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1、矿井通风压力本讲稿第一页，共三十九页三、密度三、密度 单位体积空气所具有的质量称为空气的密度，单位体积空气所具有的质量称为空气的密度，与与P P、t t、湿度等有关。、湿度等有关。=M/V =M/V 四、比容四、比容 空气的比容是指单位质量空气所占有的体积，空气的比容是指单位质量空气所占有的体积，用符号用符号（m m3 3/kg/kg）表示，比容和密度互为倒数，）表示，比容和密度互为倒数，它们是一个状态参数的两种表达方式它们是一个状态参数的两种表达方式即即:=V/M=1/=V/M=1/本讲稿第二页，共三十九页四、粘性四、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

2、接触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，便产生粘性阻力面上，便产生粘性阻力(内摩擦力内摩擦力)以阻止相对运动，流体具有的这一性质，称作以阻止相对运动，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。流体的粘性。其大小主要取决于温度。式中：式中：比例系数，代表空气粘性，称为比例系数，代表空气粘性，称为动力粘性动力粘性或或绝对粘度绝对粘度。其。其 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本讲稿第三页，共三十九页第二节第二节 风流能量与压力风流能量与压力

3、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。具有的能够对外作功的机械能。一、风的能量与压力一、风的能量与压力1.1.静压能静压静压能静压（1 1）静压能与静压的概念）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分转化的能够对外作功的机械能叫静压能静压能E E静静，J Jm m3 3，在矿井通风中，压力的概念，在矿

4、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。与物理学中的压强相同，即单位面积上受到的垂直作用力。静压力静压力P P静静=N/m=N/m2 2也也可称为是静压能可称为是静压能，值相等，值相等（）静压特点（）静压特点 a.a.无论静止的空气还是流动的空气都具有静压力；无论静止的空气还是流动的空气都具有静压力；b.b.风流中任一点的静压各向同值，且垂直于作用面；风流中任一点的静压各向同值，且垂直于作用面；c.c.风风流流静静压压的的大大小小（可可以以用用仪仪表表测测量量）反反映映了了单单位位体体积积风风流流所所具具有有的的能能够够对对外外作作功功的的静压能的多少。如说风流

5、的压力为静压能的多少。如说风流的压力为101332Pa101332Pa，则指风流，则指风流1m1m3 3具有具有101332J101332J的静压能。的静压能。本讲稿第四页，共三十九页（）压力的两种测算基准（表示方法（）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：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绝对压力和相对压力。A A、绝绝对对压压力力：以以真真空空为为测测算算零零点点（比比较较基基准准）而而测测得得的的压压力力称称之之为为绝绝对对压压力力，用用 P P 表示。表示。B B、相对压力：相对压力：以当时当地同标高的大气压力为测算基准以当时当地同标高的

6、大气压力为测算基准(零点零点)测得的压测得的压力称之为相对压力，即通常所说的表压力，用力称之为相对压力，即通常所说的表压力，用 h h 表示。表示。风风流流的的绝绝对对压压力力（P P）、相相对对压压力力（h h）和和与与其其对对应应的的大大气气压压（P P0 0）三三者者之之间间的关系如下式所示：的关系如下式所示：h =P h =P P P0 0本讲稿第五页，共三十九页P Pi i 与与 h hi i 比较：比较：I I、绝对静压总是为正，而相对静压有、绝对静压总是为正，而相对静压有正负正负之分；之分；IIII、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。、同一断面

7、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。IIIIII、P Pi i 可能大于、等于或小于与该点同标高的大气压可能大于、等于或小于与该点同标高的大气压(P(P0i0i)。2 2、位能、位能（1)1)位能的概念位能的概念 位能的产生位能的产生 如如果果把把质质量量为为M M（kgkg）的的物物体体从从某某一一基基准准面面提提高高Z Z（m m），就就要要对对物物体体克克服服重重力力作作功功M.g.ZM.g.Z（J J），物物体体因因而而获获得得同同样样数数量量（M.g.ZM.g.Z）的的重重力力位位能能。即即：E EPOPO=M.g.Z =M.g.Z 重力位能是一种潜在的能量

8、，它只有通过计算得重力位能是一种潜在的能量，它只有通过计算得其大小，而且是一个其大小，而且是一个相对值相对值 。实际工作中一般计算位能差。实际工作中一般计算位能差。（）位能计算（）位能计算 dzi本讲稿第六页，共三十九页（3)3)位能与静压的关系位能与静压的关系（4)4)位能的特点位能的特点 a.a.位位能能是是相相对对某某一一基基准准面面而而具具有有的的能能量量，它它随随所所选选基基准准面面的的变变化化而而变变化化。但但位位能差为定值。能差为定值。b.b.位位能能是是一一种种潜潜在在的的能能量量，它它在在本本处处对对外外无无力力的的效效应应，即即不不呈呈现现压压力力，故故不能象静压那样用仪表

9、进行直接测量。不能象静压那样用仪表进行直接测量。c.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。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。本讲稿第七页，共三十九页3.3.动能动压动能动压（1)1)动能与动压的概念动能与动压的概念 当当空空气气流流动动时时，除除了了位位能能和和静静压压能能外外，还还有有空空气气定定向向运运动动的的动动能能，用用E E动动表表示示，J/mJ/m3 3；其动能所转化显现的压力叫；其动能所转化显现的压力叫动压动压或称或称速压速压，用符号，用符号h h动动表示，单位表示，单位PaPa。（2)2)动压的计算动压的计算 单位体积空气所具有的

10、动能为：单位体积空气所具有的动能为：E E动动 i iVV2 20.50.5 式中：式中：i i i i点的空气密度，点的空气密度，Kg/mKg/m3 3；v vi i点的空气流速，点的空气流速，m/sm/s。E E动动对外所呈现的动压对外所呈现的动压h h动动，其值相同。，其值相同。（3)3)动压的特点动压的特点 a.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。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.b.动动压压总总是是大大于于零零。垂垂直直流流动动方方向向的的作作用用面面所所承承受受的的动动压压最最大大（即即流流动动方方向向上上的的动压真值）；当作用面与流动方向

11、有夹角时，其感受到的动压值将小于动压真值。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.c.在在同同一一流流动动断断面面上上，由由于于风风速速分分布布的的不不均均匀匀性性，各各点点的的风风速速不不相相等等，所所以以其其动压值不等。动压值不等。d.d.某断面动压即为该断面平均风速计算值。某断面动压即为该断面平均风速计算值。本讲稿第八页，共三十九页 全压全压 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，两者之和称之为两者之和称之为该点风流的该点风流的全压全压，即：，即：全压静压动压全压静压动压。由于静压有绝对和

12、相对之分，故全压也有由于静压有绝对和相对之分，故全压也有绝对和相对绝对和相对之分。之分。、绝对全压（、绝对全压（P P全）全）P P全全 P P静静h h动动 B B、相对全压（、相对全压（h htiti）h h全全P P全全 P Po o 压入式风道中：压入式风道中：h h全全0 0 抽出式风道中：抽出式风道中：h h全全0 0二、风流的点压力之间相互关系二、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风流的点压力是指测点的单位体积(1m(1m3 3)空气所具有的压力。通风管道中流空气所具有的压力。通风管道中流动的风流的点压力可分为：动的风流的点压力可分为：静压、动压和全压。静压

13、、动压和全压。风流中任一点风流中任一点i i的动压、绝对静压和绝对全压的关系为：的动压、绝对静压和绝对全压的关系为：h h动动=P=P全全-P-P静静 h hvivi、h hI I和和h htiti三者之间的关系为：三者之间的关系为：h h全全 =h=h静静 +h+h动动 。本讲稿第九页，共三十九页压入式通风（正压通风）压入式通风（正压通风）：风流中任一点的：风流中任一点的相对全压恒相对全压恒为正。为正。P P全全 and P and P静静 P Po o h h 全全 0 0，h h静静 且且 h h 全全 h h静静 ，h h全全 =h=h静静 +h+h动动 压入式通风的实质：使风机出口风

14、流的能量增加，即出口风流的绝对压力大于风机进口的压压入式通风的实质：使风机出口风流的能量增加，即出口风流的绝对压力大于风机进口的压力力。抽出式通风（负压通风）：抽出式通风（负压通风）：风流中任一点的相对全压恒为负，对于抽出式通风由于风流中任一点的相对全压恒为负，对于抽出式通风由于h h全全 和和 h h静静 为负，为负，即：即：h h全全 =h=h静静 h h动动 抽出式通风的实质：使风机入口风流的能量降低，即入口风流的绝对压力小于风机抽出式通风的实质：使风机入口风流的能量降低，即入口风流的绝对压力小于风机进口的压力进口的压力。本讲稿第十页，共三十九页风流点压力间的关系风流点压力间的关系本讲稿

15、第十一页，共三十九页例例题题2-2-1 2-2-1 如如图图压压入入式式通通风风风风筒筒中中某某点点i i的的h h静静=1000Pa1000Pa，h h动动=150Pa=150Pa，风风筒筒外外与与i i点同标高的点同标高的P P0 0=101332Pa=101332Pa，求：，求：(1)i(1)i点的绝对静压点的绝对静压P P静静；(2)i(2)i点的相对全压点的相对全压h h全全；(3)i(3)i点的绝对全压点的绝对全压P P全全。解：解：(1)P(1)P静静=P=P0 0+h+h静静=101332+1000=102332Pa=101332+1000=102332Pa (2)h (2)h

16、全全=h=h静静+h+h动动=1000+150=1150Pa=1000+150=1150Pa (3 P (3 P全全=P=P0 0+h+h全全=101332+1150=101332+1150=PaPa例例题题2-2-2 2-2-2 如如图图抽抽出出式式通通风风风风筒筒中中某某点点i i的的h h静静=1000Pa=1000Pa，h h动动=150Pa=150Pa，风风筒筒外外与与i i点同标高的点同标高的P P0 0=101332Pa=101332Pa，求：，求：(1)i(1)i点的绝对静压点的绝对静压P P静静；(2)i(2)i点的相对全压点的相对全压h h全全；(3)i(3)i点的绝对全压

17、点的绝对全压P P静静。解：解：(1)P(1)P静静=P=P0 0+h+h静静=101332.5-1000=100332Pa=101332.5-1000=100332Pa (2)h (2)h全全 =h=h静静 h h动动 1000-150=850Pa1000-150=850Pa (3)P (3)P全全=P=P0 0-h h全全=101332.5-850=100482Pa=101332.5-850=100482Pa本讲稿第十二页，共三十九页三、风流点压力的测定三、风流点压力的测定、矿井主要压力测定仪器仪表、矿井主要压力测定仪器仪表 （）绝对压力测量：空盒气压计、精密气压计、水银气压计（）绝对压力

18、测量：空盒气压计、精密气压计、水银气压计等。等。（）压差及相对压力测量：恒温气压计、（）压差及相对压力测量：恒温气压计、“”水柱计、水柱计、补偿式微压计、倾斜单管压差计。补偿式微压计、倾斜单管压差计。（）感压仪器：皮托管，承受和传递压力，（）感压仪器：皮托管，承受和传递压力，+-+-测压测压本讲稿第十三页，共三十九页（1）绝对压力测量仪器：空盒压差计 空盒气压计内部结构图空盒气压计内部结构图1、2、3、4传动机构；5拉杆；6波纹真空膜盒；7指针；8弹簧本讲稿第十四页，共三十九页（2）相对压力测量仪器A、皮托管B、U型压差计C、单管倾斜压差计D、补偿式微压计本讲稿第十五页，共三十九页 皮托管是承

19、受和传递压力的工具。它由两个同心圆管相套组成，其结构如图所示。内管前端有中心孔，与标有“+”号的接头相通；外管前端侧壁上分布有一组小孔，与标有“-”号的接头相通，内外管互不相通。使用时，将皮托管的前端中心孔正对风流，此时，中心孔（+）接受的是风流的静压和动压（即全压），侧孔（-）接受的是风流的静压。通过皮托管的“+”接头和“-”接头，分别将全压和静压传递到压差计上。本讲稿第十六页，共三十九页B、U形压差计 U形压差计形压差计a垂直形垂直形 b倾斜形倾斜形1U形玻璃管；2标尺本讲稿第十七页，共三十九页C、单管倾斜压差计 YYT200型单管倾斜压差计结构型单管倾斜压差计结构1底座；2水准指示器；3

20、弧形支架；4加液盖；5零位调整旋钮；6三通阀门柄；7游标；8倾斜测压管；9调平螺钉；10大容器；11多向阀门本讲稿第十八页，共三十九页D、补偿式微压计DJM9型补偿式微压计型补偿式微压计 本讲稿第十九页，共三十九页（3）矿井通风综合参数检测仪 JFY型矿井通风参数检测仪面板图型矿井通风参数检测仪面板图本讲稿第二十页，共三十九页、压力测定、压力测定 （）绝对压力直接测量读数。（）绝对压力直接测量读数。（）相对静压（）相对静压(以如图负压通风为例以如图负压通风为例)（注意连接方法）：（注意连接方法）：z zP P0 i0 ih h0 00 0本讲稿第二十一页，共三十九页推导如图推导如图 h=hh=

21、h静静?以水柱计的等压面以水柱计的等压面0 0 0 0 为基准面，为基准面，水柱计右边等压面上受到的力：水柱计右边等压面上受到的力：P P左左 P P+gZ gZ 水柱计左边等压面上受到的力：水柱计左边等压面上受到的力：P P右右 P P静静+m mg(z-h)+hg(z-h)+h 由等压面的定义有：由等压面的定义有：P P左左 P P右右 h=h=P P-P-P静静本讲稿第二十二页，共三十九页说明：（说明：（I I）水柱计上下移动时，）水柱计上下移动时，h h 保持不变；保持不变；（IIII）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）在风筒同一断面上、下移动皮托管，水柱计读数

22、不变，说明同一断面上断面上 h h 相同。相同。（）相对全压、动压测量（）相对全压、动压测量 测定连接如图（测定连接如图（说明连接方法及水柱高度变化说明连接方法及水柱高度变化）z zP P0 i0 ih ht th hi ih hv v本讲稿第二十三页，共三十九页四、通风压力与压差1、通风压力与压差的概念 风流在流动过程中，因阻力作用引起通风压力的降落，称为压降、压差、或压力损失。井巷风流中两断面之间的总压差是造成空气流动的根本原因井巷内空气借以流动的压力称为通风压力。本讲稿第二十四页，共三十九页矿井通风压力？2、静压差与全压差测量工具：皮托管和压差计 连接方法本讲稿第二十五页，共三十九页本节

23、课重点本节课重点能量方程及在矿井中的应用能量方程及在矿井中的应用本讲稿第二十六页，共三十九页第三节第三节 通风能量方程通风能量方程 当空气在井巷中流动时，将会受到通风阻力的作用，消耗其能量；为保当空气在井巷中流动时，将会受到通风阻力的作用，消耗其能量；为保证空气连续不断地流动，就必需有通风动力对空气作功，使得通风阻力和通证空气连续不断地流动，就必需有通风动力对空气作功，使得通风阻力和通风动力相平衡。风动力相平衡。一、空气流动连续性方程一、空气流动连续性方程 在矿井巷道中流动的风流是连续不断的介质，充满它所流经的空间。在在矿井巷道中流动的风流是连续不断的介质，充满它所流经的空间。在无点源或无点源

24、或点汇点汇存在时，存在时，根据质量守恒定律根据质量守恒定律：对于：对于稳定流，稳定流，流入某空间的流体质量必然流入某空间的流体质量必然等于流出其的流体质量。等于流出其的流体质量。如图井巷中风流从如图井巷中风流从1 1断面流向断面流向2 2 断面，作定常流动时，有：断面，作定常流动时，有：Mi=constMi=const V V1 1 S S1 1 V V S S 、2 2 1 1、2 2断面上空气的平均密度，断面上空气的平均密度，kg/mkg/m3 3；V V1 1,，V V2 21 1、2 2 断面上空气的平均流速，断面上空气的平均流速，m/sm/s；S S1 1、S S2 2 1 1、断面

25、面积，、断面面积，m m2 2。本讲稿第二十七页，共三十九页两种特例两种特例：（I I）若若 S S1 1S S2 2 ，则则 V V1 1 V V ；（IIII）若若 ，则则 V V1 1 S S1 1 V V S S 。对于不可压缩流体，通过任一断面的体积流量相等，即对于不可压缩流体，通过任一断面的体积流量相等，即Q=vQ=vi iS Si i=const=const课本例题课本例题 本讲稿第二十八页，共三十九页二、巷道中风流的能量方程二、巷道中风流的能量方程能量方程表达了空气在流动过程中的压能、动能和位能的变化规律，是能量守恒和转换定能量方程表达了空气在流动过程中的压能、动能和位能的变化

26、规律，是能量守恒和转换定律在矿井通风中的应用。律在矿井通风中的应用。（一）、单位质量（一）、单位质量(1kg)(1kg)流量的能量方程流量的能量方程在井巷通风中，任一断面单位体积空气对某基准面而言具有三种能量，即（在井巷通风中，任一断面单位体积空气对某基准面而言具有三种能量，即（静压能、动压静压能、动压能、位能能、位能），而这三种能量一般又分别用静压，而这三种能量一般又分别用静压P P静静、动压、动压P P动动和位压和位压P P位位三种压力来三种压力来体现。体现。推导过程：推导过程：结论：结论：本讲稿第二十九页，共三十九页关于公式的几点说明：关于公式的几点说明：1 1、1m1m3 3 空气在流

27、动过程中的能量损失（通风阻力）等空气在流动过程中的能量损失（通风阻力）等于两断面间的机械能差。于两断面间的机械能差。2 2、各单位要统一使用各单位要统一使用PaPa3 3、动压计算时，分别使用、动压计算时，分别使用1-11-1和和2-22-2断面的空气密度。断面的空气密度。4 4、位压计算中的密度，应分别取位压计算中的密度，应分别取1-11-1和和2-22-2断面与基准断面与基准面之间的空气柱的平均密度。面之间的空气柱的平均密度。基准面选取基准面选取：取测段之间的最低标高作为基准面。：取测段之间的最低标高作为基准面。本讲稿第三十页，共三十九页（二）、关于能量方程使用的几点说明（二）、关于能量方

28、程使用的几点说明1.1.能量方程的意义是，表示能量方程的意义是，表示1kg1kg（或（或1m1m3 3）空气由）空气由1 1断面流向断面流向2 2断面的过程中所消耗断面的过程中所消耗的能量（通风阻力），等于流经的能量（通风阻力），等于流经1 1、2 2断面间空气总机械能（静压能、动压能和位能）断面间空气总机械能（静压能、动压能和位能）的变化量。的变化量。2.2.风流流动必须是稳定流，即断面上的参数不随时间的变化而变化；所研究风流流动必须是稳定流，即断面上的参数不随时间的变化而变化；所研究的始、末断面要选在缓变流场上。的始、末断面要选在缓变流场上。3.3.风流总是从总能量（机械能）大的地方流向总

29、能量小的地方。在判断风流方向风流总是从总能量（机械能）大的地方流向总能量小的地方。在判断风流方向时，应用始末两断面上的总能量来进行，而不能只看其中的某一项。如不知风时，应用始末两断面上的总能量来进行，而不能只看其中的某一项。如不知风流方向，列能量方程时，流方向，列能量方程时，应先假设风流方向应先假设风流方向，如果计算出的能量损失（通风阻力），如果计算出的能量损失（通风阻力）为正为正，说明风流方向假设正确；如果，说明风流方向假设正确；如果为负为负，则风流方与假设相反。，则风流方与假设相反。4.4.正确选择求位能时的基准面。正确选择求位能时的基准面。本讲稿第三十一页，共三十九页5.5.应用能量方程

30、时要注意各项单位的一致性。应用能量方程时要注意各项单位的一致性。6 6、对于流动过程中流量发生变化，则按总能量守恒与转换定律列方程、对于流动过程中流量发生变化，则按总能量守恒与转换定律列方程 312本讲稿第三十二页，共三十九页三、能量方程在矿井通风中的应用三、能量方程在矿井通风中的应用1、计算井巷通风阻力并判断风流方向例 本讲稿第三十三页，共三十九页2、通风阻力与某断面相对压力之间的关系通风阻力与某断面相对压力之间的关系（1）抽出式通风矿井本讲稿第三十四页，共三十九页 h阻h静4h动4h自h全4h自，Pa 规程要求，都要在主通风机房内安装水柱计，此仪器就是显示风硐断面相对压力的垂直U型压差计，

31、一般是静压水柱计。例：例：某矿井采用抽出式通风如图所示，测得风硐断面的风量Q50m3/s，风硐净断面积S45m2，空气密度41.14kg/m3，风硐外与其同标高的大气压力P0101324.5Pa，主通风机房内静压水柱计的读数h静42240 Pa，矿井的自然风压H自120 Pa，自然风压的方向帮助主通风机工作。试求P静4、h动4、P全4、h全4和矿井的通风阻力h阻各为多大？本讲稿第三十五页，共三十九页解解：P静4P0h静4101324.5224099084.5 Pa h动44v42/24（Q/S）2/21.14（50/5）2/257 Pa P全4P静4h动499084.55799141.5 Pa

32、 h全4h静4h动42240572183 Pa h阻h静4h动4h自2240571202303 Pa本讲稿第三十六页，共三十九页（2）压入式通风矿井本讲稿第三十七页，共三十九页h阻（h静2h动2）（h静3h动3h自）h全2h全3h自，Pa 说明：对于压入式通风矿井，吸风道1-2段的阻力，不论在通风设计中或通风管理中都应该考虑，不可忽略。本讲稿第三十八页，共三十九页例：如图 所示的压入式通风矿井中，已知主通风机吸风段2断面与风硐3断面的静压水柱计读数分别为h静2162 Pa，h静31468 Pa；测得两断面的动压分别为h动2110Pa，h动388 Pa；地面大气压力P0101324 Pa，自然风压 h自100 Pa，自然风压的作用方向与主通风机风流方向相同。试求2、3断面的绝对静压、绝对全压、相对全压和矿井的通风阻力各为多大？（P静2101162 Pa，P静3102792 Pa；P全2101272 Pa，P全3102880 Pa；h全252 Pa，h全31556 Pa；h阻1708 Pa）本讲稿第三十九页，共三十九页