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文檔簡介

1、第三章第三章 井巷通風阻力井巷通風阻力 當空氣沿井巷運動時,由于風流的粘滯性和慣性以及井巷壁面等對風流的阻滯、擾動作用而形成通風阻力,它是造成風流能量損失的原因。第一節(jié) 井巷斷面上風速分布 一、風流流態(tài)1、管道流 同一流體在同一管道中流動時,不同的流速,會形成不同的流動狀態(tài)。當流速較低時,流體質點互不混雜,沿著與管軸平行的方向作層狀運動,稱為層流(或滯流)。 當流速較大時,流體質點的運動速度在大小和方向上都隨時發(fā)生變化,成為互相混雜的紊亂流動,稱為紊流(或湍流)。 ()雷諾數(shù)Re 式中:平均流速v、管道直徑d和流體的運動粘性系數(shù)。 在實際工程計算中,為簡便起見,通常以Re=2300作為管道流動

2、流態(tài)的判定準數(shù),即: Re2300 層流, Re2300 紊流vdRe()當量直徑 對于非圓形斷面的井巷,Re數(shù)中的管道直徑d應以井巷斷面的當量直徑de來表示: 因此,非圓形斷面井巷的雷諾數(shù)可用下式表示: 對于不同形狀的井巷斷面,其周長U與斷面積S的關系,可用下式表示: 式中:C斷面形狀系數(shù):梯形C=4.16;三心拱C=3.85;半圓拱C=3.90。(舉例見P38)USde4UvSRe4SCU 2、孔隙介質流 在采空區(qū)和煤層等多孔介質中風流的流態(tài)判別準數(shù)為: 層流,Re0.25; 紊流,Re2.5; 過渡流 0.25Re,砂粒凸起高度幾乎全暴露在紊流核心中,故Re對值的影響極小,略去不計,相對

3、糙度成為的唯一影響因素。故在該區(qū)段,與Re無關,而只與相對糙度有關。摩擦阻力與流速平方成正比,故稱為阻力平方區(qū),尼古拉茲公式:2lg274.11r2層流摩擦阻力 當流體在圓形管道中作層流流動時,從理論上可以導出摩擦阻力計算式: = 可得圓管層流時的沿程阻力系數(shù): 尼古拉茲實驗所得到的層流時與Re的關系,與理論分析得到的關系完全相同,理論與實驗的正確性得到相互的驗證。vdLhf232VdRe2 642vdLRehfRe643、紊流摩擦阻力 對于紊流運動,=f (Re,/r),關系比較復雜。用當量直徑de=4S/U代替d,代入阻力通式,則得到紊流狀態(tài)下井巷的摩擦阻力計算式:二、摩擦阻力系數(shù)與摩擦風

4、阻1摩擦阻力系數(shù) 礦井中大多數(shù)通風井巷風流的Re值已進入阻力平方區(qū),23288QSLUvSLUhf 值只與相對糙度有關,對于幾何尺寸和支護已定型的井巷,相對糙度一定,則可視為定值;在標準狀態(tài)下空氣密度=1.2kg/m3。 對上式, 令: 稱為摩擦阻力系數(shù),單位為 kg/m3 或 N.s2/m4。 則得到紊流狀態(tài)下井巷的摩擦阻力計算式寫為: 標準摩擦阻力系數(shù):通過大量實驗和實測所得的、在標準狀態(tài)(0=1.2kg/m3)條件下的井巷的摩擦阻力系數(shù),823QSLUhf第三章第三章 井巷通風阻力井巷通風阻力 即所謂標準值0值,當井巷中空氣密度1.2kg/m3時,其值應按下式修正:2摩擦風阻Rf 對于已

5、給定的井巷,L、U、S都為已知數(shù),故可把上式中的、L、U、S 歸結為一個參數(shù)Rf: Rf 稱為巷道的摩擦風阻,其單位為:kg/m7 或 N.s2/m8。 Rff ( ,S,U,L) 。在正常條件下當某一段井巷中的空氣密度一般變化不大時,可將R f 看作是反映井巷幾何特征的參數(shù)。2.103SLURf則得到紊流狀態(tài)下井巷的摩擦阻力計算式寫為:此式就是完全紊流(進入阻力平方區(qū))下的摩擦阻力定律。三、井巷摩擦阻力計算方法 新建礦井:查表得0 Rf hf 生產礦井:hf Rf 0 例題3-3某設計巷道為梯形斷面,S=8m2,L=1000m,采用工字鋼棚支護,支架截面高度d0=14cm,縱口徑=5,計劃通

6、過風量Q=1200m3/min,預計巷道中空氣密度=1.25kg/m3,求該段巷道的通風阻力。2QRhff解 根據(jù)所給的d0、S值,由附錄4附表4-4查得: 0 =284.21040.88=0.025Ns2/m4則:巷道實際摩擦阻力系數(shù) 巷道摩擦風阻巷道摩擦阻力026.02.125.1025.02.10Ns2/m8 0.598877.111000026. 06 . 4333SSLSLURfPaQRhff2.239601200598.022第三節(jié) 局部風阻與阻力一、局部阻力及其計算 和摩擦阻力類似,局部阻力hl一般也用動壓的倍數(shù)來表示: 式中:局部阻力系數(shù),無因次。層流 計算局部阻力,關鍵是局部

7、阻力系數(shù)確定,因v=Q/S,當確定后,便可用 局部阻力的產生主要是與渦漩區(qū)有關,渦漩區(qū)愈大,能量損失愈多,局部阻力愈大。22vhlReB222QShl二、局部阻力系數(shù)和局部風阻( (一一) ) 局部阻力系數(shù)局部阻力系數(shù) 紊流局部阻力系數(shù)一般主要取決于局部阻力物的形狀,而邊壁的粗糙程度為次要因素。1突然擴大或或 2211211222122211QSvvSShl2222222222122221QSvvSShlv1、v2分別為小斷面和大斷面的平均流速,m/s;S1、S2分別為小斷面和大斷面的面積,m;m空氣平均密度,kg/m3。對于粗糙度較大的井巷,可進行修正2突然縮小 對應于小斷面的動壓 ,值可按

8、下式計算: 01.01222v1215.0SS013.013逐漸擴大 逐漸擴大的局部阻力比突然擴大小得多,其能量損失可認為由摩擦損失和擴張損失兩部分組成。 當20時,漸擴段的局部阻力系數(shù)可用下式求算:式中 風道的摩擦阻力系數(shù),Ns2/m4; n風道大、小斷面積之比,即21; 擴張角。 2211sin112sinnn4轉彎巷道轉彎時的局部阻力系數(shù)(考慮巷道粗糙程度)可按下式計算:當巷高與巷寬之比H/b=0.21.0 時, 當 H/b=12.5 時Hb280bH65.035.01280式中 0假定邊壁完全光滑時,90轉彎的局部阻力系數(shù),其值見表3-3-1;巷道的摩擦阻力系數(shù),N.s2/m4;巷道轉

9、彎角度影響系數(shù),見表3-3-2。5風流分叉與匯合(二) 局部風阻在局部阻力計算式中,令 則有:式中Rl稱為局部風阻,其單位為N.s2/m8或kg/m7。此式表明,在紊流條件下局部阻力也與風量的平方成正比lRS222QRhll第四節(jié) 礦井總風阻與礦井等積孔 一、井巷阻力特性 在紊流條件下,摩擦阻力和局部阻力均與風量的平方成正比。故可寫成一般形式:hRQ2 Pa 。 QhR二、礦井總風阻 N.sN.s2 2/m/m8 8 Rm是反映礦井通風難易程度的一個指標。Rm越大,礦井通風越困難;三、礦井等積孔當孔口通過的風量等于礦井風量,且孔口兩側的風壓差等于礦井通風阻力時,則孔口面積A稱為該礦井的等積孔。

10、2QhRRmmAIIIP2,v2P2,v2設風流從I II,且無能量損失, 則有:得:風流收縮處斷面面積A2與孔口面積A之比稱為收縮系數(shù),由水力學可知,一般=0.65,故A2=0.65A。則v2Q/A2=Q/0.65A,代入上式后并整理得: 22221122vPvPRmRmhvhvPP/2 ,222221RmhQA/265. 0取=1.2kg/m3,則:因Rm=hm2,故有 由此可見,A是Rm的函數(shù),故可以表示礦井通風的難易程度。 當A,容易;A 2,中等;A困難。例題3-7某礦井為中央式通風系統(tǒng),測得礦井通風總阻力hRm=2800Pa,礦井總風量Q=70m3/s,求礦井總風阻Rm和等積孔A,評價其通風難易程度。解:mRA19.1RmhQA19.18222/571.070/2800/mNsQhRmRm257. 1571. 0/19. 1/19. 1mRAm第五節(jié) 降低礦井通風阻力措施一、降低井巷摩擦阻力措施1減小摩擦阻力系數(shù)。2保證有足夠大的井巷斷面。在其它參數(shù)不變時,井巷斷面擴大33%,Rf值可減少50

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