【采礦課件】第二章風(fēng)流的能量與能量方程

1、.：.；第二章 風(fēng)流的能量與能量方程井下風(fēng)流的流動(dòng)遵照能量守恒及轉(zhuǎn)換定律。本章結(jié)合礦井風(fēng)流流動(dòng)的特點(diǎn)，引見了空氣的主要物理參數(shù)，風(fēng)流的能量與壓力， 壓力丈量方法及壓力之間的關(guān)系，重點(diǎn)論述了礦井通風(fēng)中的能量方程及其運(yùn)用。第一節(jié) 空氣的主要物理參數(shù)與礦井通風(fēng)親密相關(guān)的物理參數(shù)除了反映氣候條件的溫度、濕度以外，還有密度、比容、壓力、粘性等。一、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，用來表示。即： 2-1式中 空氣的密度，kg/m3； M空氣的質(zhì)量，m； V空氣的體積，m3。普通來說，空氣的密度是隨溫度、濕度和壓力的變化而變化的。在規(guī)范大氣情況下P101325Pa，tO，O%，干空氣的密度

2、為1.293 kg/m3。濕空氣密度的計(jì)算公式為： 濕0.00348410.378 (2-2)式中 P空氣的壓力，Pa； T熱力學(xué)溫度T273+t，K； t 空氣的溫度，； 相對(duì)濕度，%； P飽溫度為t時(shí)的飽和水蒸氣壓力(見表1-9)，pa。由上式可見，壓力越大，溫度越低，空氣密度越大。當(dāng)壓力和溫度一定時(shí)，濕空氣的密度總是小于干空氣的密度。在礦井通風(fēng)中，由于通風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)的空氣溫度、濕度、壓力各有不同，空氣的密度也有所變化，但變化范圍有限。在研討空氣流動(dòng)規(guī)律時(shí)，要根據(jù)詳細(xì)情況思索能否忽略這種變化。 普通將空氣壓力為101325Pa，溫度為20，相對(duì)濕度為60%的礦井空氣稱為規(guī)范礦井空氣，其密度為1

3、.2kg/m3。 二、空氣的比容 單位質(zhì)量空氣所占有的體積叫空氣的比容，用m3/kg表示，比容和密度互為倒數(shù)，它們是一個(gè)形狀參數(shù)的兩種表達(dá)方式。即： 2-3 三、空氣的壓力壓強(qiáng) 礦井通風(fēng)中，習(xí)慣將壓強(qiáng)稱為空氣的壓力。由于空氣分子的熱運(yùn)動(dòng)，分子之間不斷碰撞，同時(shí)氣體分子也不斷地和容器壁碰撞，構(gòu)成了氣體對(duì)容器壁的壓力。氣體作用在單位面積上的力稱為空氣的壓力，用P表示。根據(jù)物理學(xué)的分子運(yùn)動(dòng)實(shí)際可導(dǎo)出理想氣體作用于容器壁的空氣壓力關(guān)系式為：P 2-4式中 n 單位體積內(nèi)的空氣分子數(shù)； 分子平移運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能。上式闡明，空氣的壓力是單位體積空氣分子不規(guī)那么熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的總動(dòng)能的三分之二轉(zhuǎn)化為對(duì)外做功的機(jī)械

4、能。單位體積內(nèi)的空氣分子數(shù)越多，分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能越大，空氣壓力越大。空氣壓力的單位為帕斯卡Pa，簡(jiǎn)稱帕，1 Pa=1N/m2。壓力較大時(shí)還有千帕KPa、兆帕MPa，1MPa=103KPa=106 Pa。有的壓力儀器也用百帕hPa表示，1hPa=100Pa。其它舊的壓力單位及換算見表2-1所示。表2-1 壓力單位換算表單位稱號(hào)帕斯卡Pa巴bar公斤力/米2mmH2O公斤力/厘米2工程大氣壓at毫米汞柱mmHg規(guī)范大氣壓atmPammH2OmmHgatm19.80665133.32210132510-59.8066510-51.3332210-31.013250.101972113.59510

5、332.30.10197210-4110-41.359510-31.033237.5006210-37.3555910-217609.8692310-69.6784110-51.3157910-31注：英制壓力單位采用磅力/英寸21bf/in2，11bf/in2=6894.7 Pa。1k Pa=103 Pa； 1atm=101.325k Pa；1at=98.0665k Pa千帕；1bar(巴)=1000mbar毫巴地面空氣壓力習(xí)慣稱為大氣壓。由于地球周圍大氣層的厚度高達(dá)數(shù)千千米，越接近地表空氣密度越大，空氣分子數(shù)越多，分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能越大，所以大氣壓力也越大。此外，大氣壓力還與當(dāng)?shù)氐臍夂驐l

6、件有關(guān)，即使是同一地域，也會(huì)隨季節(jié)不同而變化，甚至一晝夜內(nèi)都有動(dòng)搖。四、空氣的粘性任何流體都有粘性。當(dāng)流體以任一流速在管道中流動(dòng)時(shí)，接近管道中心的流層流速快，接近管道壁的流層流速慢，相鄰兩流層之間的接觸面上便產(chǎn)生粘性阻力內(nèi)摩擦力，以阻止其相對(duì)運(yùn)動(dòng)，流體具有的這一性質(zhì)，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： F =S 2-5式中 F 內(nèi)摩擦力，N； 動(dòng)力粘性系數(shù)，Pas； S流層之間的接觸面積，m2； dv/dy 垂直于流動(dòng)方向上的速度梯度，s-1。由上式可以看出，當(dāng)流體不流動(dòng)或分層間無相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，dv/dy =0，那么F =0。需求闡明的是，不論流體能否流動(dòng)，流體具有粘

7、性的性質(zhì)是不變的。在礦井通風(fēng)中，除了用動(dòng)力粘性系數(shù)表示空氣粘性大小外，還常用運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)m2/s來表示，與動(dòng)力粘性系數(shù)的關(guān)系為： 2-6式中 空氣的密度，kg/m3。流體的粘性隨溫度和壓力的變化而變化。對(duì)空氣而言，粘性系數(shù)隨溫度的升高而增大，壓力對(duì)粘性系數(shù)的影響可以忽略。當(dāng)溫度為20，壓力為0.1MPa時(shí)，空氣的動(dòng)力粘性系數(shù)=1.80810-5 Pas；運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù) =1.50110-5 m2/s。第二節(jié) 風(fēng)流的能量與壓力礦井通風(fēng)系統(tǒng)中，風(fēng)流在井巷某斷面上所具有的總機(jī)械能包括靜壓能、動(dòng)能和位能及內(nèi)能之和叫做風(fēng)流的能量。風(fēng)流之所以可以流動(dòng)，其根本緣由是系統(tǒng)中存在著能量差，所以風(fēng)流的能量是風(fēng)流流動(dòng)

8、的動(dòng)力。單位體積空氣所具有的可以對(duì)外做功的機(jī)械能就是壓力。能量與壓力即有區(qū)別又有聯(lián)絡(luò)，除了內(nèi)能是以熱的方式存在于風(fēng)流中外，其它三種能量普統(tǒng)統(tǒng)過壓力來表達(dá)，也就是說井巷任一通風(fēng)斷面上存在的靜壓能、動(dòng)能和位能可用靜壓、動(dòng)壓、位壓來呈現(xiàn)。一、靜壓能靜壓1、靜壓能與靜壓的概念由分子熱運(yùn)動(dòng)實(shí)際可知，不論空氣處于靜止形狀還是流動(dòng)形狀，空氣分子都在做無規(guī)那么的熱運(yùn)動(dòng)。這種由空氣分子熱運(yùn)動(dòng)而使單位體積空氣具有的對(duì)外做功的機(jī)械能量叫靜壓能，用E靜表示J/m3?？諝夥肿訜徇\(yùn)動(dòng)不斷地撞擊器壁所呈現(xiàn)的壓力壓強(qiáng)稱為靜壓力，簡(jiǎn)稱靜壓，用P靜表示N/m2，即Pa。由于靜壓是靜壓能的表達(dá)，二者分別代表著空氣分子熱運(yùn)動(dòng)所具有的

9、外在表現(xiàn)和內(nèi)涵，所以在數(shù)值上大小相等，靜壓是靜壓能的等效表示值。2、靜壓的特點(diǎn)1只需有空氣存在，不論能否流動(dòng)都會(huì)呈現(xiàn)靜壓；2由于空氣分子向器壁撞擊的機(jī)率是一樣的，所以風(fēng)流中任一點(diǎn)的靜壓各向同值，且垂直作用于器壁；3靜壓是可以用儀器丈量的，大氣壓力就是地面空氣的靜壓值；4靜壓的大小反映了單位體積空氣具有的靜壓能。3、空氣壓力的兩種測(cè)算基準(zhǔn)空氣的壓力根據(jù)所選用的測(cè)算基準(zhǔn)不同可分為兩種，即絕對(duì)壓力和相對(duì)壓力。1絕對(duì)壓力：以真空為基準(zhǔn)測(cè)算的壓力稱為絕對(duì)壓力，用P表示。由于以真空為零點(diǎn)，有空氣的地方壓力都大于零，所以絕對(duì)壓力總是正值。2相對(duì)壓力：以當(dāng)?shù)禺?dāng)時(shí)同標(biāo)高的大氣壓力為基準(zhǔn)測(cè)算的壓力稱為相對(duì)壓力，用

10、h表示。對(duì)于礦井空氣來說，井巷中空氣的相對(duì)壓力h就是其絕對(duì)壓力P與當(dāng)?shù)禺?dāng)時(shí)同標(biāo)高的地面大氣壓力P0的差值。即： hP P0 2-7當(dāng)井巷空氣的絕對(duì)壓力一定時(shí)，相對(duì)壓力隨大氣壓力的變化而變化。在壓入式通風(fēng)礦井中，井下空氣的絕對(duì)壓力都高于當(dāng)?shù)禺?dāng)時(shí)同標(biāo)高的大氣壓力，相對(duì)壓力是正值，稱為正壓通風(fēng)；在抽出式通風(fēng)礦井中，井下空氣的絕對(duì)壓力都低于當(dāng)?shù)禺?dāng)時(shí)同標(biāo)高的大氣壓力，相對(duì)壓力是負(fù)值，又稱為負(fù)壓通風(fēng)。由此可以看出，相對(duì)壓力有正壓和負(fù)壓之分。在不同通風(fēng)方式下，絕對(duì)壓力、相對(duì)壓力和大氣壓力三者的關(guān)系見圖2-1所示。圖2-1 絕對(duì)壓力、相對(duì)壓力和大氣壓力之間的關(guān)系二、動(dòng)能動(dòng)壓1、動(dòng)能與動(dòng)壓的概念空氣做定向流動(dòng)時(shí)

11、具有動(dòng)能，用E動(dòng)表示J/m3，其動(dòng)能所呈現(xiàn)的壓力稱為動(dòng)壓或速壓，用h動(dòng)或h速表示，單位Pa。2、動(dòng)壓的計(jì)算式設(shè)某點(diǎn)空氣密度為kg/m3，定向流動(dòng)的流速為vm/s，那么單位體積空氣所具有的動(dòng)能為E動(dòng)： E動(dòng)，J/m3 2-8E動(dòng)對(duì)外所呈現(xiàn)的動(dòng)壓為： h動(dòng)，Pa 2-93、動(dòng)壓的特點(diǎn)1只需做定向流動(dòng)的空氣才呈現(xiàn)出動(dòng)壓；2動(dòng)壓具有方向性，僅對(duì)與風(fēng)流方向垂直或斜交的平面施加壓力。垂直流動(dòng)方向的平面接受的動(dòng)壓最大，平行流動(dòng)方向的平面接受的動(dòng)壓為零；3在同一流動(dòng)斷面上，因各點(diǎn)風(fēng)速不等，其動(dòng)壓各不一樣；4動(dòng)壓無絕對(duì)壓力與相對(duì)壓力之分，總是大于零。三、位能位壓1、位能與位壓的概念單位體積空氣在地球引力作用下，

12、由于位置高度不同而具有的一種能量叫位能，用E位J/m3表示。位能所呈現(xiàn)的壓力叫位壓，用P位Pa表示。需求闡明的是，位能和位壓的大小，是相對(duì)于某一個(gè)參照基準(zhǔn)面而言的，是相對(duì)于這個(gè)基準(zhǔn)面所具有的能量或呈現(xiàn)的壓力。2、位壓的計(jì)算式從地面上把質(zhì)量為Mkg的物體提高Zm，就要對(duì)物體抑制重力做功MgZJ，物體因此獲得了一樣數(shù)量的位能，即： E位Mg Z 2-10在地球重力場(chǎng)中，物體離地心越遠(yuǎn)，即Z值越大，其位能越大。如圖2-2所示的立井井筒中，假設(shè)求11斷面相對(duì)于22斷面的位壓或11斷面與22斷面的位壓差，可取較低的22斷面作為基準(zhǔn)面22斷面的位壓為零，按下式計(jì)算： 12gZ12，Pa 2-11式中 12

13、1、2斷面之間空氣柱的平均密度，kg/m3； Z121、2斷面之間的垂直高差，m。圖2-2 立井井筒中位壓計(jì)算圖礦井通風(fēng)系統(tǒng)中，由于空氣密度與標(biāo)高的關(guān)系比較復(fù)雜，往往不是線性關(guān)系，空氣柱的平均密度12很難確定，在實(shí)踐測(cè)定時(shí)，應(yīng)在11和22斷面之間布置多個(gè)測(cè)點(diǎn)如圖布置了a、b兩個(gè)測(cè)點(diǎn)，分別測(cè)出各點(diǎn)和各段的平均密度垂距較小時(shí)可取算術(shù)平均值，再由下式計(jì)算11斷面相對(duì)于22斷面的位壓。P位121agZ1a+abgZab+b2gZb2 ijgZij ，Pa 2-12測(cè)點(diǎn)布置的越多，測(cè)段垂距越小，計(jì)算的位壓越準(zhǔn)確。3、位壓的特點(diǎn)1位壓只相對(duì)于基準(zhǔn)面存在，是該斷面相對(duì)于基準(zhǔn)面的位壓差。基準(zhǔn)面的選取是恣意的，

14、因此位壓可為正值，也可為負(fù)值。為了便于計(jì)算，普通將基準(zhǔn)面設(shè)在所研討系統(tǒng)風(fēng)流的最低程度。2位壓是一種潛在的壓力，不能在該斷面上呈現(xiàn)出來。在靜止的空氣中，上斷面相對(duì)于下斷面的位壓，就是下斷面比上斷面靜壓的添加值，可經(jīng)過測(cè)定靜壓差來得知。在流動(dòng)的空氣中，只能經(jīng)過測(cè)定高差和空氣柱的平均密度用公式2-12計(jì)算。3位壓和靜壓可以相互轉(zhuǎn)化。當(dāng)空氣從高處流向低處時(shí)，位壓轉(zhuǎn)換為靜壓；反之，當(dāng)空氣由低處流向高處時(shí)，部分靜壓將轉(zhuǎn)化成位壓。4不論空氣能否流動(dòng)，上斷面相對(duì)于下斷面的位壓總是存在的。四、全壓、勢(shì)壓和總壓力礦井通風(fēng)中，為了研討方便，常把風(fēng)流中某點(diǎn)的靜壓與動(dòng)壓之和稱為全壓；將某點(diǎn)的靜壓與位壓之和稱為勢(shì)壓；把井

15、巷風(fēng)流中任一斷面點(diǎn)的靜壓、動(dòng)壓、位壓之和稱為該斷面點(diǎn)的總壓力。井巷風(fēng)流中兩斷面上存在的能量差即總壓力差是風(fēng)流之所以可以流動(dòng)的根本緣由，空氣的流動(dòng)方向總是從總壓力大處流向總壓力小處，而不是取決于單一的靜壓、動(dòng)壓或位壓的大小。第三節(jié) 空氣壓力丈量及壓力關(guān)系一、測(cè)壓儀器在礦井通風(fēng)丈量?jī)x器中，測(cè)定空氣壓力的便攜式儀器有三類：一是丈量絕對(duì)壓力的氣壓計(jì)；二是丈量相對(duì)壓力的壓差計(jì)和皮托管；三是可同時(shí)測(cè)定絕對(duì)壓力、相對(duì)壓力的精細(xì)氣壓計(jì)或礦井通風(fēng)綜合參數(shù)檢測(cè)儀等。一絕對(duì)壓力丈量?jī)x器最常用的是空盒氣壓計(jì)，其內(nèi)部構(gòu)造如圖2-3所示。圖2-3 空盒氣壓計(jì)內(nèi)部構(gòu)造圖1、2、3、4傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；5拉桿；6波紋真空膜盒；7指針

16、；8彈簧空盒氣壓計(jì)的感壓元件是外表呈波紋形、內(nèi)為真空的特殊合金金屬膜盒。當(dāng)壓力增大或減小時(shí)，膜盒面相應(yīng)地凹下、凸出，經(jīng)過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將這種微小位移放大后，驅(qū)動(dòng)指針指示出當(dāng)時(shí)測(cè)點(diǎn)的絕對(duì)壓力值。測(cè)壓時(shí)，將儀器程度放置在測(cè)點(diǎn)處，悄然敲擊儀器外殼，以消除傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦誤差，放置35min待指針變化穩(wěn)定后讀數(shù)。讀數(shù)時(shí)，視野與刻度盤平面要堅(jiān)持垂直，同時(shí)，還要根據(jù)每臺(tái)儀器出廠時(shí)提供的校正表或曲線，對(duì)讀數(shù)進(jìn)展刻度、溫度及補(bǔ)償校正。常用的DYM3型空盒氣壓計(jì)的測(cè)壓范圍為80000108000Pa，最小分度為10Pa，經(jīng)過校正后的丈量誤差不大于200Pa。因精度較低，普通只適用于粗略丈量和空氣密度測(cè)算。二相對(duì)壓力丈量

17、儀器丈量井巷中或管道內(nèi)某點(diǎn)的相對(duì)壓力或兩點(diǎn)的壓力差時(shí)，普通需求用皮托管配合壓差計(jì)來進(jìn)展。壓差計(jì)有U形壓差計(jì)、單管傾斜壓差計(jì)、補(bǔ)償式微壓計(jì)等。1、皮托管皮托管是接受和傳送壓力的工具。它由兩個(gè)同心圓管相套組成，其構(gòu)造如圖2-4所示。內(nèi)管前端有中心孔，與標(biāo)有“+號(hào)的接頭相通；外管前端側(cè)壁上分布有一組小孔，與標(biāo)有“-號(hào)的接頭相通，內(nèi)外管互不相通。圖2-4 皮托管運(yùn)用時(shí)，將皮托管的前端中心孔正對(duì)風(fēng)流，此時(shí)，中心孔接受的是風(fēng)流的靜壓和動(dòng)壓即全壓，側(cè)孔接受的是風(fēng)流的靜壓。經(jīng)過皮托管的“+接頭和“-接頭，分別將全壓和靜壓傳送到壓差計(jì)上。2、U形壓差計(jì)有U形垂直壓差計(jì)和U形傾斜壓差計(jì)兩種，構(gòu)造如圖2-5所示。圖

18、2-5 U形壓差計(jì)a垂直形 b傾斜形1U形玻璃管；2標(biāo)尺U形垂直壓差計(jì)由垂直放置的U形玻璃管和標(biāo)尺組成，U形玻璃管中裝入蒸餾水或酒精，當(dāng)玻璃管兩端分別接入不等的空氣壓力時(shí)，經(jīng)過兩端液面的高差，在標(biāo)尺上讀出兩點(diǎn)之間的空氣壓力差。U形垂直壓差計(jì)精度低，但量程大，適用于精度要求不高，壓差較大的地方，如礦井主通風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)丈量風(fēng)硐內(nèi)外的壓差。為了減小讀數(shù)誤差，可運(yùn)用U形傾斜壓差計(jì)，其測(cè)得的讀數(shù)按下式計(jì)算壓差： hgLsin 2-13式中 h兩液面的垂直高差，即壓差，Pa； 玻璃管內(nèi)液體的密度，kg/m3； L兩端液面傾斜長(zhǎng)度差，mm； U形管傾斜的角度可調(diào)整，對(duì)于U形垂直壓差計(jì)90。3、單管傾斜壓差計(jì)單管

19、傾斜壓差計(jì)的外部構(gòu)造和任務(wù)原理如圖2-6所示。它由一個(gè)大斷面的容器10面積為F1和一個(gè)小斷面的傾斜測(cè)壓管8面積為F2及標(biāo)尺等組成。大容器10和測(cè)壓管8相互連通，并在其中裝有用工業(yè)酒精和蒸餾水配成的密度為0.81kg/m3的任務(wù)液。兩斷面之比F1/F2為250300。儀器固定在裝有兩個(gè)調(diào)平螺釘9和水準(zhǔn)指示器2的底座1上，弧形支架3可以根據(jù)丈量范圍的不同將傾斜測(cè)壓管固定在5個(gè)不同的位置上，刻在支架上的數(shù)字即為校正系數(shù)。大容器經(jīng)過膠管與儀器的“+接頭相通，傾斜測(cè)壓管的上端經(jīng)過膠皮管與儀器的“-接頭相連，當(dāng)“+接頭的壓力高于“-接頭的壓力時(shí)，雖然大容器內(nèi)液面下降甚微，但測(cè)壓管端的液面上升十清楚顯，經(jīng)過

20、下式計(jì)算相對(duì)壓力或壓差h： hLKg ，Pa 2-14式中 L傾斜測(cè)壓管的讀數(shù)，mm；K儀器的校正系數(shù)又稱常數(shù)因子，測(cè)壓時(shí)傾斜測(cè)壓管在弧形支架上的相應(yīng)數(shù)字。圖2-6 YYT200型單管傾斜壓差計(jì)構(gòu)造1底座；2水準(zhǔn)指示器；3弧形支架；4加液蓋；5零位調(diào)整旋鈕；6三通閥門柄；7游標(biāo)；8傾斜測(cè)壓管；9調(diào)平螺釘；10大容器；11多向閥門儀器的操作和運(yùn)用方法如下：1注入任務(wù)液。將零位調(diào)整旋鈕5調(diào)整到中間位置，測(cè)壓管固定在弧形支架的適當(dāng)位置，旋開加液蓋4，漸漸注入預(yù)先配置好的密度為0.81 kg/m3的任務(wù)液，直到液面位于傾斜測(cè)壓管的“0刻度線附近，然后旋緊加液蓋，再用膠皮管將多向閥門11中間的接頭與傾斜

21、丈量管的上端連通。將三通閥門柄6撥在儀器的“測(cè)壓位置，用嘴悄然從“+端吹氣，使酒精液面沿測(cè)壓管緩慢上升，察看液柱內(nèi)有無氣泡，如有氣泡，應(yīng)反復(fù)吹吸多次，直至氣泡消除為止。2調(diào)零。首先調(diào)整儀器底座上的兩個(gè)調(diào)平螺釘9，察看水準(zhǔn)指示器內(nèi)的氣泡能否居中，使儀器處于程度。順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)三通閥門柄6到“校正位置，使大容器和傾斜測(cè)壓管分別與“+接頭和“-接頭隔斷，而與大氣相通。旋動(dòng)零位調(diào)整旋鈕5，使測(cè)壓管的酒精液面對(duì)準(zhǔn)“0刻度線。3測(cè)定。根據(jù)待測(cè)壓差的大小，將傾斜測(cè)壓管固定在弧形支架相應(yīng)的位置上，用膠皮管將較大的壓力接到儀器的“+接頭，較小的壓力接到儀器的“-接頭。逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)三通閥門柄6到“測(cè)壓位置，讀取測(cè)壓管上

22、酒精液面的讀數(shù)和弧形支架的K值，用式2-14計(jì)算壓差值或相對(duì)壓力。常用的YYB200B型單管傾斜壓差計(jì)最大丈量值為2000Pa，最小分刻度為2Pa，誤差不超越最大讀數(shù)的1.0%。單管傾斜壓差計(jì)是通風(fēng)丈量中運(yùn)用最廣的一種壓差計(jì)。4、補(bǔ)償式微壓計(jì)補(bǔ)償式微壓計(jì)可以作準(zhǔn)確的壓差丈量，其主要構(gòu)造和原理如圖2-7所示。它有充水的大小兩個(gè)容器2和1，下部用膠皮管9連通。大容器與儀器的“-接頭相通，小容器與儀器的“+接頭相通。轉(zhuǎn)動(dòng)讀數(shù)盤3，大容器可隨之上下挪動(dòng)。當(dāng)“+“-接頭的壓力一樣時(shí)，兩容器液面處于同一平面上，經(jīng)過裝在小容器上的反射鏡6可以看到水準(zhǔn)器7的尖端同它本人的像正好相接如圖2-7b所示。當(dāng)“+接頭

23、壓力大于“-接頭壓力時(shí)，小容器液面下降，反射鏡6內(nèi)的尖端和影像相互接觸重疊，經(jīng)過轉(zhuǎn)動(dòng)讀數(shù)盤3，使兩液面再次恢復(fù)到同一程度面上，由大容器的垂直挪動(dòng)間隔 從標(biāo)尺11和讀數(shù)盤3上讀出來確定大小容器所遭到的壓力差。圖2-7 DJM9型補(bǔ)償式微壓計(jì)1小容器；2大容器；3讀數(shù)盤；4指針；5螺蓋；6反射鏡；7水準(zhǔn)器；8調(diào)理螺母；9膠皮管；10調(diào)平螺釘；11標(biāo)尺儀器的操作和運(yùn)用方法如下：1注入蒸餾水并調(diào)零。轉(zhuǎn)動(dòng)讀數(shù)盤3，使讀數(shù)盤及位移指針4均處于“0點(diǎn)。翻開螺蓋5，注入蒸餾水，直到從反射鏡中察看到水準(zhǔn)器7的正、倒影像近似接觸。蓋緊螺蓋，緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)讀數(shù)盤使大容器2上下挪動(dòng)數(shù)次，以排除膠皮管9內(nèi)的氣泡。用調(diào)平螺釘1

24、0將儀器調(diào)平，漸漸轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)理螺母8使小容器悄然挪動(dòng)，水準(zhǔn)器中的正、倒影尖恰好相接觸。假設(shè)兩個(gè)影尖重疊，闡明水量缺乏，應(yīng)再加水；假設(shè)兩個(gè)影尖分別，闡明水量過多，應(yīng)排出部分水量。2測(cè)定。儀器調(diào)平、調(diào)零后，將被測(cè)壓力較大的膠皮管接到儀器的“+接頭，壓力較小的膠皮管接到儀器的“-接頭上。小容器1中的液面下降，從反射鏡6中可察看到水準(zhǔn)器的正、倒影像消逝或重疊，順時(shí)針緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)讀數(shù)盤3，直到兩個(gè)影像尖端再次恰好相接。指針4所指示的標(biāo)尺整數(shù)與讀數(shù)盤所指的小數(shù)之和，即為所測(cè)壓力差值。常用的補(bǔ)償式微壓計(jì)有DJM9型、YJB-150/250-1型、BWY-150/250型等。其中，DJM9型的丈量范圍為01500Pa

25、，最小分度值為0.1Pa。這類儀器的精度高，可用于微小壓差丈量，但受壓力動(dòng)搖影響大，水準(zhǔn)針尖不宜調(diào)準(zhǔn)，多用于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)。三礦井通風(fēng)綜合參數(shù)檢測(cè)儀我國(guó)消費(fèi)的JFY型礦井通風(fēng)綜合參數(shù)檢測(cè)儀，是一種能同時(shí)丈量空氣的絕對(duì)壓力、相對(duì)壓力、風(fēng)速、溫度、濕度和時(shí)間的精細(xì)便攜式本質(zhì)平安型儀器，適用于煤礦井下運(yùn)用。其主要技術(shù)參數(shù)如表2-2所示。表2-2 JFY型礦井通風(fēng)綜合參數(shù)檢測(cè)儀技術(shù)參數(shù)表技術(shù)參數(shù)丈量范圍丈量分辨率丈量精度絕對(duì)壓力Pa8000012000010100壓差Pa29230.989.8溫度-30+400.10.5相對(duì)濕度%50991.04.0風(fēng)速m/s0.6150.10.64(0.22%風(fēng)速值)41

26、5(0.52%風(fēng)速值)時(shí)間月、日、時(shí)、分、秒該儀器由壓力傳感器、風(fēng)速傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器以及智能微機(jī)組成。其中的壓力傳感器采用高精度振動(dòng)筒壓力傳感器，其構(gòu)造如圖2-8所示，主要由維護(hù)筒、激振元件、振動(dòng)彈性體、溫度傳感器、真空腔和拾振元件等組成。振動(dòng)彈性體3為一個(gè)薄壁圓筒壁厚0.08mm，是感受壓力的敏感元件，與維護(hù)筒1焊接在一同，共同構(gòu)成真空腔，此腔是測(cè)壓基準(zhǔn)參考腔。激振元件2、拾振元件6與放大器構(gòu)成測(cè)壓振蕩器，在常壓下產(chǎn)生一個(gè)固有的振動(dòng)頻率f，當(dāng)壓力P變化時(shí)，振蕩器的固有頻率也發(fā)生變化，即壓力P與頻率f一一對(duì)應(yīng)，并且單值延續(xù)。經(jīng)過丈量頻率f或周期T 即可測(cè)出外界的絕對(duì)壓力P。圖2-

27、8 振動(dòng)筒壓力傳感器1維護(hù)筒；2激振元件；3振動(dòng)彈性體；4溫度傳感器；5真空腔；6拾振元件；7底座支架儀器的操作方法參見儀器面板布置圖2-9。丈量前先將電源開關(guān)打到“通的位置，電源電壓指示燈亮，假設(shè)指示燈發(fā)暗，闡明電源電壓缺乏，應(yīng)先充電。圖2-9 JFY型礦井通風(fēng)參數(shù)檢測(cè)儀面板圖1氣孔；2電源開關(guān)；3電源電壓指示燈；4壓力記憶開關(guān)；5充電插座；6絕對(duì)壓力鍵；7壓差鍵；8溫度鍵；9相對(duì)濕度鍵；10風(fēng)速鍵；11記風(fēng)速鍵；12讀平均風(fēng)速鍵；13總清鍵；14備用鍵；15風(fēng)速傳感器；16溫度傳感器；17濕度傳感器；18液晶顯示；19單位顯示；20電子表1丈量絕對(duì)壓力。儀器通電后，整機(jī)進(jìn)入自檢形狀，顯示傳

28、感器的周期數(shù)，按“總清鍵，那么顯示測(cè)點(diǎn)的絕對(duì)壓力，單位為hPa。2丈量相對(duì)壓力。儀器通電后，只需按下“差壓鍵，并將記憶開關(guān)撥向“記憶位置，那么進(jìn)入相對(duì)壓力測(cè)定形狀，此時(shí)，儀器將按鍵時(shí)測(cè)點(diǎn)的絕對(duì)壓力P0值記入內(nèi)存中，并將此值作為后面的測(cè)壓基準(zhǔn)，當(dāng)儀器發(fā)生位移或測(cè)點(diǎn)的絕對(duì)壓力變化后，面板上液晶窗口顯示的總是壓差值P =P -P0，單位為mmH2O。只需不斷電和記憶開關(guān)處于“記憶位置不變，后面的測(cè)壓基準(zhǔn)P0也不變。要想了解其它參數(shù)值，只需按下相應(yīng)的鍵即可。3丈量溫度和相對(duì)濕度。儀器通電后，不論處于何種形狀，只需按下“溫度鍵，就顯示當(dāng)時(shí)測(cè)點(diǎn)的溫度值；按下“濕度鍵，就顯示當(dāng)時(shí)測(cè)點(diǎn)的相對(duì)濕度值。因溫度和濕

29、度傳感器都有滯后景象，因此，從前一測(cè)點(diǎn)轉(zhuǎn)到另一測(cè)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)等待25min后再讀數(shù)。4丈量風(fēng)速?？梢哉闪奎c(diǎn)風(fēng)速，也可以丈量斷面的平均風(fēng)速。丈量點(diǎn)風(fēng)速時(shí)，只需把風(fēng)速傳感器上的箭頭方向朝向風(fēng)流，按下“風(fēng)速鍵讀數(shù)即可，單位為m/s。要測(cè)斷面的平均風(fēng)速時(shí)，可利用機(jī)械風(fēng)表測(cè)風(fēng)時(shí)的定點(diǎn)法如圖1-10，先測(cè)1點(diǎn)風(fēng)速，按下“風(fēng)速鍵，顯示1點(diǎn)風(fēng)速值。再按下“記風(fēng)鍵，顯示該點(diǎn)風(fēng)速后，又顯示一下“1，表示1點(diǎn)的風(fēng)速已存入內(nèi)存中；將傳感器移到2點(diǎn)，按下“記風(fēng)鍵，顯示2點(diǎn)的風(fēng)速值后又顯示一下“2，表示2點(diǎn)的風(fēng)速已存入內(nèi)存；，如此進(jìn)展，直到將一切測(cè)點(diǎn)測(cè)完，最后再按“讀風(fēng)鍵，讀出該巷道斷面的平均風(fēng)速值。礦井通風(fēng)綜合參數(shù)檢測(cè)儀廣

30、泛運(yùn)用于礦井通風(fēng)阻力測(cè)定、通風(fēng)壓能圖測(cè)定等任務(wù)中。除此之外，常用的數(shù)字式氣壓計(jì)還有BJ1型、WFQ2型等，既能測(cè)絕對(duì)壓力又可測(cè)相對(duì)壓力。二、風(fēng)流點(diǎn)壓力的丈量及壓力關(guān)系一風(fēng)流點(diǎn)壓力井巷風(fēng)流斷面上任一點(diǎn)的壓力稱為風(fēng)流的點(diǎn)壓力。相對(duì)于某基準(zhǔn)面來說，點(diǎn)壓力也有靜壓、動(dòng)壓和位壓；就其構(gòu)成的特征來說，點(diǎn)壓力可分為靜壓、動(dòng)壓和全壓；根據(jù)壓力的兩種測(cè)算基準(zhǔn)，靜壓又分為絕對(duì)靜壓P靜和相對(duì)靜壓h靜；全壓也分為絕對(duì)全壓P全和相對(duì)全壓h全；動(dòng)壓永遠(yuǎn)為正值，無絕對(duì)、相對(duì)壓力之分，用h動(dòng)表示。需求闡明的是，同一巷道或通風(fēng)管道斷面上，各點(diǎn)的點(diǎn)壓力是不等的。在程度面上，各點(diǎn)的靜壓、位壓都一樣，動(dòng)壓那么是中心處最大；在垂直面上

31、，從上到下，靜壓逐漸增大，位壓逐漸減小，動(dòng)壓也是中心處最大。因此，從斷面上的總壓力來看，普通中心處的點(diǎn)壓力最大，周壁的點(diǎn)壓力最小。二絕對(duì)壓力的丈量及其相互關(guān)系1、絕對(duì)靜壓P靜的測(cè)定井巷風(fēng)流中某點(diǎn)的絕對(duì)靜壓普通用空盒氣壓計(jì)、精細(xì)氣壓計(jì)或礦井通風(fēng)綜合參數(shù)測(cè)定儀測(cè)定。2、動(dòng)壓h動(dòng)的測(cè)定有兩種方法：1在通風(fēng)井巷中，普通用風(fēng)表測(cè)出該點(diǎn)的風(fēng)速，利用式2-9計(jì)算動(dòng)壓。2在通風(fēng)管道中，可利用皮托管和壓差計(jì)直接測(cè)出該點(diǎn)的動(dòng)壓。如圖2-10所示。圖2-10 動(dòng)壓的測(cè)定3、絕對(duì)全壓的測(cè)定測(cè)出某點(diǎn)的絕對(duì)靜壓P靜和動(dòng)壓h動(dòng)之后，用下式計(jì)算該點(diǎn)的絕對(duì)全壓P全： P全P靜h動(dòng) 2-15上式2-15也是絕對(duì)壓力之間的關(guān)系式。

32、即不論抽出式通風(fēng)還是壓入式通風(fēng)，某一點(diǎn)的絕對(duì)全壓等于絕對(duì)靜壓與動(dòng)壓的代數(shù)和。因動(dòng)壓為正值，所以絕對(duì)全壓大于絕對(duì)靜壓。三相對(duì)壓力的丈量及其相互關(guān)系風(fēng)流中某點(diǎn)的相對(duì)壓力常用皮托管和壓差計(jì)測(cè)定，其布置方法如圖2-11a所示。左圖為壓入式通風(fēng)，右圖為抽出式通風(fēng)。圖2-11 不同通風(fēng)方式下風(fēng)流中某點(diǎn)壓力丈量和壓力之間的相互關(guān)系a皮托管和壓差計(jì)的布置方法 b風(fēng)流中某點(diǎn)各種壓力之間的關(guān)系1、壓入式通風(fēng)中相對(duì)壓力的丈量及相互關(guān)系如圖2-11a左圖所示，皮托管的“+接頭傳送的是風(fēng)流的絕對(duì)全壓P全，“-接頭傳送的是風(fēng)流的絕對(duì)靜壓P靜，風(fēng)筒外的壓力是大氣壓力P0。在壓入式通風(fēng)中，由于風(fēng)流的絕對(duì)壓力都高于同標(biāo)高的大氣

33、壓力，所以P全P0、P靜P0，P全P靜。由圖中壓差計(jì)1、2、3的液面可以看出，絕對(duì)壓力高的一側(cè)液面下降，絕對(duì)壓力低的一側(cè)液面上升。壓差計(jì)1測(cè)得的是風(fēng)流中的相對(duì)靜壓：h靜P靜P0壓差計(jì)3測(cè)得的是風(fēng)流中的相對(duì)全壓：h全P全P0壓差計(jì)2測(cè)得的是風(fēng)流中的動(dòng)壓：h動(dòng)P全P靜整理得：h全P全P0P靜h動(dòng)P0P靜P0h動(dòng)h靜h動(dòng) 2-16式2-16闡明：就相對(duì)壓力而言，壓入式通風(fēng)風(fēng)流中某點(diǎn)的相對(duì)全壓等于相對(duì)靜壓與動(dòng)壓的代數(shù)和。2、抽出式通風(fēng)中相對(duì)壓力的丈量及相互關(guān)系如圖2-11a右圖所示。壓差計(jì)4、5、6分別測(cè)定風(fēng)流的相對(duì)靜壓、動(dòng)壓、相對(duì)全壓。在抽出式通風(fēng)中，由于風(fēng)流的絕對(duì)壓力都低于同標(biāo)高的大氣壓力，所以P

34、全P0、P靜P0，P全P靜。由圖中壓差計(jì)4、6的液面可以看出，與大氣壓力P0相通的一側(cè)水柱下降，另一側(cè)水柱上升，壓差計(jì)5中的液面變化與抽出式一樣。由此可知測(cè)點(diǎn)風(fēng)流的相對(duì)壓力為：h靜P0P靜 或 -h靜P靜P0h全P0P全 或 -h全P全P0h動(dòng)P全P靜整理得：h全P0P全P0P靜h動(dòng)P0P靜h動(dòng)h靜h動(dòng) 2-17式2-17闡明：就相對(duì)壓力而言，抽出式通風(fēng)風(fēng)流中某點(diǎn)的相對(duì)全壓等于相對(duì)靜壓減去動(dòng)壓。需求強(qiáng)調(diào)的是，式2-17中的 h全和h靜分別是絕對(duì)全壓和絕對(duì)靜壓比同標(biāo)高大氣壓力的降低值，而式2-16中的h全和h靜那么分別是絕對(duì)全壓和絕對(duì)靜壓比同標(biāo)高大氣壓力的添加值。公式中采用的都是其絕對(duì)值。圖2-

35、11b清楚地表示出不同通風(fēng)方式下，風(fēng)流中某點(diǎn)各種壓力之間的關(guān)系。例2-1 在圖2-11a所示的壓入式通風(fēng)風(fēng)筒中，測(cè)得風(fēng)流中某點(diǎn)的相對(duì)靜壓h靜1200Pa，動(dòng)壓h動(dòng)100Pa，風(fēng)筒外與該點(diǎn)同標(biāo)高的大氣壓力P098000Pa，求該點(diǎn)的P靜、h全、P全分別是多少？解：1P靜P0h靜98000120099200 Pa 2h全h靜h動(dòng)12001001300 Pa 3P全P0h全98000130099300 Pa或 P全P靜h動(dòng)9920010099300 Pa例2-2 在圖2-11a所示的抽出式通風(fēng)風(fēng)筒中，測(cè)得風(fēng)流中某點(diǎn)的相對(duì)靜壓h靜1200Pa，動(dòng)壓h動(dòng)100Pa，風(fēng)筒外與該點(diǎn)同標(biāo)高的大氣壓力P0980

36、00Pa，求該點(diǎn)的P靜、h全、P全分別是多少？解：1P靜P0h靜98000120096800 Pa 2h全h靜h動(dòng)12001001100 Pa 3P全P0h全98000110096900 Pa 或P全P靜h動(dòng)9680010096900 Pa第四節(jié) 礦井通風(fēng)中的能量方程及其運(yùn)用一、空氣流動(dòng)延續(xù)性方程根據(jù)質(zhì)量守恒定律，對(duì)于流動(dòng)參數(shù)不隨時(shí)間變化的穩(wěn)定流，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。礦井通風(fēng)中，空氣在井巷中的流動(dòng)可以看作是穩(wěn)定流，同樣滿足質(zhì)量守恒定律。圖2-12所示，風(fēng)流從1斷面流向2斷面，在流動(dòng)過程中既無漏風(fēng)又無補(bǔ)給，那么流入1斷面的空氣質(zhì)量M 1與流出2斷面的空氣質(zhì)量M 2相

37、等，即M 1M 2， kg/s 或 1v1S12v 2S2 2-18式中 1、21、2斷面上空氣的平均密度，kg/m3； v1、v21、2斷面上空氣的平均流速，m/s； S1、S21、2斷面的斷面積，m2。式2-18為空氣流動(dòng)的延續(xù)性方程，適用于可緊縮和不可緊縮流體。圖2-12 風(fēng)流在巷道中穩(wěn)定流動(dòng) 對(duì)于不可緊縮流體，即12，那么有v1 S1v 2S2 2-19上式闡明，在流量一定的條件下，井巷斷面上風(fēng)流的平均流速與過流斷面的面積成反比，斷面越大流速越小，斷面越小流速越大。思索到礦井風(fēng)流可近似地以為是不可緊縮流體，運(yùn)用空氣流動(dòng)的延續(xù)性方程，可以方便地處理風(fēng)速、風(fēng)量測(cè)算和風(fēng)量平衡問題。例2-3

38、風(fēng)流在如圖2-12所示的巷道中流動(dòng)，知121.12kg/m3，S18m2，S26m2，v14m/s。求1、2兩斷面上經(jīng)過的質(zhì)量流量M 1、M 2；體積流量風(fēng)量Q1、Q2； 2斷面的平均風(fēng)速v 2。解 1M 1M 21v1S11.124835.84kg/s 2Q1Q2v1S14832m3/s 3v2Q2/S232/65.33m/s二、礦井通風(fēng)中運(yùn)用的能量方程能量方程是用能量守恒定律描畫風(fēng)流沿程流動(dòng)的能量轉(zhuǎn)換和守恒規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。礦井通風(fēng)中運(yùn)用的能量方程那么表達(dá)了空氣的靜壓能、動(dòng)能和位能在井巷流動(dòng)過程中的變化規(guī)律，是能量守恒和轉(zhuǎn)化定律在礦井通風(fēng)中的運(yùn)用。根據(jù)機(jī)械能守恒定律，單位質(zhì)量不可緊縮的實(shí)踐

39、流體從1斷面流向2斷面的能量方程為： 2-20式中 P1/、P2/單位質(zhì)量流體在1、2斷面所具有的靜壓能，J/kg； v12/2、v22/2單位質(zhì)量流體在1、2斷面所具有的動(dòng)能，J/kg； Z1 g、Z2 g 單位質(zhì)量流體在1、2斷面上相對(duì)于基準(zhǔn)面所具有的位能，J/kg；H損單位質(zhì)量流體流經(jīng)1、2斷面之間抑制阻力所損失的能量，J/kg上式闡明，單位質(zhì)量的實(shí)踐流體從1斷面流到2斷面時(shí)，1斷面所具有的總機(jī)械能靜壓能、動(dòng)能、位能之和等于2斷面所具有的總機(jī)械能與流體抑制1、2斷面之間阻力所損失的那部分能量之和。對(duì)于礦井通風(fēng)中的風(fēng)流，雖然空氣的密度有變化，但變化范圍普通不超越68%，因此它的比容變化也不

40、大。除了特殊情況如礦井深度超越1000m外，普通以為礦井風(fēng)流近似于不可緊縮的穩(wěn)流形狀，所以上述能量方程也可運(yùn)用于礦井通風(fēng)中。詳細(xì)運(yùn)用時(shí)，按習(xí)慣，常用單位體積的能量來替代方程中單位質(zhì)量的能量，即將公式中的各項(xiàng)乘以，得到如下單位體積實(shí)踐流體的能量方程： 2-21式中 P1、P2單位體積風(fēng)流在1、2斷面所具有的靜壓能或絕對(duì)靜壓，J/m3或Pa； v12/2、v22/2單位體積風(fēng)流在1、2斷面所具有的動(dòng)能或動(dòng)壓，J/m3或Pa； Z1g 、Z2g 單位體積風(fēng)流在1、2斷面上相對(duì)于基準(zhǔn)面所具有的位能或位壓，J/m3或Pa； h阻12單位體積風(fēng)流抑制1、2斷面之間的阻力所耗費(fèi)的能量或壓力，J/kg或Pa。

41、思索到井下空氣密度畢竟有一定的變化，為了能正確反映能量守恒定律，用風(fēng)流在1、2斷面的空氣密度1、2替代上式動(dòng)能中的，用1、2斷面與基準(zhǔn)面之間的平均空氣密度1、2替代上式位能中的，得下式： 2-22或 ，J/m3或Pa 2-23或 Z11gZ22g，J/m3或Pa 2-24式2-23、2-24就是礦井通風(fēng)中常用的能量方程。從能量觀念來說，它表示單位體積風(fēng)流流經(jīng)井巷時(shí)的能量損失等于第一斷面上的總機(jī)械能靜壓能、動(dòng)能和位能與第二斷面上的總機(jī)械能之差。從壓力觀念上來說，它表示風(fēng)流流經(jīng)井巷的通風(fēng)阻力等于風(fēng)流在第一斷面上的總壓力與第二斷面上的總壓力之差。利用公式計(jì)算時(shí)，應(yīng)特別留意動(dòng)壓中1、2與位壓中1、2的

42、選取方法。動(dòng)壓中的1、2分別取1、2斷面風(fēng)流的空氣密度，位壓中的1、2視基準(zhǔn)面的選取情況按下述方法計(jì)算：1當(dāng)1、2斷面位于礦井最低程度的同一側(cè)時(shí)，如圖2-13a所示，可將位壓的基準(zhǔn)面選在較低的2斷面，此時(shí)，2斷面的位壓為0Z20，1斷面相對(duì)于基準(zhǔn)面的高差為Z12，空氣密度取其平均密度12，如精度不高時(shí)可取1212/21、2為1、2兩斷面風(fēng)流的空氣密度。2當(dāng)1、2斷面分別位于礦井最低程度的兩側(cè)時(shí)，如圖2-13b所示，應(yīng)將位壓的基準(zhǔn)面00選在最低程度，此時(shí)，1、2斷面相對(duì)于基準(zhǔn)面的高差分別為Z10 、Z20，空氣密度那么分別為兩側(cè)斷面距基準(zhǔn)面的平均密度10與20，當(dāng)高差不大或精度不高時(shí)，可取101

43、0/2，2020/2。圖2-13 能量方程中位壓基準(zhǔn)面確實(shí)定及的取法a兩斷面位于井底同一側(cè) b兩斷面分別位于井底兩側(cè)例2-4 某傾斜巷道如圖2-14所示，測(cè)得1、2兩斷面的絕對(duì)靜壓分別為98200Pa和97700Pa；平均風(fēng)速分別為4m/s和3m/s；空氣密度分別為1.14kg/m3和1.12 kg/m3；兩斷面的標(biāo)高差為50m。求1、2兩斷面間的通風(fēng)阻力并判別風(fēng)流方向。圖2-14 傾斜巷道解 取標(biāo)高較低的1斷面為位壓基準(zhǔn)面，并假設(shè)風(fēng)流方向?yàn)?2，根據(jù)能量方程：Z11gZ22g 98200977001.1442/21.1232/2050(1.141.12)/29.8 -54Pa由于求得的通風(fēng)阻

44、力為負(fù)值，闡明1斷面的總壓力小于2斷面的總壓力，原假設(shè)風(fēng)流方向不正確，風(fēng)流方向應(yīng)為21，通風(fēng)阻力為54 Pa。能量方程是礦井通風(fēng)中的根本定律，經(jīng)過實(shí)例分析可以得出以下規(guī)律：1不論在任何條件下，風(fēng)流總是從總壓力大的斷面流向總壓力小的斷面；2在程度巷道中，由于位壓差等于零，風(fēng)流將由絕對(duì)全壓大的斷面流向絕對(duì)全壓小的斷面；3在等斷面的程度巷道中，由于位壓差、動(dòng)壓差均等于零，風(fēng)流將從絕對(duì)靜壓大的斷面流向絕對(duì)靜壓小的斷面。三、能量方程在礦井通風(fēng)中的運(yùn)用能量方程是礦井通風(fēng)的實(shí)際根底，運(yùn)用極為廣泛，特別是在有關(guān)通風(fēng)機(jī)性能測(cè)定、礦井通風(fēng)阻力測(cè)定和礦井通風(fēng)技術(shù)管理、通風(fēng)儀器儀表的設(shè)計(jì)等方面都與該實(shí)際親密相關(guān)。本節(jié)

45、結(jié)合通風(fēng)工程中的實(shí)踐運(yùn)用，找出抽出式和壓入式通風(fēng)系統(tǒng)中通風(fēng)阻力與主通風(fēng)機(jī)風(fēng)硐斷面相對(duì)壓力之間的關(guān)系，同時(shí)對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)中的能量壓力坡度線進(jìn)展討論。一抽出式通風(fēng)礦井中通風(fēng)阻力與主通風(fēng)機(jī)風(fēng)硐斷面相對(duì)壓力之間的關(guān)系圖2-15為簡(jiǎn)化后的抽出式通風(fēng)礦井表示圖。風(fēng)流自進(jìn)風(fēng)井口地面進(jìn)入井下，沿立井12、井下巷道23、回風(fēng)立井34到達(dá)主通風(fēng)機(jī)風(fēng)硐斷面4。在風(fēng)流流動(dòng)的整個(gè)線路中，所遇到的通風(fēng)阻力包括進(jìn)風(fēng)井口的部分阻力空氣由地面大氣忽然收縮到井筒斷面的阻力與井筒、井下巷道的通風(fēng)阻力之和。即： h阻h局1h阻14 ，Pa 2-25圖2-15 抽出式通風(fēng)礦井根據(jù)能量方程式，進(jìn)風(fēng)井口的部分阻力h局1就是地面大氣與進(jìn)風(fēng)進(jìn)口斷

46、面1之間的總壓力差兩個(gè)斷面高差近似為零，地面大氣為靜止形狀；井筒及巷道的通風(fēng)阻力h阻14為進(jìn)風(fēng)井口斷面1與主通風(fēng)機(jī)風(fēng)硐斷面4的總壓力差。即：h局1P0P靜1h動(dòng)1h阻14P靜1h動(dòng)1Z12gP靜4h動(dòng)4Z34g將兩式代入式2-25并整理得：h阻P0P靜4h動(dòng)4Z12gZ34g h靜4h動(dòng)4Z12gZ34g上式中h靜4為4斷面的相對(duì)靜壓，h動(dòng)4為4斷面的動(dòng)壓，Z12gZ34g為礦井的自然風(fēng)壓，可用H自表示，當(dāng)Z12gZ34g時(shí)，H自為正值，闡明它協(xié)助 主通風(fēng)機(jī)通風(fēng)；當(dāng)Z12gZ34g時(shí)，H自為負(fù)值，闡明它妨礙主通風(fēng)機(jī)通風(fēng)礦井的自然風(fēng)壓詳見教材第四章。故上式又可表示為： h阻h靜4h動(dòng)4H自h全4

47、H自 ，Pa 2-26式2-26為抽出式通風(fēng)礦井的通風(fēng)總阻力測(cè)算式，反映了礦井的通風(fēng)阻力與主通風(fēng)機(jī)風(fēng)硐斷面相對(duì)壓力之間的關(guān)系。礦井通風(fēng)中，按要求，都要在主通風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)安裝水柱計(jì)，此儀器就是顯示風(fēng)硐斷面相對(duì)壓力的垂直U型壓差計(jì)，普通是靜壓水柱計(jì)。例2-5 某礦井采用抽出式通風(fēng)如圖2-15所示，測(cè)得風(fēng)硐斷面的風(fēng)量Q50m3/s，風(fēng)硐凈斷面積S45m2，空氣密度41.14kg/m3，風(fēng)硐外與其同標(biāo)高的大氣壓力P0101324.5Pa，主通風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)靜壓水柱計(jì)的讀數(shù)h靜42240 Pa，礦井的自然風(fēng)壓H自120 Pa，自然風(fēng)壓的方向協(xié)助 主通風(fēng)機(jī)任務(wù)。試求P靜4、h動(dòng)4、P全4、h全4和礦井的通風(fēng)阻力h阻

48、各為多大？解 P靜4P0h靜4101324.5224099084.5 Pa h動(dòng)44v42/24Q/S2/21.1450/52/257 Pa P全4P靜4h動(dòng)499084.55799141.5 Pa h全4h靜4h動(dòng)42240572183 Pa h阻h靜4h動(dòng)4H自2240571202303 Pa二壓入式通風(fēng)礦井中通風(fēng)阻力與主通風(fēng)機(jī)風(fēng)硐斷面相對(duì)壓力之間的關(guān)系圖2-16為簡(jiǎn)化后的壓入式通風(fēng)礦井表示圖。普通包括吸風(fēng)段12和壓風(fēng)段36，實(shí)踐上屬于又抽又壓的混合式通風(fēng)，空氣被進(jìn)風(fēng)井口附近的主通風(fēng)機(jī)吸入進(jìn)入井下，自風(fēng)硐3，沿進(jìn)風(fēng)井34、井下巷道45、回風(fēng)井56排出地面。在風(fēng)流流動(dòng)的整個(gè)線路中，所遇到的通

49、風(fēng)阻力包括吸風(fēng)段和壓風(fēng)段之和。即：h阻h阻抽h阻壓其中壓風(fēng)段的阻力包括井筒、井下巷道的阻力與出風(fēng)井口的部分阻力空氣由井筒斷面忽然分散到地面大氣的阻力之和。即： h阻壓h阻36h局6，Pa 2-27圖2-16 壓入式通風(fēng)礦井根據(jù)能量方程式，h阻36、h局6可分別用下兩式表示：h阻36P靜3h動(dòng)3Z34gP靜6h動(dòng)6Z56gh局6P靜6h動(dòng)6P0將兩式代入式2-27并整理得：h阻壓P靜3P0h動(dòng)3Z34gZ56g h靜3h動(dòng)3Z34gZ56g上式中h靜3為風(fēng)硐3斷面的相對(duì)靜壓，h動(dòng)3為風(fēng)硐3斷面的動(dòng)壓，Z34gZ56g為礦井的自然風(fēng)壓H自，同樣H自也有正有負(fù)，公式可寫成下式： h阻壓h靜3h動(dòng)3H

50、自h全3H自，Pa 2-28思索到吸風(fēng)段的通風(fēng)阻力因標(biāo)高差很小，吸風(fēng)段的位壓差可忽略不計(jì)，那么：h阻h靜2h動(dòng)2h靜3h動(dòng)3H自h全2h全3H自，Pa 2-29上式為壓入式通風(fēng)礦井的通風(fēng)總阻力測(cè)算式，也反映了壓入式通風(fēng)礦井通風(fēng)阻力與主通風(fēng)機(jī)風(fēng)硐斷面相對(duì)壓力之間的關(guān)系。三通風(fēng)系統(tǒng)中風(fēng)流能量壓力坡線圖通風(fēng)系統(tǒng)中風(fēng)流能量壓力坡度線是對(duì)礦井通風(fēng)能量方程的圖形描畫，可以明晰地闡明礦井通風(fēng)系統(tǒng)中各斷面的靜壓、動(dòng)壓、位壓和通風(fēng)阻力之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，從而加深對(duì)能量方程的了解，是礦井通風(fēng)管理和均壓防滅火任務(wù)的有力工具。礦井通風(fēng)系統(tǒng)中風(fēng)流能量壓力坡度圖的繪制方法是：以礦井最低程度作為位壓計(jì)算的基準(zhǔn)面，在礦井通風(fēng)

51、系統(tǒng)中沿風(fēng)流流程布置假設(shè)干測(cè)點(diǎn)，測(cè)出各測(cè)點(diǎn)的絕對(duì)靜壓、風(fēng)速、溫度、相對(duì)濕度、標(biāo)高等參數(shù)，計(jì)算出各點(diǎn)的動(dòng)壓、位壓和總能量總壓力；然后以能量絕對(duì)壓力為縱坐標(biāo)，風(fēng)流流程為橫坐標(biāo)，分別描出各測(cè)點(diǎn)，將同名參數(shù)點(diǎn)用折線銜接起來，即是所要繪制的通風(fēng)系統(tǒng)中風(fēng)流能量壓力坡線圖。詳細(xì)包括三條坡度線：風(fēng)流全能量總壓力坡度線；風(fēng)流全壓坡度線；風(fēng)流靜壓坡度線。圖2-17是對(duì)應(yīng)圖2-15抽出式通風(fēng)礦井中的風(fēng)流能量壓力坡線圖。由圖中可以看出：1全能量總壓力坡度線abcd沿程逐漸下降，礦井的通風(fēng)總阻力就等于風(fēng)硐斷面4上全能量總壓力的下降值。恣意兩斷面間的通風(fēng)阻力等于這兩個(gè)斷面全能量總壓力下降值的差；全能量總壓力線的坡度反映了

52、流動(dòng)道路上通風(fēng)阻力的分布情況，坡度越大，闡明單位長(zhǎng)度上的通風(fēng)阻力越大。2絕對(duì)全壓和絕對(duì)靜壓坡度線的變化與全能量總壓力坡度線的變化不同。全能量坡度線全程逐漸下降，而絕對(duì)全壓坡度線a1b1c1d1和絕對(duì)靜壓坡度線a2b2c2d2有上升也有下降。如進(jìn)風(fēng)井12段，風(fēng)流由上向下流動(dòng)，位壓逐漸減小，靜壓逐漸增大，所以其絕對(duì)靜壓和絕對(duì)全壓坡度線逐漸上升；在回風(fēng)井34段，風(fēng)流由下向上流動(dòng)，位壓逐漸增大，靜壓逐漸減小，所以其絕對(duì)靜壓和絕對(duì)全壓坡度線逐漸下降。這也充分闡明，風(fēng)流在有高差變化的井巷中流動(dòng)時(shí)，其靜壓和位壓之間可以相互轉(zhuǎn)化。3礦井通風(fēng)的總阻力包括進(jìn)風(fēng)井口的部分阻力與井巷通風(fēng)阻力之和，即h阻h局1h阻12

53、h阻23h阻34h局1h阻14。圖2-17 抽出式通風(fēng)礦井中風(fēng)流能量壓力坡線圖同理可以做出圖2-16所示的壓入式通風(fēng)礦井壓風(fēng)段的風(fēng)流能量壓力坡線圖2-18。其坡度變化根本同抽出式，不同的是井下各測(cè)點(diǎn)的絕對(duì)壓力都高于同標(biāo)高的大氣壓力，故壓力坡線都位于P0P0線的上方。此外，部分阻力那么產(chǎn)生在回風(fēng)井口6。圖2-18 壓入式通風(fēng)礦井中風(fēng)流能量壓力坡線圖四礦井主通風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)水柱計(jì)的安裝和作用 經(jīng)過礦井通風(fēng)阻力與主通風(fēng)機(jī)風(fēng)硐斷面相對(duì)壓力之間的關(guān)系式可以看出，無論是抽出式還是壓入式礦井，礦井通風(fēng)總阻力可以經(jīng)過測(cè)定風(fēng)硐斷面的相對(duì)壓力和自然風(fēng)壓值計(jì)算出來。實(shí)踐上，礦井風(fēng)硐斷面的動(dòng)壓值不大，變化也較小；自然風(fēng)壓值

54、隨季節(jié)而變化，普通也不大，因此，只需用壓差計(jì)測(cè)出風(fēng)硐斷面的相對(duì)靜壓值，就能近似了解到礦井通風(fēng)總阻力的大小。此外，利用壓差計(jì)的讀數(shù)還能反映主通風(fēng)機(jī)任務(wù)風(fēng)壓的大小，其關(guān)系詳見第四章。丈量風(fēng)硐斷面的相對(duì)壓力時(shí)，壓差計(jì)的安裝按取壓方法不同有兩種，即壁面取壓法和環(huán)形管取壓法。如圖2-19所示。圖2-19 靜壓水柱計(jì)的安裝方法a壁面取壓法 b環(huán)形管取壓法1風(fēng)硐；2靜壓管；3三通；4膠管；5環(huán)形管1、壁面取壓法所謂壁面取壓就是在風(fēng)硐的內(nèi)壁上開靜壓孔，如圖2-19a所示，用金屬管2和膠皮管4把壓力傳輸?shù)斤L(fēng)硐外并銜接到主通風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)的壓差計(jì)上。為了減少誤差，普通把各測(cè)點(diǎn)用三通3和膠皮管并聯(lián)起來。在壁面上開靜壓孔時(shí)

55、，要求孔徑不大于10mm，孔口光滑無毛刺，附近無凹凸景象，孔的中心線與壁面垂直。2、環(huán)形管取壓法如圖2-19b所示，將一個(gè)外徑為46mm的銅管5做成圓形，在管上等間隔 鉆8個(gè)垂直于風(fēng)流方向的小眼，眼徑12mm，將圓形銅管固定在風(fēng)硐斷面周圍上，再用一根銅管與其相通并穿出硐壁，用膠皮管4銜接到主通風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)的壓差計(jì)上。兩種方法選擇的取壓斷面都應(yīng)接近主通風(fēng)機(jī)入風(fēng)口抽出式通風(fēng)時(shí)的風(fēng)流穩(wěn)定處，測(cè)壓儀器多采用U型水柱計(jì)。隨著電子技術(shù)的開展和礦井平安監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)用，不少礦井曾經(jīng)采用電子壓差計(jì)丈量或用負(fù)壓傳感器將數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)上，自動(dòng)監(jiān)測(cè)風(fēng)硐內(nèi)的風(fēng)流壓力。水柱計(jì)的兩個(gè)液面普通是穩(wěn)定的或有微小的動(dòng)搖。假設(shè)水柱計(jì)液面高差忽然增大，能夠是主要通風(fēng)巷道發(fā)生冒頂或其它堵塞事故，增大了通風(fēng)阻力；假設(shè)液面高差忽然變小，能夠是控制