1、1,周福宝 能源与安全工程学院,矿井通风与安全 Mine Ventilation and Safety,中国矿业大学教学多媒体课件,2,第二章 矿内空气动力学基础,3,21 流体的概念,流体是一种受任何微小剪切力作用时都能连续变形的物质。流体可分为液体和气体。 气体的分子分布比液体分子相距大约103倍。气体的分子距很大，分子间的吸引力很小，因而，气体分子可以自由运动，故气体极易变形和流动，而且总是充满它所能够达到的全部空间。 液体的分子距较小，分子间的吸引力较大，在周围分子的作用下，液体分子能够能够在其他分子间移动，但不能像气体分子那样自由运动，所以，液体的流动性不如气体。此外，一定质量的液体
2、具有一定的体积，并取容器的形状，但不像气体那样能够充满全部空间。,4,流体具有流动性，两层流体以一定速度作相对运动时，在两层的交界面上就要产生内摩擦力，这种内摩擦力阻碍各层的流动。流体中的内摩擦力又叫粘滞力，决定它的因素很复杂，因此就造成了研究液体运动时的很大困难，为了简化问题，假定在流体运动中并无内摩擦力的存在。一般来说，流体是可以压缩的，当压力改变时其体积就要改变，因而密度也随之必变。这也增加了研究问题时的复杂性，为此，又假定流体是不可压缩的。这种既没有内摩擦又没有压缩性的流体，叫做理想流体。,理想流体,5,2.2 风流能量与压力,风流任一断面上的能量（机械能）由三部分组成，压能，位能及动
3、能。但在通风测量中，他们并不以能量的形式出现，而是以压力的形式出现，这三部分能量分别表示为静压，位压和动压。,6,一、压能（static energy) 力（N）、压能（J/m3）、压力（N/m2，Pa Blaise Pascal，French philosopher, 1623-1662 ）压头（Pressure head) ：如果将密度为 的某液体注入到一个断面为A的垂直的管中，当液体的高度为 h时，液体的体积为： V = hA m3,7,根据密度的定义，这时液体的质量为： mass=V =hA kg 液体的重力为：F=hAg N 根据压力的定义， pressure=force/area,
4、 有P=F/A=gh N/m2 or Pa 因此，如果液体的密度已知，h就可代表压力,8,相对压力、绝对压力、大气压力,9,2.3 能量方程（Beroullis equation）,(Total energy)1=(Total energy)2+(Flow energy losses)1-2,J/kg,10,流动功 ,静压能（Flow work, static energy) 如下图所示，有一水平管道，断面为A, 在其中放入一滑块，其体积为v,质量为m, 即使不考虑磨擦阻力，由于管道中存在压力P,滑块的运动就会有阻力，因此必须施加一个力F克服其阻力。当该力使滑块移动一段距离后，就做了功.,11
5、,为平衡管道内的压力，施加的力为 F=PA Nwork done=forcedistance=PAs =Pv J 根据密度的定义 =m/v kg/m3or v=m/ 则流动功为 WD=P m / J or P/ J per kilogram. 当流体在管道中连续流动时，压力就对流体连续做功, 此时的压力就称作压能，所做的功为流动功。,流动功,12,二.动能（ Kinetic energy） 如将一个质量为m静止的物体,施加一个恒定的力F, 在t时间内加速到u, 由于是匀加速，其平均速度为： (0+u)/2=u/2 m/s移动的距离为：L=mean velocitytime=(u/2) t m加
6、速度为： a=u/time=u/t m/s2,13,施加的力为： F=massacceleration=mu/t N从静止到速度为u,其做的功为： WD=forcedistance Nm=(mu/t)(u/2)t=mu2/2 J 这就是质量为 m 的流体所具有的动能.,14,三.位能（ Potential energy） 任何标高都可用作位能的基点。在矿井中，不同的地点标高不同，则位能不一样。 质量为 m 的物体位于基点上，其势能为0。当我们施加其一个能克服重力向上的力，F, F=mg N当向上移动到高于基点 Z m, 做的功为 WD=forcedistance=mgZ J 这就给出了物体在Z高度上的势能。,15,2.3 能量方程（Beroullis equation）,(Total energy)1=(Total energy)2+(Flow energy losses)1-2,J/kg,16,点压力：静压、速压、全压,17,压入式通风的压力分布图,18,抽出式通风时的压力分布图,19,通风机安装在井下时，其压力分布如图,
