9礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算-(1)資料

9礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算-(1)資料第一頁，共41頁。一、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)及礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖（一）通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的基本術(shù)語和概念1．分支：分支是指表示一段通風(fēng)井巷的有向線段，線段的方向代表井巷風(fēng)流的方向。2．節(jié)點：節(jié)點是指兩條或兩條以上分支的交點。每個節(jié)點有唯一的編號，稱為節(jié)點號。如圖5-1中的①～⑥均為節(jié)點。3．回路：由兩條或兩條以上分支首尾相連形成的閉合線路，稱為回路。如圖9-1中，1-2-5-7-8、2-5-6-3和4-5-6等都是回路。單一一個回路（其中沒有分支），該回路又稱網(wǎng)孔。如4-5-6是網(wǎng)孔。圖9-1第二頁，共41頁。４．樹由包含通風(fēng)網(wǎng)路圖的全部節(jié)點且任意兩節(jié)點間至少有一條通路和不形成回路的部分分支構(gòu)成的一類特殊圖，稱為樹；由網(wǎng)路圖余下的分支構(gòu)成的圖，稱為余樹。

如圖9-2所示各圖中的實線圖和虛線圖就分別表示圖9-1的樹和余樹。圖9-2樹和余樹

第三頁，共41頁。５．獨立回路由通風(fēng)網(wǎng)路圖的一棵樹及其余樹中的一條余樹枝形成的回路，稱為獨立回路。如圖9-2（a）中的樹與余樹枝5、2、3可組成的三個獨立回路分別是：5-6-4、2-4-6-7-8-1和3-6-7-8-1。由n－m＋1條余樹枝可形成n－m＋1個獨立回路。第四頁，共41頁。（二）通風(fēng)網(wǎng)路圖的繪制不按比例、不反映空間關(guān)系的礦井通風(fēng)網(wǎng)路圖，能清楚地反映風(fēng)流的方向和分合關(guān)系，便于進(jìn)行通風(fēng)網(wǎng)路解算和通風(fēng)系統(tǒng)分析，是礦井通風(fēng)管理的重要圖件之一。通風(fēng)網(wǎng)路圖的形狀是可以變化的。為了更清晰地表達(dá)通風(fēng)系統(tǒng)中各井巷間的聯(lián)接關(guān)系及其通風(fēng)特點，通風(fēng)網(wǎng)路圖的節(jié)點可以移位，分支可以曲直伸縮。通常，習(xí)慣上把通風(fēng)網(wǎng)路圖總的形狀畫成“橢圓”形。第五頁，共41頁。繪制礦井通風(fēng)網(wǎng)路圖，一般可按如下步驟進(jìn)行：１．節(jié)點編號在礦井通風(fēng)系統(tǒng)圖上，沿風(fēng)流方向?qū)⒕镲L(fēng)流的分合點加以編號。編號順序通常是沿風(fēng)流方向從小到大，亦可按系統(tǒng)、按翼分開編號。節(jié)點編號不能重復(fù)且要保持連續(xù)性。２．分支連線將有風(fēng)流連通的節(jié)點用單線條（直線或弧線）連接。３．圖形整理通風(fēng)網(wǎng)路圖的形狀不是唯一的。在正確反映風(fēng)流分合關(guān)系的前提下，把圖形畫得簡明、清晰、美觀。４．標(biāo)注除標(biāo)出各分支的風(fēng)向、風(fēng)量外，還應(yīng)將進(jìn)回風(fēng)井、用風(fēng)地點、主要漏風(fēng)地點及主要通風(fēng)設(shè)施等加以標(biāo)注，并以圖例說明。第六頁，共41頁。繪制通風(fēng)網(wǎng)路圖的一般原則如下：１．某些距離相近的節(jié)點，其間風(fēng)阻很小時，可簡化為一個節(jié)點。２．風(fēng)壓較小的局部網(wǎng)路，可并為一個節(jié)點。如井底車場等。３．同標(biāo)高的各進(jìn)風(fēng)井口與回風(fēng)井口可視為一個節(jié)點。４．用風(fēng)地點并排布置在網(wǎng)路圖的中部；進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)和回風(fēng)系統(tǒng)分別布置在圖的下部和上部；進(jìn)、回風(fēng)井口節(jié)點分別位于圖的最下端和最上端。５．分支方向（除地面大氣分支）基本應(yīng)由下而上。６．分支間的交叉盡可能少。７．節(jié)點間應(yīng)有一定的間距。第七頁，共41頁。例9-1如圖9-3所示為某礦通風(fēng)系統(tǒng)示意圖，試?yán)L出該礦的通風(fēng)網(wǎng)路圖。

圖9-3第八頁，共41頁。圖9-4第九頁，共41頁。（三）簡單通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)及性質(zhì)1、串聯(lián)通風(fēng)及其特性兩條或兩條以上風(fēng)路彼此首尾相連在一起，中間沒有風(fēng)流分合點時的通風(fēng)，稱為串聯(lián)通風(fēng)，如圖9-5所示。串聯(lián)通風(fēng)也稱為“一條龍”通風(fēng)，其特性如下：圖9-5第十頁，共41頁。1）串聯(lián)風(fēng)路的總風(fēng)量等于各段風(fēng)路的分風(fēng)量，即，

2）串聯(lián)風(fēng)路的總風(fēng)壓等于各段風(fēng)路的分風(fēng)壓之和，即

3）串聯(lián)風(fēng)路的總風(fēng)阻等于各段風(fēng)路的分風(fēng)阻之和。第十一頁，共41頁。4）串聯(lián)風(fēng)路的總等積孔平方的倒數(shù)等于各段風(fēng)路等積孔平方的倒數(shù)之和。第十二頁，共41頁。圖9-62、并聯(lián)通風(fēng)及其特性

兩條或兩條以上的分支在某一節(jié)點分開后，又在另一節(jié)點匯合，其間無交叉分支時的通風(fēng)，稱為并聯(lián)通風(fēng)，如圖9-6所示。并聯(lián)網(wǎng)路的特性如下：第十三頁，共41頁。1）并聯(lián)網(wǎng)路的總風(fēng)量等于并聯(lián)各分支風(fēng)量之和，即2）并聯(lián)網(wǎng)路的總風(fēng)壓等于任一并聯(lián)分支的風(fēng)壓，即3）并聯(lián)網(wǎng)路的總風(fēng)阻平方根的倒數(shù)等于并聯(lián)各分支風(fēng)阻平方根的倒數(shù)之和。第十四頁，共41頁。5）并聯(lián)網(wǎng)路的風(fēng)量自然分配（1）風(fēng)量自然分配的概念

4）并聯(lián)網(wǎng)路的總等積孔等于并聯(lián)各分支等積孔之和。第十五頁，共41頁。（2）自然分配風(fēng)量的計算第十六頁，共41頁。3、串聯(lián)與并聯(lián)的比較在礦井通風(fēng)網(wǎng)路中，既有串聯(lián)通風(fēng)，又有并聯(lián)通風(fēng)。礦井的進(jìn)、回風(fēng)風(fēng)路多為串聯(lián)通風(fēng)，而工作面與工作面之間多為并聯(lián)通風(fēng)。從安全、可靠和經(jīng)濟角度看，并聯(lián)通風(fēng)與串聯(lián)通風(fēng)相比，具有明顯優(yōu)點：1、總風(fēng)阻小，總等積孔大，通風(fēng)容易，通風(fēng)動力費用少。2．并聯(lián)各分支獨立通風(fēng)，風(fēng)流新鮮，互不干擾，有利于安全生產(chǎn)；而串聯(lián)時，后面風(fēng)路的入風(fēng)是前面風(fēng)路排出的污風(fēng)，風(fēng)流不新鮮，空氣質(zhì)量差，不利于安全生產(chǎn)。3．并聯(lián)各分支的風(fēng)量，可根據(jù)生產(chǎn)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)；而串聯(lián)各風(fēng)路的風(fēng)量則不能進(jìn)行調(diào)節(jié)，不能有效地利用風(fēng)量。4．并聯(lián)的某一分支風(fēng)路中發(fā)生事故，易于控制與隔離，不致影響其它分支巷道，事故波及范圍小，安全性好；而串聯(lián)的某一風(fēng)路發(fā)生事故，容易波及整個風(fēng)路，安全性差。第十七頁，共41頁。4、角聯(lián)通風(fēng)及其特性在并聯(lián)的兩條分支之間，還有一條或幾條分支相通的連接形式稱為角聯(lián)網(wǎng)路（通風(fēng)），如圖9-7所示。連接于并聯(lián)兩條分支之間的分支稱為角聯(lián)分支，如圖9-7中的分支5為角聯(lián)分支。僅有一條角聯(lián)分支的網(wǎng)路稱為簡單角聯(lián)網(wǎng)路；含有兩條或兩條以上角聯(lián)分支的網(wǎng)路稱為復(fù)雜角聯(lián)網(wǎng)路，如圖9-8所示。

角聯(lián)網(wǎng)路的特性是：角聯(lián)分支的風(fēng)流方向是不穩(wěn)定的。圖9-7第十八頁，共41頁。

圖9-8復(fù)雜角聯(lián)網(wǎng)路

第十九頁，共41頁。2、角聯(lián)分支5中風(fēng)向由②→③3、角聯(lián)分支5中風(fēng)向由③→②

1、角聯(lián)分支5中無風(fēng)流：圖9-9第二十頁，共41頁。二風(fēng)量分配及復(fù)雜通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算（一）風(fēng)量分配的基本定律風(fēng)流在通風(fēng)網(wǎng)路中流動時，都遵守風(fēng)量平衡定律、風(fēng)壓平衡定律和阻力定律。它們反映了通風(fēng)網(wǎng)路中三個最主要通風(fēng)參數(shù)——風(fēng)量、風(fēng)壓和風(fēng)阻間的相互關(guān)系，是復(fù)雜通風(fēng)網(wǎng)路解算的理論基礎(chǔ)。1．通風(fēng)阻力定律井巷中的正常風(fēng)流一般均為紊流。因此，通風(fēng)網(wǎng)路中各分支都遵守紊流通風(fēng)阻力定律，即第二十一頁，共41頁。2．風(fēng)量平衡定律風(fēng)量平衡定律是指在通風(fēng)網(wǎng)路中，流入與流出某節(jié)點或閉合回路的各分支的風(fēng)量的代數(shù)和等于零，即若對流入的風(fēng)量取正值，則流出的風(fēng)量取負(fù)值。3．風(fēng)壓平衡定律風(fēng)壓平衡定律是指在通風(fēng)網(wǎng)路的任一閉合回路中，各分支的風(fēng)壓（或阻力）的代數(shù)和等于零，即若回路中順時針流向的分支風(fēng)壓取正值，則逆時針流向的分支風(fēng)壓取負(fù)值。第二十二頁，共41頁。當(dāng)閉合回路中有通風(fēng)機風(fēng)壓和自然風(fēng)壓作用時，各分支的風(fēng)壓代數(shù)和等于該回路中通風(fēng)機風(fēng)壓與自然風(fēng)壓的代數(shù)和，即式中，H通H自和分別為通風(fēng)機風(fēng)壓和自然風(fēng)壓，其正負(fù)號取法與分支風(fēng)壓的正負(fù)號取法相同。圖9-10第二十三頁，共41頁。（二）解算復(fù)雜通風(fēng)網(wǎng)路的方法復(fù)雜通風(fēng)網(wǎng)路是由眾多分支組成的包含串、并、角聯(lián)在內(nèi)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的網(wǎng)路。其各分支風(fēng)量分配難以直接求解。通過運用風(fēng)量分配的基本定律建立數(shù)學(xué)方程式，然后用不同的數(shù)學(xué)手段，可求解出網(wǎng)路內(nèi)各分支自然分配的風(fēng)量。這種以網(wǎng)路結(jié)構(gòu)和分支風(fēng)阻為條件，求解網(wǎng)路內(nèi)風(fēng)量自然分配的過程，稱為通風(fēng)網(wǎng)路解算，也稱為自然分風(fēng)計算。目前解算通風(fēng)網(wǎng)路使用較廣泛的是回路法，即首先根據(jù)風(fēng)量平衡定律假定初始風(fēng)量，由回路風(fēng)壓平衡定律推導(dǎo)出風(fēng)量修正計算式，逐步對風(fēng)量進(jìn)行校正，直至風(fēng)壓逐漸平衡，風(fēng)量接近真值。下面主要介紹回路法中使用最多的斯考德–恒斯雷法。第二十四頁，共41頁。1、解算通風(fēng)網(wǎng)路的數(shù)學(xué)模型斯考德–恒斯雷法是由英國學(xué)者斯考德和恒斯雷對美國學(xué)者哈蒂?克勞斯提出的用于水管網(wǎng)的迭代計算方法進(jìn)行改進(jìn)并用于通風(fēng)網(wǎng)路解算的。對節(jié)點為m、分支為n的通風(fēng)網(wǎng)路，可選定N＝n－m＋1個余樹枝和獨立回路。以余樹枝風(fēng)量為變量，樹枝風(fēng)量可用余樹枝風(fēng)量來表示。根據(jù)風(fēng)壓平衡定律，每一個獨立回路對應(yīng)一個方程，這樣建立起一個由N個變量和N個方程組成的方程組，求解該方程組的根即可求出個余樹枝的風(fēng)量，然后求出樹枝的風(fēng)量。斯考德–恒斯雷法的基本思路是：利用擬定的各分支初始風(fēng)量，將方程組按泰勒級數(shù)展開，舍去二階以上的高階量，簡化后得出回路風(fēng)量修正值的一般數(shù)學(xué)表達(dá)式為：第二十五頁，共41頁。式中——獨立回路中各分支風(fēng)壓（或阻力）的代數(shù)和。分支風(fēng)向與余樹枝同向時其風(fēng)壓取正值，反之為負(fù)值?！毩⒒芈分懈鞣种эL(fēng)量與風(fēng)阻乘積的絕對值之和?！毩⒒芈分械耐L(fēng)機風(fēng)壓，其作用的風(fēng)流方向與余樹枝同向時取負(fù)值，反之為正值?！毩⒒芈分械淖匀伙L(fēng)壓，其作用的風(fēng)流方向與余樹枝同向時取負(fù)值，反之為正值。（9-2）第二十六頁，共41頁。按公式（9-2）分別求出各回路的風(fēng)量修正值，由此對各回路中的分支風(fēng)量進(jìn)行修正，求得風(fēng)量的近似真實值，即式中：分別為修正前后分支風(fēng)量。的正負(fù)按所修正分支的風(fēng)向與余樹枝同向時取正值，反之取負(fù)值。如此經(jīng)過多次反復(fù)修正，各分支風(fēng)量接近真值。當(dāng)達(dá)到預(yù)定的精度時計算結(jié)束。此時所得到的近似風(fēng)量，即可認(rèn)為是要求的自然分配的風(fēng)量。上述公式（9-2）和（9-3）即為斯考德–恒斯雷法的迭代計算公式，也稱其為哈蒂·克勞斯法。（9-3）第二十七頁，共41頁。當(dāng)獨立回路中既無通風(fēng)機又無自然風(fēng)壓作用時，公式（9--2）可簡化為２．解算步驟使用斯考德–恒斯雷法，一般經(jīng)過以下步驟：（1）繪制通風(fēng)網(wǎng)路圖，標(biāo)定風(fēng)流方向。（2）輸入網(wǎng)路結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)。（3）確定獨立回路數(shù)，選擇并確定獨立回路的分支構(gòu)成。（4）擬定初始風(fēng)量。通常，先給余樹枝賦一組初值，再計算各樹枝初始風(fēng)量。（5）計算回路風(fēng)量修正值，及時修正回路中各分支的風(fēng)量。（6）檢查精度是否滿足要求第二十八頁，共41頁。每修正完一次網(wǎng)路中所有分支的風(fēng)量，稱為迭代一次。每次迭代后應(yīng)判斷是否滿足給定的精度要求，當(dāng)某次迭代中各獨立回路風(fēng)量修正值均小于預(yù)定精度ε，迭代計算結(jié)束，即＜ε，1≤i≤N精度ε一般取0.01～0.001m3/s。（7）計算通風(fēng)網(wǎng)路總阻力、總風(fēng)阻。第二十九頁，共41頁。三、計算機解算通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)軟件與應(yīng)用簡介計算機解算復(fù)雜通風(fēng)網(wǎng)路，速度快、精度高。隨著計算機的發(fā)展與普及，計算機解算通風(fēng)網(wǎng)路得到了迅速發(fā)展，并已有了一些較成熟的通風(fēng)網(wǎng)路解算軟件。下面介紹一個由安徽理工大學(xué)研制開發(fā)的通風(fēng)網(wǎng)路解算軟件MVENT。1．MVENT軟件的使用方法在中文Windows環(huán)境下，啟動MVENT軟件，出現(xiàn)軟件運行的主窗口如圖9-11。圖9-11第三十頁，共41頁。（1）通風(fēng)網(wǎng)路原始數(shù)據(jù)的輸入從“數(shù)據(jù)”菜單選擇“表格式數(shù)據(jù)”命令后，出現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入窗口。選擇“新建”命令，在對話框中選擇“基本通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)文件”，即出現(xiàn)圖9-12表格，輸入數(shù)據(jù)并存盤。圖9-12第三十一頁，共41頁。（2）通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)各分支位能差的輸入如果需要考慮通風(fēng)網(wǎng)路中的自然風(fēng)壓時，應(yīng)準(zhǔn)備本文件。通過給定各分支的位能差，軟件將根據(jù)所選擇的獨立回路計算各回路的自然風(fēng)壓，并且在網(wǎng)路解算時起作用。（解算前應(yīng)在“選項”菜單中選擇“讀入分支位能差”。）從數(shù)據(jù)輸入窗口的“文件”菜單下選擇“新建”命令，選擇對話框中“分支位能差數(shù)據(jù)文件”，即出現(xiàn)圖9-13表格，輸入數(shù)據(jù)并存盤。第三十二頁，共41頁。（3）風(fēng)機特性數(shù)據(jù)的輸入從主窗口“數(shù)據(jù)”菜單中選擇“風(fēng)機數(shù)據(jù)”命令，即可調(diào)出風(fēng)機特性數(shù)據(jù)輸入對話框，如圖9-14所示，輸入數(shù)據(jù)并存盤。圖9-14第三十三頁，共41頁。（4）選項設(shè)定在“網(wǎng)絡(luò)解算”中選擇“選項”，即可調(diào)出圖9-15所示的選項設(shè)置對話框?？稍O(shè)置獨立回路選擇方法、網(wǎng)路解算算法、是否讀入自然風(fēng)壓文件和獨立回路文件。圖9-15第三十四頁，共41頁。⑸網(wǎng)路解算在“網(wǎng)絡(luò)解算”中選擇“網(wǎng)絡(luò)解算”命令或單擊工具欄上的計算器圖標(biāo)。軟件將自動提示輸入所需的數(shù)據(jù)文件。圖9-20所示為提示輸入“通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)文件”的對話框。同樣按提示可輸入“風(fēng)機數(shù)據(jù)文件”和“分支位能文件”。圖9-20第三十五頁，共41頁。⑹結(jié)果分析解算結(jié)果以表格形式顯示，如圖9-21所示。圖9-21第三十六頁，共41頁。2．網(wǎng)路解算應(yīng)用通風(fēng)網(wǎng)路解算軟件可用于解決礦井通風(fēng)設(shè)計和礦井通風(fēng)管理的實際問題：（1）礦井設(shè)計時的風(fēng)量分配、通風(fēng)總阻力、風(fēng)機工況點等的計算及風(fēng)機選型和通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化。（2）生產(chǎn)礦井的風(fēng)量調(diào)節(jié)計算、通風(fēng)狀態(tài)預(yù)測及礦井系統(tǒng)改造等。第三十七頁，共41頁。復(fù)習(xí)思考題1、什么叫通風(fēng)網(wǎng)路？簡述分支、節(jié)點、回路、樹、余樹及獨立回路等術(shù)語的含義。2、什么叫通風(fēng)網(wǎng)路圖？繪制通風(fēng)網(wǎng)路圖的一般步驟與一般原則分別是什么？3、什么叫串聯(lián)通風(fēng)、并聯(lián)通風(fēng)和