1、1,第三章 矿井通风阻力,黑龙江科技大学2012.3,2,温故而知新,3 矿井通风阻力 3.1风流的流动状态 3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律和特性 3.5通风阻力测量 3.6流体的相似理论与应用,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？ 2.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？ 4.这些基本规律如何指导矿井通风？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？ 2.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？,3,本章主要内容,1 、井巷断面上风速分布-风流流态-井巷断面风速分布 2 、摩擦风
2、阻与阻力-摩擦阻力- 摩擦阻力系数- 摩擦风阻-阻力计算-阻力测定 3 、局部风阻与阻力-局部阻力及计算-阻力系数-局部风阻 4 、矿井总风阻与矿井等积孔-阻力特性-矿井总风阻-矿井等积孔 5 、降低矿井通风阻力措施 6、通风阻力的测量 7、流体相似理论与应用,3 矿井通风阻力 3.1风流的流动状态 3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律和特性 3.5通风阻力测量 3.6流体的相似理论与应用,4,3.1风流的流动状态,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、风流流态 1、管道流 当流速较低时，流体质点互不混杂，沿着与管轴平行的方向作层状运动，称为层流(或
3、滞流)。 当流速较大时，流体质点的运动速度在大小和方向上都随时发生变化，成为互相混杂的紊乱流动，称为紊流(或湍流)。,3 矿井通风阻力 3.1风流的流动状态 3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律和特性 3.5通风阻力测量 3.6流体的相似理论与应用,5,（）雷诺数Re 式中：平均流速v、管道直径d和流体的运动粘性系数 。 在实际工程计算中，为简便起见，通常以Re=2000作为管道流动流态的判定准数，即：Re2000 层流 ，2000100000完全紊流。,3 矿井通风阻力 3.1风流的流动状态 3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律和特性 3.5通风阻力测量 3.6流
4、体的相似理论与应用,3.1风流的流动状态,6,雷诺实验,实验装置,实验方法 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 换用不同管径的管道重复上述实验 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,7,（）当量直径对于非圆形断面的井巷，Re数中的管道直径d应以井巷断面的当量直径de来表示：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U与断面积S的关系，可用下式表示：式中：C断面形状系数：梯形C=4.16；三心拱C=3.85；半圆拱C=3.90,3 矿井通风阻力 3.1风流的流动状态 3.2摩擦
5、阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律和特性 3.5通风阻力测量 3.6流体的相似理论与应用,3.1风流的流动状态,8,2、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：式中：K冒落带渗流系数，m2；l滤流带粗糙度系数，m。层流，Re0.25； 紊流，Re2.5； 过渡流 0.25Re2.5,3 矿井通风阻力 3.1风流的流动状态 3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律和特性 3.5通风阻力测量 3.6流体的相似理论与应用,3.1风流的流动状态,9,二、井巷断面上风速分布 （）紊流脉动风流中各点的流速、压力等物理参数随时间作不规则脉动 （）时均速度 瞬时速度 vx 随
6、时间的变化。其值虽然不断变化，但在一足够长的时间段 T 内，流速 vx 总是围绕着某一平均值上下波动。,3 矿井通风阻力 3.1风流的流动状态 3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律和特性 3.5通风阻力测量 3.6流体的相似理论与应用,3.1风流的流动状态,10,(）巷道风速分布 层流边层：在贴近壁面处仍存在层流运动薄层，即层流边层。其厚度随Re增加而变薄，它的存在对流动阻力、传热和传质过程有较大影响。 在层流边层以外，从巷壁向巷道轴心方向，风速逐渐增大，呈抛物线分布。平均风速： 式中： 巷道通过风量Q。则：QV S,3 矿井通风阻力 3.1风流的流动状态 3.2摩擦阻力 3.3
7、局部阻力 3.4通风阻力定律和特性 3.5通风阻力测量 3.6流体的相似理论与应用,3.1风流的流动状态,11,风速分布系数：断面上平均风速v与最大风速vmax的比值称为风速分布系数(速度场系数)，用Kv表示：巷壁愈光滑，Kv值愈大，即断面上风速分布愈均匀。砌碹巷道，Kv=0.80.86；木棚支护巷道，Kv=0.680.82；无支护巷道，Kv=0.740.81。,3 矿井通风阻力 3.1风流的流动状态 3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律和特性 3.5通风阻力测量 3.6流体的相似理论与应用,3.1风流的流动状态,12,3.2 摩擦阻力,一、摩擦阻力 风流在井巷中作均匀流动时，由
8、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：无因次系数，即沿程阻力系数，通过实验求得。 d圆形风管直径，非圆形管用当量直径；,3 矿井通风阻力 3.1风流的流动状态 3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律和特性 3.5通风阻力测量 3.6流体的相似理论与应用,13,1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
9、小、壁面粗糙度有关。其中壁面粗糙度的影响通过值来反映。19321933年间，尼古拉兹把经过筛分、粒径为k的砂粒均匀粘贴于管壁。砂粒的直径k就是管壁凸起的高度，称为绝对糙度；绝对糙度k与管道半径r的比值k/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与Re的关系曲线，如图3-2-1所示。,3 矿井通风阻力 3.1风流的流动状态 3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律和特性 3.5通风阻力测量 3.6流体的相似理论与应用,3.2 摩擦阻力,1
10、4,尼古拉兹实验结果,Lg（100）,lgRe,层流时,水力光滑壁面, 称为紊流光滑区,水力粗糙壁面, 称为紊流粗糙区又称为阻力平方区,过渡粗糙壁面, 称为紊流过渡粗糙区,紊流结构图示,3.2 摩擦阻力,15,结论分析： 区层流区。当Re2320(即lgRe3.36)时，不论管道粗糙度如何，其实验结果都集中分布于直线上。这表明与相对糙度k/r无关，只与Re有关，且=64/Re。与相对粗糙度无关 区过渡流区。2320Re4000(即3.36lgRe3.6)，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上。随Re增大而增大，与相对糙度无明显关系。,3 矿井
11、通风阻力 3.1风流的流动状态 3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律和特性 3.5通风阻力测量 3.6流体的相似理论与应用,3.2 摩擦阻力,16,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(Re4000)，但在一定的雷诺数下，当层流边层的厚度大于管道的绝对糙度k（称为水力光滑管）时，其实验点均集中在直线上，表明与k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，而相对糙度小的管道要在Re较大时才偏离直线。,3 矿井通风阻力 3.1风流的流动状态 3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律和特性 3.5通风阻力测量
12、3.6流体的相似理论与应用,3.2 摩擦阻力,17,3.2 摩擦阻力,区紊流过渡区，即图中所示区段。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，值既与Re有关，也与 k/r有关。 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k，砂粒凸起高度几乎全暴露在紊流核心中，故Re对值的影响极小，略去不计，相对糙度成为的唯一影响因素。故在该区段，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：,3 矿井通风阻力 3.1风流的流动状态 3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律和特性 3.5通风阻力测量 3.6流体的
13、相似理论与应用,18,2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： = 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 矿井通风阻力 3.1风流的流动状态 3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律和特性 3.5通风阻力测量 3.6流体的相似理论与应用,3.2 摩擦阻力,19,3、紊流摩擦阻力 对于紊流运动，=f (Re，k/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
14、计算式：,3 矿井通风阻力 3.1风流的流动状态 3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律和特性 3.5通风阻力测量 3.6流体的相似理论与应用,3.2 摩擦阻力,20,二、摩擦阻力系数与摩擦风阻 1摩擦阻力系数 矿井中大多数通风井巷风流的Re值已进入阻力平方区，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，则可视为定值；在标准状态下空气密度=1.2kg/m3。对上式， 令： 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：,3 矿井通风阻力 3.1风流的流动状态 3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定
15、律和特性 3.5通风阻力测量 3.6流体的相似理论与应用,3.2 摩擦阻力,21,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（0=1.2kg/m3）条件下的井巷的摩擦阻力系数，即所谓标准值0值，当井巷中空气密度1.2kg/m3时，其值应按下式修正：,3 矿井通风阻力 3.1风流的流动状态 3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律和特性 3.5通风阻力测量 3.6流体的相似理论与应用,3.2 摩擦阻力,22,2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、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/
16、m8。 在正常条件下当某一段井巷中的空气密度一般变化不大时，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。,3.2 摩擦阻力,3 矿井通风阻力 3.1风流的流动状态 3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律和特性 3.5通风阻力测量 3.6流体的相似理论与应用,23,三、井巷摩擦阻力计算方法 新建矿井：查表得0 Rf hf生产矿井：hf Rf 0,3.2 摩擦阻力,3 矿井通风阻力 3.1风流的流动状态 3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律和特性 3.5通风阻力测量 3.6流体的
17、相似理论与应用,24,例题：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=5，计划通过风量Q=1200m3/min，预计巷道中空气密度=1.25kg/m3，求该段巷道的通风阻力。 解 根据所给的d0、S值，由附表3-4查得:0 =284.21040.88=0.025Ns2/m4 则：巷道实际摩擦阻力系数巷道摩擦风阻巷道摩擦阻力,3.2 摩擦阻力,3 矿井通风阻力 3.1风流的流动状态 3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律和特性 3.5通风阻力测量 3.6流体的相似理论与应用,25,降低矿井通风阻力，对保证矿井安全生产和提高
18、经济效益具有重要意义降低井巷摩擦阻力措施 1减小摩擦阻力系数。 2保证有足够大的井巷断面。在其它参数不变时，井巷断面扩大33%，Rf值可减少50%。 3选用周长较小的井巷。在井巷断面相同的条件下，圆形断面的周长最小，拱形断面次之，矩形、梯形断面的周长较大。 4减少巷道长度。 5避免巷道内风量过于集中。,3 矿井通风阻力 3.1风流的流动状态 3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律和特性 3.5通风阻力测量 3.6流体的相似理论与应用,3.2 摩擦阻力,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
19、流的能量损失，这种阻力称为局部阻力。 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：局部阻力系数，无因次。 计算局部阻力，关键是局部阻力系数确定，因v=Q/S,当确定后，便可用,3.3 局部阻力,3 矿井通风阻力 3.1风流的流动状态 3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律和特性 3.5通风阻力测量 3.6流体的相似理论与应用,27,几种常见的局部阻力产生的类型： 、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。、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
20、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，出现涡漩。,3 矿井通风阻力 3.1风流的流动状态 3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律和特性 3.5通风阻力测量 3.6流体的相似理论与应用,3.3 局部阻力,28,、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。、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。,3 矿井通风阻力 3.1风流的流动状态 3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律和特性 3.5通风阻力测
21、量 3.6流体的相似理论与应用,3.3 局部阻力,29,二、局部阻力系数和局部风阻 (一) 局部阻力系数 紊流局部阻力系数一般主要取决于局部阻力物的形状，而边壁的粗糙程度为次要因素。 1突然扩大或式中： v1、v2分别为小断面和大断面的平均流速，m/s； S1、S2分别为小断面和大断面的面积，m； m空气平均密度，kg/m3。 对于粗糙度较大的井巷，可进行修正,3 矿井通风阻力 3.1风流的流动状态 3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律和特性 3.5通风阻力测量 3.6流体的相似理论与应用,3.3 局部阻力,30,2突然缩小 对应于小断面的动压 ， 值可按下式计算：考虑到巷道粗糙
22、度的影响：,3 矿井通风阻力 3.1风流的流动状态 3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律和特性 3.5通风阻力测量 3.6流体的相似理论与应用,3.3 局部阻力,31,3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摩擦损失和扩张损失两部分组成。 当20时，渐扩段的局部阻力系数可用下式求算：式中 风道的摩擦阻力系数，Ns2/m4；n风道大、小断面积之比，即21；扩张角。,3 矿井通风阻力 3.1风流的流动状态 3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律和特性 3.5通风阻力测量 3.6流体的相似理论与应用,3.3 局部阻力,32,4转弯 巷道转弯时的局部
23、阻力系数(考虑巷道粗糙程度)可按下式计算： 当巷高与巷宽之比H/b=0.21.0 时，当 H/b=12.5 时式中 0假定边壁完全光滑时，90转弯的局部阻力系数；巷道的摩擦阻力系数，N.s2/m4；巷道转弯角度影响系数。,3 矿井通风阻力 3.1风流的流动状态 3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律和特性 3.5通风阻力测量 3.6流体的相似理论与应用,3.3 局部阻力,33,3 矿井通风阻力 3.1风流的流动状态 3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律和特性 3.5通风阻力测量 3.6流体的相似理论与应用,3.3 局部阻力,34,3.3 局部阻力,5风流分叉与汇合 1
24、) 风流分叉典型的分叉巷道如图所示，12段的局部阻力hl2和13段的局部阻力hl3分别用下式计算：,3 矿井通风阻力 3.1风流的流动状态 3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律和特性 3.5通风阻力测量 3.6流体的相似理论与应用,35,2) 风流汇合如图所示，13段和23段的局部阻力hl3、hl23分别按下式计算：式中：,3.3 局部阻力,3 矿井通风阻力 3.1风流的流动状态 3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律和特性 3.5通风阻力测量 3.6流体的相似理论与应用,36,(二) 局部风阻 在局部阻力计算式中，令 ，则有：式中Rl称为局部风阻，其单位为N.s2/
25、m8或kg/m7。 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 3.1风流的流动状态 3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律和特性 3.5通风阻力测量 3.6流体的相似理论与应用,3.3 局部阻力,37,3 矿井通风阻力 3.1风流的流动状态 3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律和特性 3.5通风阻力测量 3.6流体的相似理论与应用,3.3 局部阻力,各种巷道突然增大与突然缩小的,38,3.3 局部阻力,其它几种局部阻力的 值,39,降低局部阻力措施 尽量避免井巷断面的突然扩大或突然缩小 断面大小悬殊的井巷，连接处断面应逐渐变化 尽可能避免井
26、巷直角转弯或大于90的转弯，拐弯处要做成斜面或者圆弧型，弯曲半径尽量加大。还可设置导风板。 尽量避免风流突然分叉或突然汇合。 主要巷道内不得随意停放车辆、堆积木料等 要加强矿井总回风道的维护和管理，对冒顶、片帮和积水处要及时处理。,3 矿井通风阻力 3.1风流的流动状态 3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律和特性 3.5通风阻力测量 3.6流体的相似理论与应用,3.3 局部阻力,40,一、井巷阻力特性 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。故可写成一般形式：hRQ2 Pa 。 对于特定井巷，R为定值。用纵坐标表示通风阻力(或压力)，横坐标表示通过风量，当风阻为R时
27、，则每一风量Qi值，便有一阻力hi值与之对应，根据坐标点（Qi,hi）即可画出一条抛物线。这条曲线就叫该井巷的阻力特性曲线。风阻R越大，曲线越陡。,3 矿井通风阻力 3.1风流的流动状态 3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律和特性 3.5通风阻力测量 3.6流体的相似理论与应用,3.4 通风阻力定律和特性,41,二、矿井总风阻 从入风井口到主要通风机入口，把顺序连接的各段井巷的通风阻力累加起来，就得到矿井通风总阻力hRm，这就是井巷通风阻力的叠加原则。 已知矿井通风总阻力hRm和矿井总风量Q，即可求得矿井总风阻： Rm是反映矿井通风难易程度的一个指标。Rm越大，矿井通风越困难；,
28、3 矿井通风阻力 3.1风流的流动状态 3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律和特性 3.5通风阻力测量 3.6流体的相似理论与应用,3.4 通风阻力定律和特性,42,三、矿井等积孔 我国常用矿井等积孔作为衡量矿井通风难易程度的指标。 假定在无限空间有一薄壁，在薄壁上开一面积为A(m2)的孔口。当孔口通过的风量等于矿井风量，且孔口两侧的风压差等于矿井通风阻力时，则孔口面积A称为该矿井的等积孔。,3 矿井通风阻力 3.1风流的流动状态 3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律和特性 3.5通风阻力测量 3.6流体的相似理论与应用,3.4 通风阻力定律和特性,43,设风流从I
29、 II，且无能量损失， 则有：得：风流收缩处断面面积A2与孔口面积A之比称为收缩系数，由水力学可知，一般=0.65，故A2=0.65A。则v2=Q/A2=Q/0.65A，代入上式后并整理得：,3 矿井通风阻力 3.1风流的流动状态 3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律和特性 3.5通风阻力测量 3.6流体的相似理论与应用,3.4 通风阻力定律和特性,44,取=1.2kg/m3，则：因Rm=hm2，故有由此可见，A是Rm的函数，故可以表示矿井通风的难易程度。 当A，容易；A - 2，中等；A困难。,3 矿井通风阻力 3.1风流的流动状态 3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻
30、力定律和特性 3.5通风阻力测量 3.6流体的相似理论与应用,3.4 通风阻力定律和特性,45,例题3-7某矿井为中央式通风系统，测得矿井通风总阻力hRm=2800Pa，矿井总风量Q=70m3/s，求矿井总风阻Rm和等积孔A，评价其通风难易程度。 解 可知该矿通风难易程度属中等。,3 矿井通风阻力 3.1风流的流动状态 3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律和特性 3.5通风阻力测量 3.6流体的相似理论与应用,3.4 通风阻力定律和特性,46,1、对于多风机工作的矿井，应根据各主要通风机工作系统的通风阻力和风量，分别计算各主要通风机所担负系统的等积孔，进行分析评价。 2、必须指出
31、，表3-18所列衡量矿井通风难易程度的等积孔值，是1873年缪尔格(Murgue)根据当时的生产情况提出的3，一直沿用至今。由于现代的矿井规模、开采方法、机械化程度和通风机能力等较以前已有很大的发展和提高，表中的数据对小型矿井还有一定的参考价值，对大型矿井或多风机通风系统的矿井，衡量通风难易程度的指标还有待研究。,3 矿井通风阻力 3.1风流的流动状态 3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律和特性 3.5通风阻力测量 3.6流体的相似理论与应用,3.4 通风阻力定律和特性,47,3 矿井通风阻力 3.1风流的流动状态 3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律和特性 3.5
32、通风阻力测量 3.6流体的相似理论与应用,3.4 通风阻力定律和特性,48,4通风机的功率风机输出功率：Nt=HtQ10-3 Ns=HsQ10-3 风机输入功率：N=Nt/t N=Ns/s 电动机输出功率：Nm=N/tr 电动机输入功率：Nm=Nm/m,3 矿井通风阻力 3.1风流的流动状态 3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律和特性 3.5通风阻力测量 3.6流体的相似理论与应用,3.4 通风阻力定律和特性,49,巷道阻力测定内容: 风阻测算 测量摩擦阻力系数 测量通风阻力的分配情况,3.5 通风阻力测量,3 矿井通风阻力 3.1风流的流动状态 3.2摩擦阻力 3.3局部阻力
33、3.4通风阻力定律和特性 3.5通风阻力测量 3.6流体的相似理论与应用,50,一、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。1）布置方式及连接方法,3.5 通风阻力测量,3 矿井通风阻力 3.1风流的流动状态 3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律和特性 3.5通风阻力测量 3.6流体的相似理论与应用,51,）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
34、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？,3 矿井通风阻力 3.1风流的流动状态 3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律和特性 3.5通风阻力测量 3.6流体的相似理论与应用,3.5 通风阻力测量,52,2、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
35、权平均值； Z121，2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)+ m12gZ12P12=P02-P01,3 矿井通风阻力 3.1风流的流动状态 3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律和特性 3.5通风阻力测量 3.6流体的相似理论与应用,3.5 通风阻力测量,53,局部阻力、局部阻力系数的测定 以转弯为例： 1.近似直接测定法 以1、2两段面间的通风阻力作为局部阻力 2.精确间接测定法,1,2,3,3 矿井通风阻力 3.1风流的流动状态 3.2摩擦阻力
36、 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律和特性 3.5通风阻力测量 3.6流体的相似理论与应用,3.5 通风阻力测量,54,3.5 通风阻力测量,二、矿井总阻力和总风阻的测算 1、抽出式通风矿井水柱计示值:即为 2断面相对静压h2故 h2（负压）= P02 - P2 沿风流方向，对1、2两断 面列伯努力方程: 由风流入口边界条件： ，即 又因1与2断面同标高，所以 且： 故上式可写为: 即：,3 矿井通风阻力 3.1风流的流动状态 3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律和特性 3.5通风阻力测量 3.6流体的相似理论与应用,55,2、压入式通风的系统对1、2两断面列伯努力方程得：hR=
37、(P1+hv1+m1gZ1)- (P2+hv2+m2gZ2) 边界条件及1、2同标高： P2 = P02 P01故有： P1-P2= P1-P01= h1m1gZ1-m2gZ2=HN压入式通风阻力可写为hR=h1+hV1-hv2+ HN,3 矿井通风阻力 3.1风流的流动状态 3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律和特性 3.5通风阻力测量 3.6流体的相似理论与应用,3.5 通风阻力测量,56,本章小结,风流的流态、井巷断面上的风速分布； 摩擦阻力系数、摩擦风阻、摩擦阻力的概念与计算； 局部阻力的类型与计算方法； 井巷阻力特性与阻力特性曲线； 矿井总风阻、矿井等积孔的概念与计算； 降低矿井通风阻力的措施。 通风阻力的测量。,
