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第三章矿井通风阻力第三章矿井通风阻力本讲稿第一页，共五十六页2温故而知新温故而知新3 矿井通风阻力矿井通风阻力3.1风流的流动状态风流的流动状态3.2摩擦阻力摩擦阻力3.3局部阻力局部阻力3.4通风阻力定律和特通风阻力定律和特性性3.5通风阻力测量通风阻力测量3.6流体的相似理论与流体的相似理论与应用应用上一章我们已经解决的问题：上一章我们已经解决的问题：1.描述空气流动用到哪些参数？描述空气流动用到哪些参数？2.空气流动的内在原因是什么？空气流动的内在原因是什么？3.如何描述空气流动的基本规律？如何描述空气流动的基本规律？4.这些基本规律如何指导矿井通风？这些基本规律如何指导矿井通风？本章需要解决的问题：本章需要解决的问题：1.空气在井巷中流动的阻力是如何产生的？空气在井巷中流动的阻力是如何产生的？2.如何评价矿井通风系统的通风状况？如何评价矿井通风系统的通风状况？3.如何改善矿井通风系统的通风状况？如何改善矿井通风系统的通风状况？本讲稿第二页，共五十六页3本章主要内容本章主要内容1、井巷断面上风速分布、井巷断面上风速分布-风流流态风流流态-井巷断面井巷断面风速分布风速分布2、摩擦风阻与阻力、摩擦风阻与阻力-摩擦阻力摩擦阻力-摩擦阻力系数摩擦阻力系数-摩擦风阻摩擦风阻-阻力计算阻力计算-阻力测定阻力测定3、局部风阻与阻力、局部风阻与阻力-局部阻力及计算局部阻力及计算-阻力系数阻力系数-局局部风阻部风阻4、矿井总风阻与矿井等积孔、矿井总风阻与矿井等积孔-阻力特性阻力特性-矿井总风阻矿井总风阻-矿井等积孔矿井等积孔5、降低矿井通风阻力措施、降低矿井通风阻力措施6、通风阻力的测量、通风阻力的测量7、流体相似理论与应用、流体相似理论与应用3 矿井通风阻力矿井通风阻力3.1风流的流动状态风流的流动状态3.2摩擦阻力摩擦阻力3.3局部阻力局部阻力3.4通风阻力定律和通风阻力定律和特性特性3.5通风阻力测量通风阻力测量3.6流体的相似理论与流体的相似理论与应用应用本讲稿第三页，共五十六页43.1风流的流动状态风流的流动状态井巷通风阻力可分为两类：摩擦阻力井巷通风阻力可分为两类：摩擦阻力(也称为沿程也称为沿程阻力阻力)和局部阻力。和局部阻力。一、风流流态一、风流流态1 1、管道流、管道流当当流流速速较较低低时时，流流体体质质点点互互不不混混杂杂，沿沿着着与与管管轴轴平平行的方向作层状运动，称为行的方向作层状运动，称为层流层流(或滞流或滞流)。当当流流速速较较大大时时，流流体体质质点点的的运运动动速速度度在在大大小小和和方方向向上上都都随随时时发发生生变变化化，成成为为互互相相混混杂杂的的紊紊乱乱流流动动，称称为为紊流紊流(或湍流或湍流)。3 矿井通风阻力矿井通风阻力3.1风流的流动状风流的流动状态态3.2摩擦阻力摩擦阻力3.3局部阻力局部阻力3.4通风阻力定律和通风阻力定律和特性特性3.5通风阻力测量通风阻力测量3.6流体的相似理论流体的相似理论与应用与应用本讲稿第四页，共五十六页5（）雷诺数（）雷诺数Re Re 式式中中：平平均均流流速速v v、管管道道直直径径d d和和流流体体的的运运动动粘粘性性系系数数 。在在实实际际工工程程计计算算中中，为为简简便便起起见见，通通常常以以Re=2000Re=2000作为管道流动流态的判定准数，即：作为管道流动流态的判定准数，即：Re2000 Re2000 层流层流 ，2000Re100000 2000Re100000Re100000完全紊流。完全紊流。3 矿井通风阻力矿井通风阻力3.1风流的流动状态风流的流动状态3.2摩擦阻力摩擦阻力3.3局部阻力局部阻力3.4通风阻力定律和通风阻力定律和特性特性3.5通风阻力测量通风阻力测量3.6流体的相似理论与流体的相似理论与应用应用3.1风流的流动状态风流的流动状态本讲稿第五页，共五十六页6雷诺实验雷诺实验u 实验装置实验装置u实验方法u通过调节阀门调节管内流速，观察和测定不同流速下管内流体流动形态及速度流量和阻力损失u换用不同管径的管道重复上述实验u换用不同流体介质重复上述实验水箱红墨水测压管阀门测试观察管段针型管本讲稿第六页，共五十六页7（）当量直径（）当量直径 对于非圆形断面的井巷，对于非圆形断面的井巷，ReRe数中的管道直径数中的管道直径d d应以井巷断面应以井巷断面的当量直径的当量直径dede来表示：来表示：因此，非圆形断面井巷的雷诺数可用下式表示：因此，非圆形断面井巷的雷诺数可用下式表示：对于不同形状的井巷断面，其周长对于不同形状的井巷断面，其周长U U与断面积与断面积S S的关系，可的关系，可用下式表示：用下式表示：式式中中：C C断断面面形形状状系系数数：梯梯形形C C=4.16=4.16；三三心心拱拱C C=3.85=3.85；半半圆圆拱拱C C=3.90=3.903 矿井通风阻力矿井通风阻力3.1风流的流动状风流的流动状态态3.2摩擦阻力摩擦阻力3.3局部阻力局部阻力3.4通风阻力定律和特通风阻力定律和特性性3.5通风阻力测量通风阻力测量3.6流体的相似理论与流体的相似理论与应用应用3.1风流的流动状态风流的流动状态本讲稿第七页，共五十六页82 2、孔隙介质流、孔隙介质流 在采空区和煤层等多孔介质中风流的流态判别准数为：在采空区和煤层等多孔介质中风流的流态判别准数为：式中：式中：K K冒落带渗流系数，冒落带渗流系数，m m2 2；l l滤流带粗糙度系数，滤流带粗糙度系数，m m。层流，层流，R Re e0.250.25；紊流，紊流，R Re e2.52.5；过渡流过渡流 0.25 0.25R Re e2.5k，砂粒凸起高度几乎全暴露在紊流核心中，砂粒凸起高度几乎全暴露在紊流核心中，故故ReRe对对值的影响极小值的影响极小，略去不计，相对糙度成为，略去不计，相对糙度成为的唯一影响的唯一影响因素。故在该区段，因素。故在该区段，与与ReRe无关，而只与相对糙度有关。摩擦阻力无关，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，尼古拉兹公式与流速平方成正比，故称为阻力平方区，尼古拉兹公式：3 矿井通风阻力矿井通风阻力3.1风流的流动状态风流的流动状态3.2摩擦阻力摩擦阻力3.3局部阻力局部阻力3.4通风阻力定律和特通风阻力定律和特性性3.5通风阻力测量通风阻力测量3.6流体的相似理论流体的相似理论与应用与应用本讲稿第十七页，共五十六页182 2层流摩擦阻力层流摩擦阻力当当流流体体在在圆圆形形管管道道中中作作层层流流流流动动时时，从从理理论论上上可可以以导导出出摩摩擦擦阻阻力力计计算式：算式：=可得圆管层流时的沿程阻力系数：可得圆管层流时的沿程阻力系数：古古拉拉兹兹实实验验所所得得到到的的层层流流时时与与ReRe的的关关系系，与与理理论论分分析析得得到到的关系完全相同，理论与实验的正确性得到相互的验证。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。层流摩擦阻力和平均流速的一次方成正比。3 矿井通风阻力矿井通风阻力3.1风流的流动状态风流的流动状态3.2摩擦阻力摩擦阻力3.3局部阻力局部阻力3.4通风阻力定律和通风阻力定律和特性特性3.5通风阻力测量通风阻力测量3.6流体的相似理论与流体的相似理论与应用应用3.2 摩擦阻力摩擦阻力本讲稿第十八页，共五十六页193 3、紊流摩擦阻力、紊流摩擦阻力 对对于于紊紊流流运运动动，=f=f(Re(Re，k/r)k/r)，关关系系比比较较复复杂杂。用用当当量量直直径径dede=4=4S S/U U代代替替d d，代代入入阻阻力力通通式式，则则得得到到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式：紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式：3 矿井通风阻力矿井通风阻力3.1风流的流动状风流的流动状态态3.2摩擦阻力摩擦阻力3.3局部阻力局部阻力3.4通风阻力定律和通风阻力定律和特性特性3.5通风阻力测量通风阻力测量3.6流体的相似理论流体的相似理论与应用与应用3.2 摩擦阻力摩擦阻力本讲稿第十九页，共五十六页20二、摩擦阻力系数与摩擦风阻二、摩擦阻力系数与摩擦风阻1 1摩擦阻力系数摩擦阻力系数矿井中大多数通风井巷风流的矿井中大多数通风井巷风流的ReRe值已进入阻力平方区，值已进入阻力平方区，值只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，则一定，则可视为定值；在可视为定值；在标准状态下空气密度标准状态下空气密度=1.2kg/m=1.2kg/m3 3。对上式，对上式，令：令：称为摩擦阻力系数称为摩擦阻力系数，单位为，单位为 kg/mkg/m3 3 或或 N.s N.s2 2/m/m4 4。则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式写为：则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式写为：3 矿井通风阻力矿井通风阻力3.1风流的流动状态风流的流动状态3.2摩擦阻力摩擦阻力3.3局部阻力局部阻力3.4通风阻力定律和通风阻力定律和特性特性3.5通风阻力测量通风阻力测量3.6流体的相似理流体的相似理论与应用论与应用3.2 摩擦阻力摩擦阻力本讲稿第二十页，共五十六页21标准摩擦阻力系数：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（通过大量实验和实测所得的、在标准状态（0 0=1.2kg/m=1.2kg/m3 3）条件下的井巷的摩擦阻力系数，条件下的井巷的摩擦阻力系数，即所谓标准值即所谓标准值0 0值值，当井巷中空，当井巷中空气密度气密度1.2kg/m1.2kg/m3 3时，其时，其值应按下式修正：值应按下式修正：3 矿井通风阻力矿井通风阻力3.1风流的流动状态风流的流动状态3.2摩擦阻力摩擦阻力3.3局部阻力局部阻力3.4通风阻力定律和通风阻力定律和特性特性3.5通风阻力测量通风阻力测量3.6流体的相似理流体的相似理论与应用论与应用3.2 摩擦阻力摩擦阻力本讲稿第二十一页，共五十六页222 2摩擦风阻摩擦风阻R Rf f对对于于已已给给定定的的井井巷巷，L L、U U、S S都都为为已已知知数数，故故可可把把上上式式中中的的、L L、U U、S S 归结为一个参数归结为一个参数R Rf f：R Rf f 称为巷道的摩擦风阻，其单位为：称为巷道的摩擦风阻，其单位为：kg/mkg/m7 7 或或 N.s N.s2 2/m/m8 8。在在正正常常条条件件下下当当某某一一段段井井巷巷中中的的空空气气密密度度一一般般变变化化不不大大时时，可可将将R R f f 看看作作是反映井巷几何特征的参数。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：则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式写为：此式就是完全紊流此式就是完全紊流(进入阻力平方区进入阻力平方区)下的摩擦阻力定律。下的摩擦阻力定律。3.2 摩擦阻力摩擦阻力3 矿井通风阻力矿井通风阻力3.1风流的流动状态风流的流动状态3.2摩擦阻力摩擦阻力3.3局部阻力局部阻力3.4通风阻力定律和特通风阻力定律和特性性3.5通风阻力测量通风阻力测量3.6流体的相似理论流体的相似理论与应用与应用本讲稿第二十二页，共五十六页23三、井巷摩擦阻力计算方法三、井巷摩擦阻力计算方法新建矿井：查表得新建矿井：查表得0 0 R Rf f h hf f 生产矿井：生产矿井：h hf f R Rf f 0 0 3.2 摩擦阻力摩擦阻力3 矿井通风阻力矿井通风阻力3.1风流的流动状态风流的流动状态3.2摩擦阻力摩擦阻力3.3局部阻力局部阻力3.4通风阻力定律和通风阻力定律和特性特性3.5通风阻力测量通风阻力测量3.6流体的相似理论与流体的相似理论与应用应用本讲稿第二十三页，共五十六页24例例题题：某某设设计计巷巷道道为为梯梯形形断断面面，S S=8m=8m2 2，L L=1000m=1000m，采采用用工工字字钢钢棚棚支支护护，支支架架截截面面高高度度d d0 0=14cm=14cm，纵纵口口径径=5=5，计计划划通通过过风风量量Q=1200mQ=1200m3 3/min/min，预预计计巷巷道道中中空空气气密密度度=1.25kg/m=1.25kg/m3 3，求求该该段段巷巷道道的的通通风阻力。风阻力。解解 根据所给的根据所给的d d0 0、S S值，由值，由P52P52表表3-43-4查得查得:0 0=284.210=284.2104 40.88=0.025Ns0.88=0.025Ns2 2/m/m4 4则：巷道实际摩擦阻力系数则：巷道实际摩擦阻力系数巷道摩擦风阻巷道摩擦风阻巷道摩擦阻力巷道摩擦阻力3.2 摩擦阻力摩擦阻力3 矿井通风阻力矿井通风阻力3.1风流的流动状态风流的流动状态3.2摩擦阻力摩擦阻力3.3局部阻力局部阻力3.4通风阻力定律和特通风阻力定律和特性性3.5通风阻力测量通风阻力测量3.6流体的相似理论流体的相似理论与应用与应用本讲稿第二十四页，共五十六页25降低矿井通风阻力，对保证矿井安全生产和提高经济效益具有降低矿井通风阻力，对保证矿井安全生产和提高经济效益具有重要意义重要意义降低井巷摩擦阻力措施降低井巷摩擦阻力措施1 1减小摩擦阻力系数减小摩擦阻力系数。2 2保保证证有有足足够够大大的的井井巷巷断断面面。在在其其它它参参数数不不变变时时，井井巷巷断断面面扩扩大大33%33%，R Rf f值可减少值可减少50%50%。3 3选选用用周周长长较较小小的的井井巷巷。在在井井巷巷断断面面相相同同的的条条件件下下，圆圆形形断面的周长最小，拱形断面次之，矩形、梯形断面的周长较大。断面的周长最小，拱形断面次之，矩形、梯形断面的周长较大。4 4减少巷道长度。减少巷道长度。5 5避免巷道内风量过于集中。避免巷道内风量过于集中。3 矿井通风阻力矿井通风阻力3.1风流的流动状态风流的流动状态3.2摩擦阻力摩擦阻力3.3局部阻力局部阻力3.4通风阻力定律和通风阻力定律和特性特性3.5通风阻力测量通风阻力测量3.6流体的相似理论流体的相似理论与应用与应用3.2 摩擦阻力摩擦阻力本讲稿第二十五页，共五十六页26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，这种阻力称为等，造成风流的能量损失，这种阻力称为局部阻力局部阻力。一、局部阻力及其计算一、局部阻力及其计算和摩擦阻力类似，局部阻力和摩擦阻力类似，局部阻力h hl l一般也用动压的倍数来表示：一般也用动压的倍数来表示：式中：式中：局部阻力系数，无因次。局部阻力系数，无因次。计算局部阻力计算局部阻力，关键是局部阻力系数确定，因，关键是局部阻力系数确定，因v=Q/S,v=Q/S,当当确确定后，便可用定后，便可用 3.3 局部阻力局部阻力3 矿井通风阻力矿井通风阻力3.1风流的流动状态风流的流动状态3.2摩擦阻力摩擦阻力3.3局部阻力局部阻力3.4通风阻力定律和特通风阻力定律和特性性3.5通风阻力测量通风阻力测量3.6流体的相似理论与流体的相似理论与应用应用本讲稿第二十六页，共五十六页27几种常见的局部阻力产生的类型：几种常见的局部阻力产生的类型：、突变、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。现象，在主流与边壁之间形成涡漩区，从而增加能量损失。、渐变、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。因为漩。因为V hV hv v p p ，压差的作用方向与流动方向，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，趋于相反，使边壁附近，流速本来就小，趋于0,0,在这些地方主流与边壁面脱离，在这些地方主流与边壁面脱离，出现与主流相反的流动，出现涡漩。出现与主流相反的流动，出现涡漩。3 矿井通风阻力矿井通风阻力3.1风流的流动状态风流的流动状态3.2摩擦阻力摩擦阻力3.3局部阻力局部阻力3.4通风阻力定律通风阻力定律和特性和特性3.5通风阻力测量通风阻力测量3.6流体的相似理论与流体的相似理论与应用应用3.3 局部阻力局部阻力本讲稿第二十七页，共五十六页28、转弯处、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。涡漩。、分岔与会合、分岔与会合 上述的综合。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。多，局部阻力愈大。3 矿井通风阻力矿井通风阻力3.1风流的流动状风流的流动状态态3.2摩擦阻力摩擦阻力3.3局部阻力局部阻力3.4通风阻力定律和通风阻力定律和特性特性3.5通风阻力测量通风阻力测量3.6流体的相似理论与流体的相似理论与应用应用3.3 局部阻力局部阻力本讲稿第二十八页，共五十六页29二、局部阻力系数和局部风阻二、局部阻力系数和局部风阻(一一)局部阻力系数局部阻力系数紊紊流流局局部部阻阻力力系系数数一一般般主主要要取取决决于于局局部部阻阻力力物物的的形形状状，而而边边壁的粗糙程度为次要因素。壁的粗糙程度为次要因素。1 1突然扩大突然扩大或或式中：式中：v v1 1、v v2 2分别为小断面和大断面的平均流速，分别为小断面和大断面的平均流速，m/sm/s；S S1 1、S S2 2分别为小断面和大断面的面积，分别为小断面和大断面的面积，m m；m m空气平均密度，空气平均密度，kg/mkg/m3 3。对于粗糙度较大的井巷，可进行修正对于粗糙度较大的井巷，可进行修正 3 矿井通风阻力矿井通风阻力3.1风流的流动状态风流的流动状态3.2摩擦阻力摩擦阻力3.3局部阻力局部阻力3.4通风阻力定律和通风阻力定律和特性特性3.5通风阻力测量通风阻力测量3.6流体的相似理论流体的相似理论与应用与应用3.3 局部阻力局部阻力本讲稿第二十九页，共五十六页302 2突然缩小突然缩小对应于对应于小断面的动压小断面的动压 ，值可按下式计算：值可按下式计算：考虑到巷道粗糙度的影响：考虑到巷道粗糙度的影响：3 矿井通风阻力矿井通风阻力3.1风流的流动状态风流的流动状态3.2摩擦阻力摩擦阻力3.3局部阻力局部阻力3.4通风阻力定律和通风阻力定律和特性特性3.5通风阻力测量通风阻力测量3.6流体的相似理论流体的相似理论与应用与应用3.3 局部阻力局部阻力本讲稿第三十页，共五十六页313 3逐渐扩大逐渐扩大逐渐扩大的局部阻力比突然扩大小得多，其能量损失可认为由逐渐扩大的局部阻力比突然扩大小得多，其能量损失可认为由摩擦损失和扩张损失两部分组成。摩擦损失和扩张损失两部分组成。当当2020时，渐扩段的局部阻力系数时，渐扩段的局部阻力系数可用下式求算：可用下式求算：式中式中 风道的摩擦阻力系数，风道的摩擦阻力系数，NsNs2 2/m/m4 4；n n风道大、小断面积之比，即风道大、小断面积之比，即2 21 1；扩张角。扩张角。3 矿井通风阻力矿井通风阻力3.1风流的流动状态风流的流动状态3.2摩擦阻力摩擦阻力3.3局部阻力局部阻力3.4通风阻力定律通风阻力定律和特性和特性3.5通风阻力测量通风阻力测量3.6流体的相似理流体的相似理论与应用论与应用3.3 局部阻力局部阻力本讲稿第三十一页，共五十六页324 4转弯转弯巷道转弯时的局部阻力系数巷道转弯时的局部阻力系数(考虑巷道粗糙程度考虑巷道粗糙程度)可按下式计算：可按下式计算：当巷高与巷宽之比当巷高与巷宽之比H H/b b=0.2=0.21.01.0 时，时，当当 H H/b b=1=12.5 2.5 时时式中式中 0 0假定边壁完全光滑时，假定边壁完全光滑时，9090转弯的局部阻力转弯的局部阻力系数；系数；巷道的摩擦阻力系数，巷道的摩擦阻力系数，N.sN.s2 2/m/m4 4；巷道转弯角度影响系数。巷道转弯角度影响系数。3 矿井通风阻力矿井通风阻力3.1风流的流动状态风流的流动状态3.2摩擦阻力摩擦阻力3.3局部阻力局部阻力3.4通风阻力定律和通风阻力定律和特性特性3.5通风阻力测量通风阻力测量3.6流体的相似理流体的相似理论与应用论与应用3.3 局部阻力局部阻力本讲稿第三十二页，共五十六页333 矿井通风阻力矿井通风阻力3.1风流的流动状态风流的流动状态3.2摩擦阻力摩擦阻力3.3局部阻力局部阻力3.4通风阻力定律和通风阻力定律和特性特性3.5通风阻力测量通风阻力测量3.6流体的相似理论流体的相似理论与应用与应用3.3 局部阻力局部阻力本讲稿第三十三页，共五十六页343.3 局部阻力局部阻力5 5风流分叉与汇合风流分叉与汇合1)1)风流分叉风流分叉 典典型型的的分分叉叉巷巷道道如如图图所所示示，1 12 2段段的的局局部部阻阻力力hlhl2 2和和1 13 3段段的的局局部部阻阻力力hlhl3 3分别用下式计算：分别用下式计算：231233 矿井通风阻力矿井通风阻力3.1风流的流动状态风流的流动状态3.2摩擦阻力摩擦阻力3.3局部阻力局部阻力3.4通风阻力定律和特通风阻力定律和特性性3.5通风阻力测量通风阻力测量3.6流体的相似理论流体的相似理论与应用与应用本讲稿第三十四页，共五十六页352)2)风流汇合风流汇合 如如图图所所示示，1 13 3段段和和2 23 3段段的的局局部部阻力阻力h hl l3 3、h hl l2 23 3分别按下式计算：分别按下式计算：式中：式中：3.3 局部阻力局部阻力123 矿井通风阻力矿井通风阻力3.1风流的流动状态风流的流动状态3.2摩擦阻力摩擦阻力3.3局部阻力局部阻力3.4通风阻力定律和通风阻力定律和特性特性3.5通风阻力测量通风阻力测量3.6流体的相似理论流体的相似理论与应用与应用本讲稿第三十五页，共五十六页36(二二)局部风阻局部风阻在局部阻力计算式中，令在局部阻力计算式中，令 ，则有：则有：式中式中R Rl l称为局部风阻，其单位为称为局部风阻，其单位为N.sN.s2 2/m/m8 8或或kg/mkg/m7 7。此式表明，在紊流条件下局部阻力也与风量的平方成正比此式表明，在紊流条件下局部阻力也与风量的平方成正比3 矿井通风阻力矿井通风阻力3.1风流的流动状态风流的流动状态3.2摩擦阻力摩擦阻力3.3局部阻力局部阻力3.4通风阻力定律和通风阻力定律和特性特性3.5通风阻力测量通风阻力测量3.6流体的相似理流体的相似理论与应用论与应用3.3 局部阻力局部阻力本讲稿第三十六页，共五十六页373 矿井通风阻力矿井通风阻力3.1风流的流动状态风流的流动状态3.2摩擦阻力摩擦阻力3.3局部阻力局部阻力3.4通风阻力定律和通风阻力定律和特性特性3.5通风阻力测量通风阻力测量3.6流体的相似理论流体的相似理论与应用与应用3.3 局部阻力局部阻力 各种巷道突然增大与突然缩小的各种巷道突然增大与突然缩小的S1S2V1S1S2V1S1/S210.90.80.70.60.50.40.30.20.10.01000.010.040.090.160.250.360.490.640.810.981.000.050.100.150.200.250.300.350.400.450.50本讲稿第三十七页，共五十六页383.3 局部阻力局部阻力 其它几种局部阻力的其它几种局部阻力的 值值V1V1DR=0.1DV1V1bbV1bbR1V1bbR1R2V2V1V3S1S3S2V21V1V3V3V2V1V2V1V3V2V3V1V10.60.10.2有导风板0.2无导风板1.40.75，当R1=b/30.52，当R1=2b/30.6，当R1=b/3，R2=2b/30.3，当R1=2b/3，R2=17b/103.6当S2=S3，V2=V3时2.0当风速为V2时1.0当V1=V3时1.5当风速为V2时1.5当风速为V2时1.0当风速为V时本讲稿第三十八页，共五十六页39降低局部阻力措施降低局部阻力措施u尽量避免井巷断面的突然扩大或突然缩小尽量避免井巷断面的突然扩大或突然缩小u断面大小悬殊的井巷，连接处断面应逐渐变化断面大小悬殊的井巷，连接处断面应逐渐变化u尽可能避免井巷直角转弯或大于尽可能避免井巷直角转弯或大于9090的转弯的转弯u主要巷道内不得随意停放车辆、堆积木料等主要巷道内不得随意停放车辆、堆积木料等u要要加加强强矿矿井井总总回回风风道道的的维维护护和和管管理理，对对冒冒顶顶、片片帮和积水处要及时处理。帮和积水处要及时处理。3 矿井通风阻力矿井通风阻力3.1风流的流动状态风流的流动状态3.2摩擦阻力摩擦阻力3.3局部阻力局部阻力3.4通风阻力定律和通风阻力定律和特性特性3.5通风阻力测量通风阻力测量3.6流体的相似理论流体的相似理论与应用与应用3.3 局部阻力局部阻力本讲稿第三十九页，共五十六页40一、井巷阻力特性一、井巷阻力特性在紊流条件下，摩擦阻力和局部阻力在紊流条件下，摩擦阻力和局部阻力均与风量的平方成正比。故可写成一般形均与风量的平方成正比。故可写成一般形式：式：h hRQRQ2 2 Pa Pa。对对于于特特定定井井巷巷，R R为为定定值值。用用纵纵坐坐标标表表示示通通风风阻阻力力(或或压压力力)，横横坐坐标标表表示示通通过过风风量量，当当风风阻阻为为R R时时，则则每每一一风风量量Q Qi i值值，便便有有一一阻阻力力h hi i值值与与之之对对应应，根根据据坐坐标标点点（Q Qi i,h,hi i）即即可可画画出出一一条条抛抛物物线线。这这条条曲曲线线就就叫叫该该井井巷巷的的阻阻力特性曲线。风阻力特性曲线。风阻R R越大，曲线越陡。越大，曲线越陡。QhR3 矿井通风阻力矿井通风阻力3.1风流的流动状态风流的流动状态3.2摩擦阻力摩擦阻力3.3局部阻力局部阻力3.4通风阻力定律和特通风阻力定律和特性性3.5通风阻力测量通风阻力测量3.6流体的相似理论流体的相似理论与应用与应用3.4 通风阻力定律和特性通风阻力定律和特性本讲稿第四十页，共五十六页41二、矿井总风阻二、矿井总风阻从从入入风风井井口口到到主主要要通通风风机机入入口口，把把顺顺序序连连接接的的各各段段井井巷巷的的通通风风阻阻力力累累加加起起来来，就就得得到到矿矿井井通通风风总总阻阻力力h hRmRm，这这就就是是井井巷巷通通风阻力的叠加原则。风阻力的叠加原则。已已知知矿矿井井通通风风总总阻阻力力h hRmRm和和矿矿井井总总风风量量Q Q，即即可可求求得得矿矿井井总总风阻：风阻：R Rm m是是反反映映矿矿井井通通风风难难易易程程度度的的一一个个指指标标。R Rm m越越大大，矿矿井井通通风风越困难；越困难；3 矿井通风阻力矿井通风阻力3.1风流的流动状态风流的流动状态3.2摩擦阻力摩擦阻力3.3局部阻力局部阻力3.4通风阻力定律和特通风阻力定律和特性性3.5通风阻力测量通风阻力测量3.6流体的相似理论与流体的相似理论与应用应用3.4 通风阻力定律和特性通风阻力定律和特性本讲稿第四十一页，共五十六页42三、矿井等积孔三、矿井等积孔我我国国常常用用矿矿井井等等积积孔孔作作为为衡衡量量矿矿井井通风难易程度的指标。通风难易程度的指标。假假定定在在无无限限空空间间有有一一薄薄壁壁，在在薄薄壁壁上上开开一一面面积积为为A A(m(m2 2)的的孔孔口口。当当孔孔口口通通过过的的风风量量等等于于矿矿井井风风量量，且且孔孔口口两两侧侧的的风风压压差差等等于于矿矿井井通通风风阻阻力力时时，则则孔孔口口面面积积A A称称为为该矿井的等积孔。该矿井的等积孔。AIIIP2v2P1v13 矿井通风阻力矿井通风阻力3.1风流的流动状风流的流动状态态3.2摩擦阻力摩擦阻力3.3局部阻力局部阻力3.4通风阻力定律和特通风阻力定律和特性性3.5通风阻力测量通风阻力测量3.6流体的相似理流体的相似理论与应用论与应用3.4 通风阻力定律和特性通风阻力定律和特性本讲稿第四十二页，共五十六页43设风流从设风流从I III II，且无能量损失，且无能量损失，则有：则有：得：得：风流收缩处断面面积风流收缩处断面面积A A2 2与孔口面积与孔口面积A A之比称为之比称为收缩系数收缩系数，由水力学可知，由水力学可知，一般一般=0.65=0.65，故，故A A2 2=0.65=0.65A A。则。则v v2 2=Q/AQ/A2 2=Q/0.65=Q/0.65A A，代入上式后并整理得：，代入上式后并整理得：AIIIP2v2P1v13 矿井通风阻力矿井通风阻力3.1风流的流动状态风流的流动状态3.2摩擦阻力摩擦阻力3.3局部阻力局部阻力3.4通风阻力定律和通风阻力定律和特性特性3.5通风阻力测量通风阻力测量3.6流体的相似理流体的相似理论与应用论与应用3.4 通风阻力定律和特性通风阻力定律和特性本讲稿第四十三页，共五十六页44取取=1.2kg/m=1.2kg/m3 3，则：，则：因因R Rm m=h hm m2 2，故有，故有 由此可见，由此可见，A A是是R Rm m的函数，的函数，故可以表示矿井通风的难易程度。故可以表示矿井通风的难易程度。当当A A，容易；，容易；A A-2-2，中等；，中等；A A困难。困难。3 矿井通风阻力矿井通风阻力3.1风流的流动状风流的流动状态态3.2摩擦阻力摩擦阻力3.3局部阻力局部阻力3.4通风阻力定律和通风阻力定律和特性特性3.5通风阻力测量通风阻力测量3.6流体的相似理论流体的相似理论与应用与应用3.4 通风阻力定律和特性通风阻力定律和特性本讲稿第四十四页，共五十六页45例例题题3-73-7某某矿矿井井为为中中央央式式通通风风系系统统，测测得得矿矿井井通通风风总总阻阻力力h hRmRm=2800Pa=2800Pa，矿矿井井总总风风量量Q Q=70m=70m3 3/s/s，求求矿矿井井总总风阻风阻R Rm m和等积孔和等积孔A A，评价其通风难易程度。，评价其通风难易程度。解解 可知该矿通风难易程度属中等。可知该矿通风难易程度属中等。3 矿井通风阻力矿井通风阻力3.1风流的流动状态风流的流动状态3.2摩擦阻力摩擦阻力3.3局部阻力局部阻力3.4通风阻力定律和特通风阻力定律和特性性3.5通风阻力测量通风阻力测量3.6流体的相似理论与流体的相似理论与应用应用3.4 通风阻力定律和特性通风阻力定律和特性本讲稿第四十五页，共五十六页461 1、对对于于多多风风机机工工作作的的矿矿井井，应应根根据据各各主主要要通通风风机机工工作作系系统统的的通通风风阻阻力力和和风风量量，分分别别计计算算各各主主要要通通风风机机所所担担负负系系统统的的等等积积孔孔，进行分析评价。进行分析评价。2 2、必必须须指指出出，表表3-183-18所所列列衡衡量量矿矿井井通通风风难难易易程程度度的的等等积积孔孔值值，是是18731873年年缪缪尔尔格格(Murgue)(Murgue)根根据据当当时时的的生生产产情情况况提提出出的的3 3，一一直直沿沿用用至至今今。由由于于现现代代的的矿矿井井规规模模、开开采采方方法法、机机械械化化程程度度和和通通风风机机能能力力等等较较以以前前已已有有很很大大的的发发展展和和提提高高，表表中中的的数数据据对对小小型型矿矿井井还还有有一一定定的的参参考考价价值值，对对大大型型矿矿井井或或多多风风机机通通风风系系统统的的矿矿井井，衡衡量量通通风风难难易易程程度度的的指指标标还还有有待待研研究。究。3 矿井通风阻力矿井通风阻力3.1风流的流动状态风流的流动状态3.2摩擦阻力摩擦阻力3.3局部阻力局部阻力3.4通风阻力定律通风阻力定律和特性和特性3.5通风阻力测量通风阻力测量3.6流体的相似理论流体的相似理论与应用与应用3.4 通风阻力定律和特性通风阻力定律和特性本讲稿第四十六页，共五十六页473 矿井通风阻力矿井通风阻力3.1风流的流动状态风流的流动状态3.2摩擦阻力摩擦阻力3.3局部阻力局部阻力3.4通风阻力定律和通风阻力定律和特性特性3.5通风阻力测量通风阻力测量3.6流体的相似理论流体的相似理论与应用与应用3.4 通风阻力定律和特性通风阻力定律和特性本讲稿第四十七页，共五十六页484 4 通风机的功率通风机的功率风机输出功率：风机输出功率：Nt=HtQ10-3 Ns=HsQ10-3风机输入功率：风机输入功率：N=Nt/t N=Ns/s电动机输出功率：电动机输出功率：Nm=N/tr电动机输入功率：电动机输入功率：Nm=Nm/m3 矿井通风阻力矿井通风阻力3.1风流的流动状态风流的流动状态3.2摩擦阻力摩擦阻力3.3局部阻力局部阻力3.4通风阻力定律和通风阻力定律和特性特性3.5通风阻力测量通风阻力测量3.6流体的相似理论与流体的相似理论与应用应用3.4 通风阻力定律和特性通风阻力定律和特性本讲稿第四十八页，共五十六页493.4 通风阻力定律和特性通风阻力定律和特性5 5、多个风井的矿井总等积孔计算、多个风井的矿井总等积孔计算3 矿井通风阻力矿井通风阻力3.1风流的流动状态风流的流动状态3.2摩擦阻力摩擦阻力3.3局部阻力局部阻力3.4通风阻力定律通风阻力定律和特性和特性3.5通风阻力测量通风阻力测量3.6流体的相似理流体的相似理论与应用论与应用本讲稿第四十九页，共五十六页50生产矿井一段巷道阻力测定生产矿井一段巷道阻力测定1 1、压差计法压差计法 用压差计法测定通风阻力的实质是测量风流两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。点间的势能差和动压差，计算出两测点间的通阻力。1 1）布置方式及连接方法）布置方式及连接方法z1z23.5 通风阻力测量通风阻力测量3 矿井通风阻力矿井通风阻力3.1风流的流动状态风流的流动状态3.2摩擦阻力摩擦阻力3.3局部阻力局部阻力3.4通风阻力定律和通风阻力定律和特性特性3.5通风阻力测量通风阻力测量3.6流体的相似理论流体的相似理论与应用与应用本讲稿第五十页，共五十六页51）阻力计算）阻力计算压差计压差计“”感受的压力：感受的压力：压差计压差计“”感受的压力：感受的压力：故压差计所示测值：故压差计所示测值：设设 且与且与1 1、2 2断面间巷道中空气平均断面间巷道中空气平均密度相等，则：密度相等，则：式中：式中：Z Z1212为为1 1、2 2断面高差，断面高差，h h 值即为值即为1 1、2 2两断面压能与位能和两断面压能与位能和的差值。根据能量方程，则的差值。根据能量方程，则1 1、2 2巷道段的通风阻力巷道段的通风阻力h hR R1212为：为：把压差计放在把压差计放在1 1、2 2断面之间，测值是否变化？断面之间，测值是否变化？3.5通风阻力测量通风阻力测量3 矿井通风阻力矿井通风阻力3.1风流的流动状风流的流动状态态3.2摩擦阻力摩擦阻力3.3局部阻力局部阻力3.4通风阻力定律通风阻力定律和特性和特性3.5通风阻力测量通风阻力测量3.6流体的相似理论流体的相似理论与应用与应用本讲稿第五十一页，共五十六页522 2、气压计法、气压计法由能量方程：由能量方程：h hR12R12=(P=(P1 1-P-P2 2)+()+(1 1v v1 12 2/2-/2-2 2v v2 22 2/2/2)+)+m12m12gZgZ1212用精密气压计分别测得用精密气压计分别测得1 1，2 2断面的静压断面的静压P P1 1，P P2 2用干湿球温度计测得用干湿球温度计测得t t1 1,t,t2 2,t,t1 1,t,t2 2,和和 1 1,2 2，进而计算，进而计算 1 1，2 2用风表测定用风表测定1 1，2 2断面的风速断面的风速v v1 1,v,v2 2。m12m12为为1 1，2 2断面的平均密度，若高差不大，就用算术平均值，若断面的平均密度，若高差不大，就用算术平均值，若高差大，则有加权平均值；高差大，则有加权平均值；Z Z12121 1，2 2断面高差，从采掘工程平面图查得。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