大（即流動方向上的動壓真值）；當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。c.在同一流動斷面上，由于風速分布的不均勻性，各點的風速不相等，所以其動壓值不等。d.某斷面動壓即為該斷面平均風速計算值。2022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)四、全壓(Total pressures) 1 全壓概念 風道中任一點風流，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。A、絕對全壓（Pti） PtiPihviB、相對全壓（hti） htihihviPtiPoi 說明：A、相對全壓有正負之分；

15、B、無論正壓通還是負壓通風，PtiPi hti hi。2022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)2 風流的點壓力之間相互關系 風流的點壓力是指測點的單位體積(1m3)空氣所具有的壓力。通風管道中流動的風流的點壓力可分為：靜壓、動壓和全壓。 風流中任一點i的動壓、絕對靜壓和絕對全壓的關系為：hvi=Pti-Pi hvi、hI和hti三者之間的關系為：hti=hi+hvi 。2022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì) 壓入式通風（正壓通風）：風流中任一點的相對全壓恒為正。 Pti and Pi Po i hi ， hti 0 且 hti hi ， hti = hi +hvi 壓入式通風的實質(zhì)是

16、使風機出口風流的能量增加，即出口風流的絕對壓力大于風機進口的壓力。2022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì) 抽出式通風（負壓通風）：風流中任一點的相對全壓恒為負，對于抽出式通風由于hti 和 hi 為負，實際計算時取其絕對值進行計算。 Pti and Pi Po i hti 0 且 hti hi ，但|hti| |hi| 實際應用中，因為負通風風流的相對全壓和相對靜壓均為負值，故在計算過程中取其絕對值進行計算。 即：| hti | = |hi| hvi 抽出式通風的實質(zhì)是使風機入口風流的能量降低，即入口風流的絕對壓力小于風機出口的壓力。2022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)風流點壓力

17、間的關系風流點壓力間的關系abPa真空真空P0Pbha(+)hb(-)P0Pathvhat(+)hvhbt(-)Pbt抽出式通風抽出式通風壓入式通風壓入式通風壓入式通風壓入式通風抽出式通風抽出式通風2022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)例題 如圖壓入式通風風筒中某點i的hi=1000Pa，hvi=150Pa，風筒外與i點同標高的P0i=101332Pa，求： (1) i點的絕對靜壓Pi； (2) i點的相對全壓hti； (3) i點的絕對靜壓Pti。 解：(1) Pi=P0i+hi=101332+1000=102332Pa (2) hti=hi+hvi=1000+150=1150Pa (

18、3 Pti=P0i+hti=Pi+hvi=101332.32+1150=102482Paa壓入式通風2022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)例題 如圖抽出式通風風筒中某點i的hi=1000Pa，hvi=150Pa，風筒外與i點同標高的P0i=101332Pa，求： (1) i點的絕對靜壓Pi； (2) i點的相對全壓hti； (3) i點的絕對全壓Pti。 解：(1) Pi=P0i+hi=101332.5-1000=100332Pa (2) | hti | = | hi | hvi 1000-150=850Pa hti 850 Pa (3) Pti=P0i+hti=101332.5-850

19、=100482PabP02022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)五、礦內(nèi)空氣壓力測定、礦井主要壓力測定儀器儀表 （）絕對壓力測量：空盒氣壓計、精密氣壓計、水銀氣壓計等。 （）壓差及相對壓力測量：恒溫氣壓計、“”水柱計、補償式微壓計、傾斜單管壓差計。 （）感壓儀器：皮托管，承受和傳遞壓力，+ - 測壓2022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)2022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)2022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)2022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)2022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)2022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)2022-5-31第2章 礦內(nèi)風

20、流的基本性質(zhì)2022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)2022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)風流點壓力的定風流點壓力的定風點壓力的定風點壓力的定、壓力測定 （）絕對壓力直接測量讀數(shù)。 （）相對靜壓(以如圖正壓通風為例) （注意連接方法）：hP0izP0 i2022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)推導如圖 h = hi ? 以水柱計的等壓面0 0 為基準面， 設: i點至基準面的高度為 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度為m；與i點同標高的大氣壓P0i。 則水柱計等壓面 0 0兩側(cè)的受力分別為： 水柱計左邊等壓面上受到的力： P左 P+ 水gh P0i + mg

21、(z-h)+ 水gh 水柱計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+mg(z-h)+ 水gh Pi+mgz 2022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì) 若若 m m m m 有：有： 水水 m m （PaPa） （mmHmmH2 20 0） 對于負壓通風的情況請自行推導（注意連接方法）：對于負壓通風的情況請自行推導（注意連接方法）：ghmiipp水0iiiiiihghgppghpp)(00水z zP P0 i0 ih h0 00 02022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)說明：（I）水柱計上下移動時，hi 保持不變； （II）在風筒同一

22、斷面上、下移動皮托管，水柱計讀數(shù)不變，說明同一斷面上 hi 相同。（）相對全壓、動壓測量 測定連接如圖（說明連接方法及水柱高度變化）z zP P0 i0 ih ht th hi ih hv v2022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)一、流體的粘性 流體抵抗剪切力的性質(zhì)。當流體層間發(fā)生相對運動時，在流體內(nèi)部兩個流體層的接觸面上，便產(chǎn)生粘性阻力(內(nèi)摩擦力)以阻止相對運動，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第三節(jié) 礦內(nèi)風流的流動狀態(tài)2022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)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，稱為動力粘性或絕對粘度。其國際單位：

23、帕.秒，寫作：Pa.S。 運動粘度為： 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。dydvsF2022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)二、層流和紊流利用雷若數(shù)判斷流體的運動狀態(tài)是層流還是紊流。 臨界雷若數(shù)值為2300，反算一個4m2的巷道里，當風速大于0.018m/s時屬于紊流風流。smmdsmvvd2;Re為流體運動粘性系數(shù)，為管道直徑，為平均速度，式中：2022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)第四節(jié) 礦內(nèi)風流的流速及測定 一、礦內(nèi)風流的速度分布與平均風速Vmax ydsui2022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)巷道平均風速 巷道橫斷面上任意一點的風速以v

24、i表示，則巷道的平均風速為：smSQvsmSdSsvv,1或2022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì) 巷道橫斷面的平均風速 u與最大風速umax之比隨著巷道粗糙度而變化，一般為0.75-0.85。2022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)二、風速測定1 用風表測定風速，風表有杯式和翼式風表如圖所示：2022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)2022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)2022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)2022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)2022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)用風表測定斷面平均風速線路2022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)2

25、熱球風速儀和皮托管壓差計測量儀表見下圖2022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)2022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)2022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)2022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)測點布置niiRR212 2022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)2022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)皮托管壓差計測量風速計算公式vHv22022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)3 風速校正風表校正曲線實際風速指示風速2022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)風速校正2迎面法：側(cè)身法：svv14. 1svSSv4 . 02022-5-31第2章 礦內(nèi)風流的基本性質(zhì)三、風表校正 實驗室風表校正設備有懸臂式校正裝置和空氣動力管等類型：圖2-14 空氣動力管式風表校正裝置 1集流器；2 阻尼器；3 穩(wěn)流管；4 收縮管；5 工作管；6 風表；7 皮托管；8 直線管；9 文丘利噴嘴及壓差計；10 直線管；11 調(diào)節(jié)閥；12 接頭；13 風扇2022-5-31第2章