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第二节 矿井空气流动基本理论(安全工程)

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空气流动基本理论
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第二章 矿井空气流动的基本理论 本章的重点: 1、空气的物理参数----T、P、Φ、μ、ρ; 2、风流的能量与点压力----静压,静压能;动压、动能; 位能;全压;抽出式和压入式相对静压、相对全压与动压 的关系 3、能量方程 连续性方程;单位质量能量方程、单位体积能量方程 4、能量方程在矿井中的应用----边界条件、压力坡度图 本章的难点: 点压力之间的关系 能量方程及其在矿井中的应用 第二章 矿井空气流动的基本理论 主要研究内容主要研究内容:矿井空气沿井巷流动过程中宏观力学参数的变化规 律以及能量的转换关系。介绍空气的主要物理参数、性质,讨论空气在 流动过程中所具有的能量(压力)及其能量的变化。根据热力学第一定 律和能量守恒及转换定律,结合矿井风流流动的特点,推导了矿井空气 流动过程中的能量方程,介绍了能量方程在矿井通风中的应用。 第一节 空气的主要物理参数 一、温度 温度是描述物体冷热状态的物理量。矿井表示气候条件的主要 参数之一。热力学绝对温标的单位K,摄式温标 T=273.15+t 二、压力(压强) 空气的压力也称为空气的静压,用符号P表示。压强在 矿井通风中习惯称为压力。它是空气分子热运动对器壁碰撞的宏观表现 。P=2/3n(1/2mv2) 矿井常用压强单位:Pa Mpa mmHg mmH20 mmbar bar atm 等。 换算关系:1 atm = 760 mmHg = 1013.25 mmbar = 101325 Pa (见P396) 1mmbar = 100 Pa = 10.2 mmH20, 1mmHg = 13.6mmH20 = 133.32 Pa 三、湿度 表示空气中所含水蒸汽量的多少或潮湿程度。表示空气湿度的方法:绝 对湿度、相对温度和含湿量三种 1、绝对湿度 每立方米空气中所含水蒸汽的质量叫空气的绝对湿度。其单位与密 度单位相同(Kg/ m3),其值等于水蒸汽在其分压力与温度下的密度 。v=Mv/V 饱和空气:在一定的温度和压力下,单位体积空气所能容纳水蒸汽 量是有极限的,超过这一极限值,多余的水蒸汽就会凝结出来。这 种含有极限值水蒸汽的湿空气叫饱和空气,这时水蒸气分压力叫饱 和水蒸分压力,PS,其所含的水蒸汽量叫饱和湿度s 。 2、相对湿度 单位体积空气中实际含有的水蒸汽量(V)与其同温度下的饱和水 蒸汽含量(S)之比称为空气的相对湿度 φ= V/ S 反映空气中所含水蒸汽量接近饱和的程度。 Φ愈小 空气愈干爆, φ=0 为干空气; φ愈大 空气愈潮湿, φ=1为饱和空气。 温度下降,其相对湿度增大,冷却到φ=1时的温度称为露点 例如:甲地:t = 18 ℃, V =0.0107 Kg/m3, 乙地:t = 30 ℃, V =0.0154 Kg/m3 解:查附表 当t为18 ℃, s =0.0154 Kg/m3, , 当t为 30 ℃, s =0.03037 Kg/m3, ∴ 甲地: φ= V/ S=0.7 =70 % 乙地: φ= V/ S=0.51=51 % 乙地的绝对湿度大于甲地,但甲地的相对湿度大于乙地,故 乙地的空气吸湿能力强。 露点:将不饱和空气冷却时,随着温度逐渐下降,相对湿度 逐渐增大,当达到100%时,此时的温度称为露点。 上例 甲地、乙地的露点分别为多少? 3、含湿量 含有1kg干空气的湿空气中所含水蒸汽的质量(kg)称为 空气的含湿量。d= V/ d, V= φPs/461T d=(P-φPs)/287T d=0.622 φPs/(P- φPs) 四、焓 焓是一个复合的状态参数,它是内能u和压力功PV之和,焓也称热焓 。i=id+d•iV=1.0045t+d(2501+1.85t) 实际应用焓-湿图(I-d) 五、粘性 流体抵抗剪切力的性质。当流体层间发生相对运动时,在流体内部两个 流体层的接触面上,便产生粘性阻力(内摩擦力)以阻止相对运动,流 体具有的这一性质,称作流体的粘性。其大小主要取决于温度。 根据牛顿内摩擦定律有: 式中:μ--比例系数,代表空气粘性,称为动力粘性或绝对粘度。 其国际单位:帕.秒,写作:Pa.S。 运动粘度为: 温度是影响流体粘性主要因素,气体,随温度升高而增大,液体而降低 V y 六、密度 单位体积空气所具有的质量称为空气的密度, 与P、t、湿度等有 关。湿空气密度为干空气密度和水蒸汽密度之和,即: 根据气体状态方程,可推出空气密度计算公式: kg/m3 式中:P为大气压,Psat为饱和水蒸汽压,单位:Pa; φ为相对湿度;T为空气绝对温度,T= t + 273 , K。 kg/m3 式中:P为大气压,Psat为饱和水蒸汽压,单位:mmHg。 注意:P和Psat 单位一致。 空气比容:=V/M=1/  第二节 矿井空气压力及测量 能量与压力是通风工程中两个重要的基本概念,压力可以理解为:单 位体积空气所具有的能够对外作功的机械能。 一、风流的能量与压力 1.静压能-静压 (1)静压能与静压的概念 空气的分子无时无刻不在作无秩序的热运动。这种由分子热运动产生 的分子动能的一部分转化的能够对外作功的机械能叫静压能,J/m3, 在矿井通风中,压力的概念与物理学中的压强相同,即单位面积上受 到的垂直作用力。静压Pa=N/m2也可称为是静压能,值相等 (2)静压特点 a.无论静止的空气还是流动的空气都具有静压力; b.风流中任一点的静压各向同值,且垂直于作用面; c.风流静压的大小(可以用仪表测量)反映了单位体积风流所具有的 能够对外作功的静压能的多少。如说风流的压力为101332Pa,则指风 流1m3具有101332J的静压能。 (3)压力的两种测算基准(表示方法) 根据压力的测算基准不同,压力可分为:绝对压力和相对压力。 A、绝对压力:以真空为测算零点(比较基准)而测得的压力称之为 绝对压力,用 P 表示。 B、相对压力: 以当时当地同标高的大气压力为测算基准(零点)测 得的压力称之为相对压力,即通常所说的表压力,用 h 表示。 风流的绝对压力(P)、相对压力(h)和与其对应的大气压(P0) 三者之间的关系如下式所示:h = P - P0 a b Pa 真空 P0 Pb ha(+) hb(-) P0 Pi 与 hi 比较: I、绝对静压总是为正,而相对静压有正负之分; II、同一断面上各点风流的绝对静压随高度的变化而变化,而相对静压与 高度无关。 III、 Pi 可能大于、等于或小于与该点同标高的大气压(P0i)。 2、重力位能 (1)重力位能的概念 物体在地球重力场中因地球引力的作用,由于位置的不同而具有的一种 能量叫重力位能,简称位能,用 EPO 表示。 如果把质量为M(kg)的物体从某一基准面提高Z(m),就要对物体克服 重力作功M.g.Z(J),物体因而获得同样数量(M.g.Z)的重力位能。即 : EPO=M.g.Z 重力位能是一种潜在的能量,它只有通过计算得 其大小,而且是一个相对值 。实际工作中一般计算位能差。 (2)位能计算 重力位能的计算应有一个参照基准面。 Ep012=∫ i gdzi 如下图 1-2两断面之间的位能差: dzi 1 2 00 2 1 (3)位能与静压的关系 当空气静止时(v=0),由空气静力学可知:各断面的机械能相等。 设以2-2断面为基准面: 1-1断面的总机械能 E1=EPO1+P1 2-2断面的总机械能 E2=EPO2+P2 由E1=E2得: EPO1+P1=EPO2+P2 由于EPO2=0(2-2断面为基准面),EPO1=12.g.Z12, 所以:P2=EPO1+P1=12.g.Z12+P1 说明:I、位能与静压能之间可以互相转化。 II、在矿井通风中把某点的静压和位能之和称之为势能。 (4)位能的特点 a.位能是相对某一基准面而具有的能量,它随所选基准面的变化而变 化。但位能差为定值。 b.位能是一种潜在的能量,它在本处对外无力的效应,即不呈现压力 ,故不能象静压那样用仪表进行直接测量。 c.位能和静压可以相互转化,在进行能量转化时遵循能量守恒定律。 dzi 1 2 00 2 1 3.动能-动压 (1)动能与动压的概念 当空气流动时,除了位能和静压能外,还有空气定向运动的动能,用 Ev表示,J/m3;其动能所转化显现的压力叫动压或称速压,用符号hv 表示,单位Pa。 (2)动压的计算 单位体积空气所具有的动能为:Evi = i×V2×0.5 式中: i --I点的空气密度,Kg/m3; v--I点的空气流速,m/s。 Evi对外所呈现的动压hvi,其值相同。 (3)动压的特点 a.只有作定向流动的空气才具有动压,因此动压具有方向性。 b.动压总是大于零。垂直流动方向的作用面所承受的动压最大(即流 动方向上的动压真值);当作用面与流动方向有夹角时,其感受到的 动压值将小于动压真值。 c.在同一流动断面上,由于风速分布的不均匀性,各点的风速不相等 ,所以其动压值不等。d.某断面动压即为该断面平均风速计算值。 (4)全压 风道中任一点风流,在其流动方向上同时存在静压和动压,两者之 和称之为该点风流的全压,即:全压=静压+动压。 由于静压有绝对和相对之分,故全压也有绝对和相对之分。 A、绝对全压(Pti) Pti= Pi+hvi B、相对全压(hti) hti= hi+hvi= Pti- Poi 说明:A、相对全压有正负之分; B、无论正压通还是负压通风,PtiPi hti> hi。 二、风流的点压力之间相互关系 风流的点压力是指测点的单位体积(1m3)空气所具有的压力。通风管道 中流动的风流的点压力可分为:静压、动压和全压。 风流中任一点i的动压、绝对静压和绝对全压的关系为:hvi=Pti-Pi hvi、hI和hti三者之间的关系为:hti = hi + hvi 。 风流点压力间的关系 a b Pa 真空 P0 Pb ha(+) hb(-) P0 Pat hv hat(+) hv hbt(-) Pbt 抽出式通风压入式通风 压入式通风抽出式通风 例题2-2-1 如图压入式通风风筒中某点i的hi=1000Pa,hvi=150Pa,风 筒外与i点同标高的P0i=101332Pa,求: (1) i点的绝对静压Pi; (2) i点的相对全压hti; (3) i点的绝对静压Pti。 解:(1) Pi=P0i+hi=101332+1000=102332Pa (2) hti=hi+hvi=1000+150=1150Pa (3 Pti=P0i+hti=Pi+hvi=101332.32+1150=Pa 例题2-2-2 如图抽出式通风风筒中某点i的hi=1000Pa,hvi=150Pa,风 筒外与i点同标高的P0i=101332Pa,求: (1) i点的绝对静压Pi; (2) i点的相对全压hti; (3) i点的绝对静压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=100482Pa 三、风流点压力的测定 1、矿井主要压力测定仪器仪表 (1)绝对压力测量:空盒气压计、精密气压计、水银气压计等。 (2)压差及相对压力测量:恒温气压计、“U”水柱计、补偿式微 压计、倾斜单管压差计。 (3)感压仪器:皮托管,承受和传递压力,+ - 测压 2、压力测定 (1)绝对压力--直接测量读数。 (2)相对静压(以如图正压通风为例) (注意连接方法): +- 0’0’ h P0 i z P0 i 推导如图 h = hi ? 以水柱计的等压面0 ’ -0’ 为基准面, 设: i点至基准面的高度为 Z ,胶皮管内的空气平均密度为ρm, 胶皮管外的空气平均密度为ρm’;与i点同标高的大气压P0i。 则水柱计等压面 0 ’ -0’两侧的受力分别为: 水柱计左边等压面上受到的力: P左= P0+ ρ水gh =P0i + ρm’g(z-h)+ ρ水gh 水柱计右边等压面上受到的力: P右= Pi+ρmgz 由等压面的定义有: P左= P右 ,即: P0i+ρm’g(z-h)+ ρ水gh= P0i+ρmgz 若 ρm= ρm’ 有: ∵ ρ水 >> ρm (Pa) (mmH20) 对于负压通风的情况请自行推导(注意连接方法): z P0 i +- h 0 0 说明:(I)水柱计上下移动时,hi 保持不变; (II)在风筒同一断面上、下移动皮托管,水柱计读数不变,说明 同一断面上 hi 相同。 (3)相对全压、动压测量 测定连接如图(说明连接方法及水柱高度变化) z P0 i ht +- hihv •如图2-1所示,空盒气压计由一个波纹状金属真空盒和一套杠杆机构组 成。大气压变化时盒面变形值经杠杆机构放大,带动盒面指针转动指出 大气压值。 •空盒气压计使用前应用水银气压计校正,校正时用小螺丝刀微微拧转盒 背面(或侧面)的调节螺丝,使指针所示气压值与水银气压计一致。 •测定时,将其水平放置,用手指轻轻敲击盒面数次,消除指针的蠕动现 象,等待数分钟后再读值,读值应根据仪器所附检定证进行刻度和温度 的补充校正。例如,某空盒气压计读值为770mmHg,查取它的刻度校 正值为-0.1 mmHg,温度校正为-0.03(mmHg /℃×15℃)=-0.45 mmHg, 补充校正为+0.6 mmHg,则实际大气压为770-0.1-0.45+0.6=770.05 mmHg 。 精密数字气压计 U型压差计 •U型压差计如图4-3,有一根弯成U型的玻璃管1(其中装如蒸馏水或酒 精),刻度尺2和支撑板组成,测定时,用胶皮管将风流压力接引(传 递)到玻璃管内,垂直U型管的两液面差乘以工作液(U形管内所装液 体)的比重,即为测定的压差h(mmH2O),如为倾斜U形压差计,它 的压差为: H=Lδsinα mmH2O •式中:L——U形管内的液面高差(mm); •α——U形管的倾角(°); •δ——工作液比重。 – 单管压差计 • 单管压差计工作原理如图4-4所示。它是由一个具有大断面的容器A(面积为 F1)与一个小断面的倾斜管B(面积为F2)互相连通,并在其中装有适量酒精 的仪器。若在P1与P2压差作用下,具有倾斜度α的管子B内的液体在垂直方向升 高了一个高度Z1,而A容器内的液面下降了Z2,这时仪器内液面的高差为: Z=Z1+Z2 •由于A容器液体下降的体积与B管液体上升的体积相等,即: • Z2F1=LF2 •则 Z2=LF2/F1 •并且 Z1=Lsinα •把Z1与Z2代入上式,得: • Z=Z1+Z2=L(sinα+F2/F1) •故用此压差计测得P1与P2之压差h为: • h=Zδ=Lδ(sinα+F2/F1) •式中: δ——酒精的比重; •令: K=δ(sinα+F2/F1) •则: h=KL mmH2O •式中: K——仪器的校正系数; • L——倾斜管上的读数,mm。 •补偿式微压计组成如图2-4-11所示,测定连接如图2-4-12所示。补偿式 微压计主要由盛水容器A、容器B、连接胶管、刻度盘、刻度尺、螺杆、 反光镜等组成。盛水容器A和B通过胶管连接形成连通器,容器B不动,B 中装有水准头。当刻度盘带动螺杆转动时,容器A可随着上下移动。 •补偿式微压计的工作原理是:较大压力的胶管接到“+”接头与B相通, 小压力接到“-”接头与A相通,B中水面下降,水准头露出,同时A内液 面上升。旋转螺杆以提升容器A,同时B中水面随着上升,直到B中水面 回到水准头原来所在的水平面为止。此时刻度尺和刻度盘上的读数总和 即为所测的压力(mmH2O)。其原理的实质,是通过提高容器A的位置, 用水柱高度来平衡(补偿)压力差造成的B中水面的下降,使B中水面恢 复到原来的零位位置,这时A所提高的高度就是两容器压力差所造成的 水柱高度。 井巷风速测量 • 机械叶轮式风速计又叫风表,按其结构有叶轮式和杯式两种 ,如图14—1—1。两者内部结构相似。叶轮式风表,主要由 叶轮、传动蜗轮、蜗杆、计数器、指针及回零杆、离合闸板 、护壳底座等构成。离合闸板能使计数器与叶轮轴联接和分 开,用来开关计数器。回零杆的作用是能够使风表指针回零 。风表的叶轮由铝合金叶片组成,叶片与旋转铀的垂直平面 成一定角度。当风流吹动风轮时,通过传动机构将运动传给 计数器,指示出叶轮的转速,称为表速儿。再按风表校正曲 线查得真实风速认,即为测风断面上的风速。如图14—l—2 为莱叶轮式风表的校 井巷风速测量 井巷风速测量 二、超声波旋涡风速传感器 传感器是应用卡曼涡街理论来实现风速检测的 。所谓卡曼涡街理论,就是在无限流场中,垂直流 体流向插入一根无限长的非流线型阻挡体(旋涡发生 体),在雷诺数为200一50 ooo范围内,阻挡体的下游 将产生内旋的、互相交替的旋涡列. 井巷风速测量 • 三、数字风表 • 叶轮式数字风表感受元件仍是叶轮,只是在叶轮上安装 —·些附件,根据光电、电感和干黄管等原理把物理量转变为 电量,利用电子线路实现自动记录和检测数字化。如xsF—1 型数字风表,叶轮在风流作用下,连续不断转动,带动同轴 上的光轮做同步转动。当光轮上的孔正对红外光电管时,发 射管发出的脉冲信号被接收管接收,光轮每转动一次,接收 管接收到两个脉冲。由于风轮的转动与风速成线性关系,接 收管接收到脉冲与风速成线性关系。脉冲信号经整形、分频 和一分钟记数后,LED数码管显示一分钟的平均风速值。 井巷通风阻力及测量 当空气沿井巷运动时,由于风流的粘滞性和惯性以及井巷壁面等对风流 的阻滞、扰动作用而形成通风阻力,它是造成风流能量损失的原因。井 巷通风阻力可分为两类:摩擦阻力(也称为沿程阻力)和局部阻力。 一、摩擦阻力 风流在井巷中作沿程流动时,由于流体层间的摩擦和流体与井巷壁面之 间的摩擦所形成的阻力称为摩擦阻力(也叫沿程阻力)。 由流体力学可知,无论层流还是紊流,以风流压能损失来反映的摩擦阻 力可用下式来计算 λ-无因次系数,即摩擦阻力系数,通过实验求得。 d—圆形风管直径,非圆形管用当量直径; 1.尼古拉兹实验 实际流体在流动过程中,沿程能量损失一方面(内因)取决于粘滞力 和惯性力的比值,用雷诺数Re来衡量;另一方面(外因)是固体壁面 对流体流动的阻碍作用,故沿程能量损失又与管道长度、断面形状及 大小、壁面粗糙度有关。其中壁面粗糙度的影响通过λ值来反映。 1932~1933年间,尼古拉兹把经过筛分、粒径为ε的砂粒均匀粘贴于 管壁。砂粒的直径ε就是管壁凸起的高度,称为绝对糙度;绝对糙度 ε与管道半径r的比值ε/r 称为相对糙度。以水作为流动介质、对 相对糙度分别为1/15、1/30.6、1/60、1/126、1/256、1/507六种不 同的管道进行试验研究。对实验数据进行分析整理,在对数坐标纸上 画出λ与Re的关系曲线,如图3-2-1所示。 结论分析: Ⅰ区——层流区。当Re<2320(即lgRe<3.36)时,不论管道粗糙度如 何,其实验结果都集中分布于直线Ⅰ上。这表明λ与相对糙度ε/r无 关,只与Re有关,且λ=64/Re。与相对粗糙度无关 Ⅱ区——过渡流区。2320≤Re≤4000(即3.36≤lgRe≤3.6),在此区 间内,不同相对糙度的管内流体的流态由层流转变为紊流。所有 的实验点几乎都集中在线段Ⅱ上。λ随Re增大而增大,与相对糙 度无明显关系。 Ⅲ区——水力光滑管区。在此区段内,管内流动虽然都已处于紊流 状态(Re>4000),但在一定的雷诺数下,当层流边层的厚度δ大 于管道的绝对糙度ε(称为水力光滑管)时,其实验点均集中在 直线Ⅲ上,表明λ与ε仍然无关,而只与Re有关。随着Re的增大 ,相对糙度大的管道,实验点在较低Re时就偏离直线Ⅲ,而相对 糙度小的管道要在Re较大时才偏离直线Ⅲ。 Ⅳ区——紊流过渡区,即图中Ⅳ所示区段。在这个区段内,各种不 同相对糙度的实验点各自分散呈一波状曲线,λ值既与Re有关, 也与ε/r有关。 δ ε Ⅴ区——水力粗糙管区。在该区段,Re值较大,管内液流的层流边层 已变得极薄,有εδ,砂粒凸起高度几乎全暴露在紊流核心中 ,故Re对λ值的影响极小,略去不计,相对糙度成为λ的唯一影 响因素。故在该区段,λ与Re无关,而只与相对糙度有关。摩擦 阻力与流速平方成正比,故称为阻力平方区,尼古拉兹公式: 2.层流摩擦阻力 当流体在圆形管道中作层流流动时,从理论上可以导出摩擦阻力计算式 : ∵ μ=ρ·ν ∴ 可得圆管层流时的沿程阻力系数: 古拉兹实验所得到的层流时λ与Re的关系,与理论分析得到的关系完 全相同,理论与实验的正确性得到相互的验证。 层流摩擦阻力和平均流速的一次方成正比。 3、紊流摩擦阻力 对于紊流运动,λ=f (Re,ε/r),关系比较复杂。用当量直径de=4S/U 代替d,代入阻力通式,则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式: 二、摩擦阻力系数与摩擦风阻 1.摩擦阻力系数α 矿井中大多数通风井巷风流的Re值已进入阻力平方区,λ值只与相 对糙度有关,对于几何尺寸和支护已定型的井巷,相对糙度一定,则 λ可视为定值;在标准状态下空气密度ρ=1.2kg/m3。 对上式, 令: α称为摩擦阻力系数,单位为 kg/m3 或 N.s2/m4。 则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式写为: 标准摩擦阻力系数: 通过大量实验和实测所得的、在标准状态(ρ0=1.2kg/m3)条件下的 井巷的摩擦阻力系数,即所谓标准值α0值,当井巷中空气密度 ρ≠1.2kg/m3时,其α值应按下式修正: 2.摩擦风阻Rf 对于已给定的井巷,L、U、S都为已知数,故可把上式中的α、L、 U、S 归结为一个参数Rf:: Rf 称为巷道的摩擦风阻,其单位为:kg/m7 或 N.s2/m8。 工程单位:kgf .s2/m8 ,或写成:kμ。1 N.s2/m8= 9.8 kμ Rf=f ( ρ,ε,S,U,L) 。在正常条件下当某一段井巷中的空气密 度ρ一般变化不大时,可将R f 看作是反映井巷几何特征的参数。 则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式写为: 此式就是完全紊流(进入阻力平方区)下的摩擦阻力定律。 三、井巷摩擦阻力计算方法 新建矿井:查表得α0 α Rf hf 生产矿井:hf Rf α α0 四、生产矿井一段巷道阻力测定 1、压差计法 用压差计法测定通风阻力的实质是测量风流两点间的 势能差和动压差,计算出两测点间的通阻力。 其中:右侧的第二项为动压差,通过测定1、2两断面的风速、大气 压、干湿球温度,即可计算出它们的值。第一项和第三项之和称为 势能差,需通过实际测定。 1)布置方式及连接方法 + - + - z1 z2 1 2 2 1 2)阻力计算 压差计“+”感受的压力: 压差计“-”感受的压力: 故压差计所示测值: 设 且与1、2断面间巷道中空气平均 密度相等,则: 式中:Z12为1、2断面高差,h 值即为1、2两断面压能与位能和的差 值。根据能量方程,则1、2巷道段的通风阻力hR12为: 把压差计放在1、2断面之间,测值是否变化? 2、气压计法 由能量方程:hR12=(P1-P2)+(1v12/2- 2v22/2)+ m12gZ12 用精密气压计分别测得1,2断面的静压P1,P2 用干湿球温度计测得t1,t2,t1’,t2’,和1,2,进而计算1, 2 用风表测定1,2断面的风速v1,v2。 m12为1,2断面的平均密度,若高差不大,就用算术平均值 ,若高差大,则有加权平均值; Z12——1,2断面高差,从采掘工程平面图查得。 可用逐点测定法,一台仪器在井底车场监视大气压变化,然 后对上式进行修正。 hR12=(P1-P2)+P12(+(1v12/2- 2v22/2)+ m12gZ12 例题3-3某设计巷道为梯形断面,S=8m2,L=1000m,采用工字钢棚支护,支 架截面高度d0=14cm,纵口径Δ=5,计划通过风量Q=1200m3/min,预计巷 道中空气密度ρ=1.25kg/m3,求该段巷道的通风阻力。 解 根据所给的d0、Δ、S值,由附录4附表4-4查得: α0 =284.2×10-4×0.88=0.025Ns2/m4 则:巷道实际摩擦阻力系数 Ns2/m4 巷道摩擦风阻 巷道摩擦阻力 第三节 局部风阻与阻力 由于井巷断面、方向变化以及分岔或汇合等原因,使均匀流动在局部地 区受到影响而破坏,从而引起风流速度场分布变化和产生涡流等,造成风 流的能量损失,这种阻力称为局部阻力。 由于局部阻力所产生风流速度 场分布的变化比较复杂性,对局部阻力的计算一般采用经验公式。 一、局部阻力及其计算 和摩擦阻力类似,局部阻力hl一般也用动压的倍数来表示: 式中:ξ——局部阻力系数,无因次。层流ξ 计算局部阻力,关键是局部阻力系数确定,因v=Q/S,当ξ确定后,便可用 几种常见的局部阻力产生的类型: 1、突变 紊流通过突变部分时,由于惯性作用,出现主流与边壁脱离的现 象,在主流与边壁之间形成涡漩区,从而增加能量损失。 2、渐变 主要是由于沿流动方向出现减速增压现象,在边壁附近产生涡漩 。因为 V hv p ,压差的作用方 向与流动方向相反,使边壁附近,流速本来就小,趋于0, 在这 些地方主流与边壁面脱离,出现与主流相反的流动,面涡漩。 3、转弯处 流体质点在转弯处受到离心力作用,在外侧出现减速增 压,出现涡漩。 4、分岔与会合 上述的综合。 ∴ 局部阻力的产生主要是与涡漩区有关,涡漩区愈大 ,能量损失愈多,局部阻力愈大。
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本文标题:第二节 矿井空气流动基本理论(安全工程)
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