1、風(fēng)流的能量與能量方程礦井通風(fēng)第1頁(yè)，共65頁(yè)。本章目的：正確理解礦井空氣的主要物理參數(shù)是掌握空氣在流動(dòng)過程中能量與壓力變化規(guī)律的前提，礦井通風(fēng)中應(yīng)用的能量方程是礦井通風(fēng)的基本理論。本章重點(diǎn)：空氣的主要物理參數(shù)；風(fēng)流的能量與壓力；空氣壓力測(cè)量及壓力關(guān)系；礦井通風(fēng)的能量方程及其應(yīng)用。風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程第2頁(yè)，共65頁(yè)。1、礦井空氣的主要物理參數(shù)（一）密度定義：?jiǎn)挝惑w積空氣所具有的質(zhì)量稱為空氣的密度，用來表示。式中 空氣的密度，kg/m3； M空氣的質(zhì)量，kg； V空氣的體積，m3。 在標(biāo)準(zhǔn)大氣狀況下（P101325Pa，t0， 0% ） ， 干空氣的密度為1.293 kg/m3

2、。當(dāng)空氣的相對(duì)濕度不為0時(shí)，稱為濕空氣，其計(jì)算式為 風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程第3頁(yè)，共65頁(yè)。1、礦井空氣的主要物理參數(shù)式中 p空氣的壓力，Pa； T熱力學(xué)溫度（T273+t），K； t 空氣的溫度，； 空氣的相對(duì)濕度，%； p飽溫度為t（）時(shí)的飽和水蒸氣壓力，pa。 一般將空氣壓力為101325Pa，溫度為20，相對(duì)濕度為60%的礦井空氣稱為標(biāo)準(zhǔn)礦井空氣，其密度為1.2kg/m3。 由上式可見，壓力越大，溫度越低，空氣密度越大。當(dāng)壓力和溫度一定時(shí)，濕空氣的密度總是小于干空氣的密度。 風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程第4頁(yè)，共65頁(yè)。1、礦井空氣的主要物理參數(shù)（二）比容定義

3、：?jiǎn)挝毁|(zhì)量空氣所占有的體積稱為空氣的比容，用來表示。式中 空氣的比容，m3 /kg 。風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程第5頁(yè)，共65頁(yè)。1、礦井空氣的主要物理參數(shù)（三）空氣的壓力（壓強(qiáng)） 礦井通風(fēng)中，習(xí)慣將壓強(qiáng)稱為空氣的壓力。由于空氣分子的熱運(yùn)動(dòng)，分子之間不斷碰撞，同時(shí)氣體分子也不斷地和容器壁碰撞，形成了氣體對(duì)容器壁的壓力。氣體作用在單位面積上的力稱為空氣的壓力，用P表示。 根據(jù)物理學(xué)的分子運(yùn)動(dòng)理論可導(dǎo)出理想氣體作用于容器壁的空氣壓力關(guān)系式為： 空氣壓力的單位為帕斯卡（Pa），簡(jiǎn)稱帕，1Pa=1N/m2。壓力較大時(shí)還有千帕（KPa）、兆帕（MPa），1MPa=103KPa=106Pa。有

4、的壓力儀器也用百帕（hPa）表示，1hPa=100Pa。 風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程第6頁(yè)，共65頁(yè)。1、礦井空氣的主要物理參數(shù)（四）空氣的黏性定義：當(dāng)流體以任一流速在管道中流動(dòng)時(shí)，靠近管道中心的流層流速快，靠近管道壁的流層流速慢，相鄰兩流層之間的接觸面上便產(chǎn)生粘性阻力（內(nèi)摩擦力），以阻止其相對(duì)運(yùn)動(dòng)，流體具有的這一性質(zhì)，稱為流體的粘性。根據(jù)牛頓內(nèi)摩擦力定律，流體分層間的內(nèi)摩擦力為：式中 動(dòng)力黏性系數(shù)，Pas； S相鄰流體層間的接觸面積，m2； dv/dy垂直于流體方向上的速度梯度，1/s。風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程第7頁(yè)，共65頁(yè)。1、礦井空氣的主要物理參數(shù)在空氣動(dòng)力學(xué)

5、中，通常用運(yùn)動(dòng)黏性系數(shù)來表示空氣的黏性，即 流體的粘性隨溫度和壓力的變化而變化。對(duì)空氣而言，粘性系數(shù)隨溫度的升高而增大，壓力對(duì)粘性系數(shù)的影響可以忽略。當(dāng)溫度為20，壓力為0.1MPa時(shí)，空氣的動(dòng)力粘性系數(shù)=1.80810-5Pas；運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù) =1.50110-5m2/s。風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程第8頁(yè)，共65頁(yè)。2、風(fēng)流的能量與壓力風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程 礦井通風(fēng)系統(tǒng)中，風(fēng)流在井巷某斷面上所具有的總機(jī)械能（包括靜壓能、動(dòng)能和位能）及內(nèi)能之和叫做風(fēng)流的能量。風(fēng)流之所以能夠流動(dòng)，其根本原因是系統(tǒng)中存在著能量差，所以風(fēng)流的能量是風(fēng)流流動(dòng)的動(dòng)力。單位體積空氣所具有的能

6、夠?qū)ν庾龉Φ臋C(jī)械能就是壓力。能量與壓力即有區(qū)別又有聯(lián)系，除了內(nèi)能是以熱的形式存在于風(fēng)流中外，其它三種能量一般通過壓力來體現(xiàn)，也就是說井巷任一通風(fēng)斷面上存在的靜壓能、動(dòng)能和位能可用靜壓、動(dòng)壓、位壓來呈現(xiàn)。第9頁(yè)，共65頁(yè)。2、風(fēng)流的能量與壓力定義：由分子熱運(yùn)動(dòng)理論可知，不論空氣處于靜止?fàn)顟B(tài)還是流動(dòng)狀態(tài)，空氣分子時(shí)刻都在做無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)。這種由空氣分子熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的不斷撞擊接觸面所呈現(xiàn)出來的壓強(qiáng)稱為靜壓，它是空氣具有靜壓能的體現(xiàn)，用p靜表示，單位是帕斯卡。 由于靜壓是靜壓能的體現(xiàn)，二者分別代表著空氣分子熱運(yùn)動(dòng)所具有的外在表現(xiàn)和內(nèi)涵，所以在數(shù)值上大小相等，靜壓是靜壓能的等效表示值。一、靜壓能靜壓E靜=

7、p靜風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程第10頁(yè)，共65頁(yè)。特點(diǎn)：（1）只要有空氣存在，不論是否流動(dòng)都會(huì)呈現(xiàn)靜壓；（2）由于空氣分子向器壁撞擊的機(jī)率是相同的，所以風(fēng)流中任一點(diǎn)的靜壓各向同值，且垂直作用于器壁；（3）靜壓是可以用儀器測(cè)量的，大氣壓力就是地面空氣的靜壓值；（4）靜壓的大小反映了單位體積空氣具有的靜壓能。風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程2、風(fēng)流的能量與壓力第11頁(yè)，共65頁(yè)?？諝鈮毫Φ膬煞N測(cè)算標(biāo)準(zhǔn)： 空氣的壓力根據(jù)所選用的測(cè)算基準(zhǔn)不同可分為兩種，即絕對(duì)壓力和相對(duì)壓力。（1）絕對(duì)壓力：以真空為基準(zhǔn)測(cè)算的壓力稱為絕對(duì)壓力，用P表示。由于以真空為零點(diǎn)，有空氣的地方壓力都大于零，所以

8、絕對(duì)壓力總是正值。（2）相對(duì)壓力：以當(dāng)?shù)禺?dāng)時(shí)同標(biāo)高的大氣壓力為基準(zhǔn)測(cè)算的壓力稱為相對(duì)壓力，用h表示。對(duì)于礦井空氣來說，井巷中空氣的相對(duì)壓力h就是其絕對(duì)壓力P與當(dāng)?shù)禺?dāng)時(shí)同標(biāo)高的地面大氣壓力P0的差值。即：hP P0 風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程2、風(fēng)流的能量與壓力第12頁(yè)，共65頁(yè)。 當(dāng)井巷空氣的絕對(duì)壓力一定時(shí)，相對(duì)壓力隨大氣壓力的變化而變化。在壓入式通風(fēng)礦井中，井下空氣的絕對(duì)壓力都高于當(dāng)?shù)禺?dāng)時(shí)同標(biāo)高的大氣壓力，相對(duì)壓力是正值，稱為正壓通風(fēng)；在抽出式通風(fēng)礦井中，井下空氣的絕對(duì)壓力都低于當(dāng)?shù)禺?dāng)時(shí)同標(biāo)高的大氣壓力，相對(duì)壓力是負(fù)值，又稱為負(fù)壓通風(fēng)。由此可以看出，相對(duì)壓力有正壓和負(fù)壓之分。在不

9、同通風(fēng)方式下，絕對(duì)壓力、相對(duì)壓力和大氣壓力三者的關(guān)系見圖2.1所示。風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程圖2.1 絕對(duì)壓力、相對(duì)壓力和大氣壓力之間的關(guān)系2、風(fēng)流的能量與壓力第13頁(yè)，共65頁(yè)。定義：空氣做定向流動(dòng)呈現(xiàn)出的能量稱為動(dòng)能，用E動(dòng)表示（J/m3），其動(dòng)能所呈現(xiàn)的壓力稱為動(dòng)壓（或速壓），用h動(dòng)（或h速）表示，單位Pa。二、動(dòng)能動(dòng)壓計(jì)算：設(shè)某點(diǎn)空氣密度為（kg/m3），定向流動(dòng)的流速為v（m/s），則單位體積空氣所具有的動(dòng)能為E動(dòng)，E動(dòng)對(duì)外所呈現(xiàn)的動(dòng)壓h動(dòng)為： 風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程2、風(fēng)流的能量與壓力第14頁(yè)，共65頁(yè)。特點(diǎn)：（1）只有做定向流動(dòng)的空氣才呈現(xiàn)出動(dòng)壓；（

10、2）動(dòng)壓具有方向性，僅對(duì)與風(fēng)流方向垂直或斜交的平面施加壓力。垂直流動(dòng)方向的平面承受的動(dòng)壓最大，平行流動(dòng)方向的平面承受的動(dòng)壓為零；（3）在同一流動(dòng)斷面上，因各點(diǎn)風(fēng)速不等，其動(dòng)壓各不相同；（4）動(dòng)壓無(wú)絕對(duì)壓力與相對(duì)壓力之分，總是大于零。風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程2、風(fēng)流的能量與壓力第15頁(yè)，共65頁(yè)。定義：?jiǎn)挝惑w積空氣在地球引力作用下，由于位置高度不同而具有的一種能量叫位能，用E位（J/m3）表示。位能所呈現(xiàn)的壓力叫位壓，用P位（Pa）表示。位能和位壓的大小，是相對(duì)于某一個(gè)參照基準(zhǔn)面而言的，是相對(duì)于這個(gè)基準(zhǔn)面所具有的能量或呈現(xiàn)的壓力。三、位能位壓計(jì)算：從地面上把質(zhì)量為M（kg）的物體提

11、高Z（m），就要對(duì)物體克服重力做功MgZ（J），物體因而獲得了相同數(shù)量的位能，即：E位 = mgZ風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程2、風(fēng)流的能量與壓力第16頁(yè)，共65頁(yè)。例：1122aZ1abZabZb2Z12圖2.2 立井位壓計(jì)算圖 如圖，井口斷面對(duì)第一水平和第二水平標(biāo)高的位壓是不相等的，如果求1-1斷面對(duì)2-2斷面的位能，可取2-2斷面為基準(zhǔn)面，1-1斷面的位壓為：實(shí)測(cè)時(shí)，應(yīng)在兩個(gè)斷面之間布置多個(gè)測(cè)點(diǎn)，分別測(cè)出各點(diǎn)和各段的平均密度，再由下式計(jì)算。測(cè)點(diǎn)布置的越多，測(cè)段垂直距離越小，計(jì)算結(jié)果越精確。風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程2、風(fēng)流的能量與壓力第17頁(yè)，共65頁(yè)。特點(diǎn)：（1）

12、位壓只相對(duì)于基準(zhǔn)面存在，是該斷面相對(duì)于基準(zhǔn)面的位壓差?；鶞?zhǔn)面的選取是任意的，因此位壓可為正值，也可為負(fù)值。為了便于計(jì)算，一般將基準(zhǔn)面設(shè)在所研究系統(tǒng)風(fēng)流的最低水平。（2）位壓是一種潛在的壓力，不能在該斷面上呈現(xiàn)出來。在靜止的空氣中，上斷面相對(duì)于下斷面的位壓，就是下斷面比上斷面靜壓的增加值，可通過測(cè)定靜壓差來得知。（3）在傾斜或垂直巷道中，空氣位壓和靜壓可以相互轉(zhuǎn)化。（4）不論空氣是否流動(dòng)，上斷面相對(duì)于下斷面的位壓總是存在的。 風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程2、風(fēng)流的能量與壓力第18頁(yè)，共65頁(yè)。全壓：礦井通風(fēng)中，為了研究方便，常把風(fēng)流中某點(diǎn)的靜壓與動(dòng)壓之和稱為全壓；勢(shì)壓：將某點(diǎn)的靜壓與位

13、壓之和稱為勢(shì)壓；總壓力：把井巷風(fēng)流中任一斷面（點(diǎn)）的靜壓、動(dòng)壓、位壓之和稱為該斷面（點(diǎn)）的總壓力。 井巷風(fēng)流中兩斷面上存在的能量差即總壓力差是風(fēng)流之所以能夠流動(dòng)的根本原因，空氣的流動(dòng)方向總是從總壓力大處流向總壓力小處，而不是取決于單一的靜壓、動(dòng)壓或位壓的大小。四、全壓、勢(shì)壓和總壓力2、風(fēng)流的能量與壓力風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程第19頁(yè)，共65頁(yè)。一、測(cè)壓儀器（一）測(cè)量絕對(duì)壓力的儀器1.空盒氣壓計(jì)圖2.3 空盒氣壓計(jì)的外形圖和構(gòu)造圖 空盒氣壓計(jì)的感壓元件是外表呈波紋形、內(nèi)為真空的特殊合金金屬膜盒。當(dāng)壓力增大或減小時(shí)，膜盒面相應(yīng)地凹下、凸出，通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將這種微小位移放大后，驅(qū)動(dòng)指針指

14、示出當(dāng)時(shí)測(cè)點(diǎn)的絕對(duì)壓力值。 常用的DYM3型空盒氣壓計(jì)的測(cè)壓范圍為80000108000Pa，最小分度為10Pa，經(jīng)過校正后的測(cè)量誤差不大于200Pa。因精度較低，一般只適用于粗略測(cè)量和空氣密度測(cè)算。3、空氣壓力測(cè)量及壓力關(guān)系風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程第20頁(yè)，共65頁(yè)。（二）測(cè)量相對(duì)壓力的儀器 測(cè)量井巷中（或管道內(nèi)）某點(diǎn)的相對(duì)壓力或兩點(diǎn)的壓力差時(shí)，一般需要用皮托管配合壓差計(jì)來進(jìn)行。壓差計(jì)有U形壓差計(jì)、單管傾斜壓差計(jì)、補(bǔ)償式微壓計(jì)等。3、空氣壓力測(cè)量及壓力關(guān)系風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程第21頁(yè)，共65頁(yè)。1.皮托管圖2.4 皮托管 皮托管是承受和傳遞壓力的工具。它由兩個(gè)

15、同心圓管相套組成，其結(jié)構(gòu)如圖2.4所示。內(nèi)管前端有中心孔，與標(biāo)有“+”號(hào)的接頭相通；外管前端側(cè)壁上分布有一組小孔，與標(biāo)有“”號(hào)的接頭相通，內(nèi)外管互不相通。使用時(shí)，將皮托管的前端中心孔正對(duì)風(fēng)流，此時(shí)，中心孔接受的是風(fēng)流的靜壓和動(dòng)壓（即全壓），側(cè)孔接受的是風(fēng)流的靜壓。通過皮托管的“+”接頭和“”接頭，分別將全壓和靜壓傳遞到壓差計(jì)上。3、空氣壓力測(cè)量及壓力關(guān)系風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程第22頁(yè)，共65頁(yè)。2.U壓差計(jì)圖2.5 U型垂直壓差計(jì) 有U形垂直壓差計(jì)和U形傾斜壓差計(jì)兩種，主要由U型玻璃管、刻度尺和支撐板組成。構(gòu)造如圖2.5所示。測(cè)壓時(shí)，當(dāng)進(jìn)入玻璃管兩端空氣壓力不相等時(shí)，則水面形成

16、高低差，在刻度尺上讀出其差值即表示欲測(cè)兩點(diǎn)壓力差。常用于礦井主通風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)測(cè)量風(fēng)硐內(nèi)外的壓差。3、空氣壓力測(cè)量及壓力關(guān)系風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程第23頁(yè)，共65頁(yè)。2.U壓差計(jì) 為了減少讀數(shù)誤差，可采用傾斜壓差計(jì)，它是將U型垂直壓差計(jì)放成傾斜位置使用。U型傾斜壓差計(jì)由刻度尺和傾斜支撐底座組成，可測(cè)定相對(duì)壓力、速壓和壓差。測(cè)量時(shí)其傾斜角度可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)解，讀出的傾斜液柱值必須將其換算成實(shí)際壓差，即式中 h實(shí)際壓差，Pa； L兩液柱面長(zhǎng)度差，mm； 儀器所裝的液體密度，kg/m3 ； U型管傾斜的角度。3、空氣壓力測(cè)量及壓力關(guān)系風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程第24頁(yè)，共6

17、5頁(yè)。3.單管型傾斜壓差計(jì)圖2.6 單管傾斜壓差計(jì)結(jié)構(gòu) 我國(guó)煤礦常用的單管傾斜壓差計(jì)有Y-61型、KSY型、M型等。如圖2.6所示為Y-61型單管傾斜壓差計(jì)。1-底座；2-水準(zhǔn)泡；3-弧形板；4-注液孔螺釘；5-零位調(diào)整螺釘；6-三通旋塞；7-游標(biāo)；8-玻璃管；9-調(diào)平螺釘；10-容器。3、空氣壓力測(cè)量及壓力關(guān)系風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程第25頁(yè)，共65頁(yè)。4.補(bǔ)償式微壓計(jì)圖2.7 補(bǔ)償式微壓計(jì)3、空氣壓力測(cè)量及壓力關(guān)系風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程第26頁(yè)，共65頁(yè)。（三）礦井通風(fēng)綜合參數(shù)檢測(cè)儀 3、空氣壓力測(cè)量及壓力關(guān)系風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程 我國(guó)生產(chǎn)的

18、JFY型礦井通風(fēng)綜合參數(shù)檢測(cè)儀，是一種能同時(shí)測(cè)量空氣的絕對(duì)壓力、相對(duì)壓力、風(fēng)速、溫度、濕度和時(shí)間的精密便攜式本質(zhì)安全型儀器，適用于煤礦井下使用。其主要技術(shù)參數(shù)如表2.2所示。表2.2 JFY型礦井通風(fēng)綜合參數(shù)檢測(cè)儀技術(shù)參數(shù)表 技術(shù)參數(shù)測(cè)量范圍測(cè)量分辨率測(cè)量精度絕對(duì)壓力（Pa）8000012000010100壓差（Pa）29230.989.8溫度（）-30+400.10.5相對(duì)濕度（%）50991.04.0風(fēng)速（m/s）0.6150.10.64(0.22%風(fēng)速值)415(0.52%風(fēng)速值)時(shí)間月、日、時(shí)、分、秒第27頁(yè)，共65頁(yè)。圖2.9 JFY型礦井通風(fēng)參數(shù)檢測(cè)儀面板圖1氣孔；2電源開關(guān)；3電

19、源電壓指示燈；4壓力記憶開關(guān)；5充電插座；6絕對(duì)壓力鍵；7壓差鍵；8溫度鍵；9相對(duì)濕度鍵；10風(fēng)速鍵；11記風(fēng)速鍵；12讀平均風(fēng)速鍵；13總清鍵；14備用鍵；15風(fēng)速傳感器；16溫度傳感器；17濕度傳感器；18液晶顯示；19單位顯示；20電子表第28頁(yè)，共65頁(yè)。3、空氣壓力測(cè)量及壓力關(guān)系風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程（1）測(cè)量絕對(duì)壓力。儀器通電后，整機(jī)進(jìn)入自檢狀態(tài)，顯示傳感器的周期數(shù)，按“總清”鍵，則顯示測(cè)點(diǎn)的絕對(duì)壓力，單位為hPa。（2）測(cè)量相對(duì)壓力。儀器通電后，只要按下“差壓”鍵，并將記憶開關(guān)撥向“記憶”位置，則進(jìn)入相對(duì)壓力測(cè)定狀態(tài)，此時(shí)，儀器將按鍵時(shí)測(cè)點(diǎn)的絕對(duì)壓力P0值記入內(nèi)存

20、中，并將此值作為后面的測(cè)壓基準(zhǔn)，當(dāng)儀器發(fā)生位移或測(cè)點(diǎn)的絕對(duì)壓力變化后，面板上液晶窗口顯示的總是壓差值（P =PP0），單位為mmH2O。只要不斷電和記憶開關(guān)處于“記憶”位置不變，后面的測(cè)壓基準(zhǔn)P0也不變。要想了解其它參數(shù)值，只要按下相應(yīng)的鍵即可。（3）測(cè)量溫度和相對(duì)濕度。儀器通電后，不論處于何種狀態(tài)，只要按下“溫度”鍵，就顯示當(dāng)時(shí)測(cè)點(diǎn)的溫度值；按下“濕度”鍵，就顯示當(dāng)時(shí)測(cè)點(diǎn)的相對(duì)濕度值。因溫度和濕度傳感器都有滯后現(xiàn)象，因此，從前一測(cè)點(diǎn)轉(zhuǎn)到另一測(cè)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)等待25min后再讀數(shù)。第29頁(yè)，共65頁(yè)。3、空氣壓力測(cè)量及壓力關(guān)系風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程（4）測(cè)量風(fēng)速?？梢詼y(cè)量點(diǎn)風(fēng)速，也可

21、以測(cè)量斷面的平均風(fēng)速。測(cè)量點(diǎn)風(fēng)速時(shí)，只要把風(fēng)速傳感器上的箭頭方向朝向風(fēng)流，按下“風(fēng)速”鍵讀數(shù)即可，單位為m/s。要測(cè)斷面的平均風(fēng)速時(shí)，可利用機(jī)械風(fēng)表測(cè)風(fēng)時(shí)的定點(diǎn)法（如圖1-10），先測(cè)1點(diǎn)風(fēng)速，按下“風(fēng)速”鍵，顯示1點(diǎn)風(fēng)速值。再按下“記風(fēng)”鍵，顯示該點(diǎn)風(fēng)速后，又顯示一下“1”，表示1點(diǎn)的風(fēng)速已存入內(nèi)存中；將傳感器移到2點(diǎn)，按下“記風(fēng)”鍵，顯示2點(diǎn)的風(fēng)速值后又顯示一下“2”，表示2點(diǎn)的風(fēng)速已存入內(nèi)存；，如此進(jìn)行，直到將所有測(cè)點(diǎn)測(cè)完，最后再按“讀風(fēng)”鍵，讀出該巷道斷面的平均風(fēng)速值。第30頁(yè)，共65頁(yè)。二、風(fēng)流點(diǎn)壓力的測(cè)量及壓力關(guān)系（一）風(fēng)流點(diǎn)壓力 井巷風(fēng)流斷面上任一點(diǎn)的壓力稱為風(fēng)流的點(diǎn)壓力。相對(duì)于

22、某基準(zhǔn)面來說，點(diǎn)壓力也有靜壓、動(dòng)壓和位壓；就其形成的特征來說，點(diǎn)壓力可分為靜壓、動(dòng)壓和全壓；根據(jù)壓力的兩種測(cè)算基準(zhǔn)，靜壓又分為絕對(duì)靜壓（P靜）和相對(duì)靜壓（h靜）；全壓也分為絕對(duì)全壓（P全）和相對(duì)全壓（h全）；動(dòng)壓永遠(yuǎn)為正值，無(wú)絕對(duì)、相對(duì)壓力之分，用h動(dòng)表示。 需要說明的是，同一巷道或通風(fēng)管道斷面上，各點(diǎn)的點(diǎn)壓力是不等的。在水平面上，各點(diǎn)的靜壓、位壓都相同，動(dòng)壓則是中心處最大；在垂直面上，從上到下，靜壓逐漸增大，位壓逐漸減小，動(dòng)壓也是中心處最大。因此，從斷面上的總壓力來看，一般中心處的點(diǎn)壓力最大，周壁的點(diǎn)壓力最小。3、空氣壓力測(cè)量及壓力關(guān)系風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程第31頁(yè)，共65頁(yè)

23、。（二）絕對(duì)壓力的測(cè)量及其相互關(guān)系絕對(duì)靜壓P靜的測(cè)定：井巷風(fēng)流中某點(diǎn)的絕對(duì)靜壓一般用空盒氣壓計(jì)、精密氣壓計(jì)或礦井通風(fēng)綜合參數(shù)測(cè)定儀測(cè)定。3、空氣壓力測(cè)量及壓力關(guān)系風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程動(dòng)壓h動(dòng)的測(cè)定有兩種方法：（1）在通風(fēng)井巷中，一般用風(fēng)表測(cè)出該點(diǎn)的風(fēng)速，利用公式計(jì)算動(dòng)壓。（2）在通風(fēng)管道中，可利用皮托管和壓差計(jì)直接測(cè)出該點(diǎn)的動(dòng)壓。如圖2.10所示。圖2.10 動(dòng)壓的測(cè)定第32頁(yè)，共65頁(yè)。絕對(duì)全壓P全的測(cè)定：測(cè)出某點(diǎn)的絕對(duì)靜壓P靜和動(dòng)壓h動(dòng)之后，用下式計(jì)算該點(diǎn)的絕對(duì)全壓P全：P全P靜h動(dòng) 上式也是絕對(duì)壓力之間的關(guān)系式。即不論抽出式通風(fēng)還是壓入式通風(fēng)，某一點(diǎn)的絕對(duì)全壓等于絕對(duì)靜

24、壓與動(dòng)壓的代數(shù)和。因動(dòng)壓為正值，所以絕對(duì)全壓大于絕對(duì)靜壓。3、空氣壓力測(cè)量及壓力關(guān)系風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程第33頁(yè)，共65頁(yè)。（三）相對(duì)壓力的測(cè)量及其相互關(guān)系3、空氣壓力測(cè)量及壓力關(guān)系風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程第34頁(yè)，共65頁(yè)。3、空氣壓力測(cè)量及壓力關(guān)系風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程1、壓入式通風(fēng)中相對(duì)壓力的測(cè)量及相互關(guān)系 如圖所示，皮托管的“+”接頭傳遞的是風(fēng)流的絕對(duì)全壓P全，“”接頭傳遞的是風(fēng)流的絕對(duì)靜壓P靜，風(fēng)筒外的壓力是大氣壓力P0。在壓入式通風(fēng)中，因?yàn)轱L(fēng)流的絕對(duì)壓力都高于同標(biāo)高的大氣壓力，所以P全P0、P靜P0，P全P靜。由圖中壓差計(jì)1、2、3的

25、液面可以看出，絕對(duì)壓力高的一側(cè)液面下降，絕對(duì)壓力低的一側(cè)液面上升。 壓差計(jì)1測(cè)得的是風(fēng)流中的相對(duì)靜壓：h靜P靜P0 壓差計(jì)3測(cè)得的是風(fēng)流中的相對(duì)全壓：h全P全P0 壓差計(jì)2測(cè)得的是風(fēng)流中的動(dòng)壓：h動(dòng)P全P靜 整理得：h全P全P0（P靜h動(dòng)）P0（P靜P0）h動(dòng)h靜h動(dòng) 第35頁(yè)，共65頁(yè)。3、空氣壓力測(cè)量及壓力關(guān)系風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程2、抽出式通風(fēng)中相對(duì)壓力的測(cè)量及相互關(guān)系 如圖所示，壓差計(jì)4、5、6分別測(cè)定風(fēng)流的相對(duì)靜壓、動(dòng)壓、相對(duì)全壓。在抽出式通風(fēng)中，因?yàn)轱L(fēng)流的絕對(duì)壓力都低于同標(biāo)高的大氣壓力，所以P全P0、P靜P0，P全P靜。由圖中壓差計(jì)4、6的液面可以看出，與大氣壓力P

26、0相通的一側(cè)水柱下降，另一側(cè)水柱上升，壓差計(jì)5中的液面變化與抽出式相同。由此可知測(cè)點(diǎn)風(fēng)流的相對(duì)壓力為： h靜P0P靜 或 -h靜P靜P0 h全P0P全 或 -h全P全P0 h動(dòng)P全P靜 整理得：h全P0P全P0（P靜h動(dòng)）（P0P靜）h動(dòng)h靜h動(dòng)第36頁(yè)，共65頁(yè)。例：在抽出式風(fēng)筒中，測(cè)得某點(diǎn)的相對(duì)靜壓為1200Pa，動(dòng)壓為100Pa，風(fēng)筒外大氣壓為98000Pa。試求該點(diǎn)的絕對(duì)靜壓、絕對(duì)全壓和相對(duì)全壓。p靜 = p0 h靜 = 98000 1200 = 96800Pap全 = p動(dòng) p靜 =100+96800=96900Pah全 = h靜 h動(dòng)=1200 100=1100Pa解：3、空氣壓力

27、測(cè)量及壓力關(guān)系風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程第37頁(yè)，共65頁(yè)。第38頁(yè)，共65頁(yè)。第39頁(yè)，共65頁(yè)。4、礦井通風(fēng)中的能量方程及其應(yīng)用一、理想流體 不可壓縮、沒有黏滯性的穩(wěn)定流動(dòng)的流體，成為理想流體，這種理想流體實(shí)際上是不存在的。氣體雖然容易被壓縮，但在研究井下風(fēng)流流動(dòng)規(guī)律時(shí)，由于巷道空間小，其密度沒有明顯變化，所以將其當(dāng)成理想流體來研究。風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程第40頁(yè)，共65頁(yè)。二、穩(wěn)流與流體流動(dòng)的連續(xù)性 在礦井巷道中流動(dòng)的風(fēng)流是連續(xù)不斷的流動(dòng)介質(zhì)，充滿流經(jīng)的巷道空間。根據(jù)質(zhì)量守恒定律，對(duì)于穩(wěn)定流體，單位時(shí)間內(nèi)流入某一空間的流體質(zhì)量等于流出該空間的流體質(zhì)量。井巷中的

28、風(fēng)流可以看作是穩(wěn)定流。圖2.12 穩(wěn)定流連續(xù)性 對(duì)于不可壓縮流體（密度變化不大），通過任意斷面的體積流量Q（m3/s）相等，即4、礦井通風(fēng)中的能量方程及其應(yīng)用風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程第41頁(yè)，共65頁(yè)。二、穩(wěn)流與流體流動(dòng)的連續(xù)性例：如圖2.12所示，已知S1=10m2，S2=8m2，v1=3m/s；1、2斷面的空氣密度分別為1= 2=1.18kg/m3。試求（1）兩個(gè)斷面的質(zhì)量流量；（2）兩個(gè)斷面的體積流量；（3）2斷面的平均流速。解：（1） （2） （3）4、礦井通風(fēng)中的能量方程及其應(yīng)用風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程第42頁(yè)，共65頁(yè)。三、基本方程能量方程（一）穩(wěn)定元流

29、段的能量方程-伯諾利方程 礦井風(fēng)流沿井巷流動(dòng)時(shí)，不僅因克服阻力損失機(jī)械能，同時(shí)還不斷與外界進(jìn)行熱交換，所以風(fēng)流與外界除有能量傳遞外還有熱量交換。故可應(yīng)用熱力學(xué)第一定律（能量守恒定律）分析任意元段的能量平衡關(guān)系。Z1Z222p2u2dA2v211u1dA1p1v1圖2.13 流體元流段變化4、礦井通風(fēng)中的能量方程及其應(yīng)用風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程第43頁(yè)，共65頁(yè)。三、基本方程能量方程（一）穩(wěn)定元流段的能量方程-伯諾利方程式中 h阻12單位體積氣體的能量損失，J/m3； Z1、Z2 斷面中心距基準(zhǔn)面的高度，m。4、礦井通風(fēng)中的能量方程及其應(yīng)用風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程第4

30、4頁(yè)，共65頁(yè)。（1）其意義是1kg（或1m3）氣體從1斷面流向2斷面的過程中所消耗的能量（即阻力）等與1、2斷面空氣總能量的損失（靜壓能、動(dòng)能和位能）。（2）風(fēng)流必須是穩(wěn)定的，即某一斷面上的狀態(tài)參數(shù)不隨時(shí)間變化而變化。（3）風(fēng)流總是從能量大的斷面流向能量小的斷面，實(shí)際中可以應(yīng)用這一特點(diǎn)判斷風(fēng)流方向和計(jì)算阻力。（4）應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)幕鶞?zhǔn)面，以便簡(jiǎn)化計(jì)算過程。（5）在兩斷面之間有壓源時(shí)，若壓源作用方向與風(fēng)流方向相同，壓源能量為正，反之，為負(fù)。（6）單位體積空氣的能量方程式只適用于兩斷面間流量不變的條件，否則要應(yīng)用總能量守恒與轉(zhuǎn)換定律列方程計(jì)算。（7）應(yīng)用能量方程時(shí)，要注意單位的統(tǒng)一。（二）關(guān)于能量方

31、程實(shí)際應(yīng)用的幾點(diǎn)說明4、礦井通風(fēng)中的能量方程及其應(yīng)用風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程第45頁(yè)，共65頁(yè)。一、礦井風(fēng)流中的能量方程實(shí)際應(yīng)用能量方程時(shí)，流體運(yùn)動(dòng)必須滿足三個(gè)條件：流體運(yùn)動(dòng)時(shí)穩(wěn)定流；流體是不可壓縮的；流體運(yùn)動(dòng)處于重力作用條件下。 在實(shí)際中，礦井總風(fēng)壓和總風(fēng)量也變化不大，可以認(rèn)為井下空氣流動(dòng)是穩(wěn)定流動(dòng)；空氣雖可壓縮，但對(duì)井深不超過1000m的礦井，空氣密度變化不大，可近似認(rèn)為不可壓縮。所以可以應(yīng)用上述不可壓縮流體的能量方程式解決礦井通風(fēng)的實(shí)際問題?；?、礦井通風(fēng)中的能量方程及其應(yīng)用風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程第46頁(yè)，共65頁(yè)。一、礦井風(fēng)流中的能量方程1、動(dòng)壓中的1、2

32、分別取1、2斷面風(fēng)流的空氣密度。2、位壓中的1、2視基準(zhǔn)面的選取情況按下述方法計(jì)算：（1）當(dāng)1、2斷面位于礦井最低水平的同一側(cè)時(shí)，如圖2.13a所示， 12（12）/2 （2）當(dāng)1、2斷面分別位于礦井最低水平的兩側(cè)時(shí)如圖2.13b所示， 10（10）/2，20（20）/2。 動(dòng)壓中1、2與位壓中1、2的選取方法4、礦井通風(fēng)中的能量方程及其應(yīng)用風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程第47頁(yè)，共65頁(yè)。例2.2：某段傾斜巷道如圖所示，已知1、2斷面的絕對(duì)靜壓分別為p1=100642Pa，p2=99975Pa；風(fēng)流速度分別為v1=5m/s，v2=3/s；空氣密度分別為1=1.22kg/m3， 2=1

33、.20kg/m3；Z1=0、Z2=60m。試求兩斷面間通風(fēng)阻力并判斷風(fēng)流方向。解：60m1221兩端面之間的通風(fēng)阻力為29.47Pa，風(fēng)流方向?yàn)?1。二、能量方程的應(yīng)用（一）計(jì)算巷道通風(fēng)阻力并判斷風(fēng)流方向4、礦井通風(fēng)中的能量方程及其應(yīng)用風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程第48頁(yè)，共65頁(yè)。 能量方程是礦井通風(fēng)中的基本定律，通過實(shí)例分析可以得出以下規(guī)律： （1）不論在任何條件下，風(fēng)流總是從總壓力大的斷面流向總壓力小的斷面； （2）在水平巷道中，因?yàn)槲粔翰畹扔诹?，風(fēng)流將由絕對(duì)全壓大的斷面流向絕對(duì)全壓小的斷面； （3）在等斷面的水平巷道中，因?yàn)槲粔翰?、?dòng)壓差均等于零，風(fēng)流將從絕對(duì)靜壓大的斷面流向

34、絕對(duì)靜壓小的斷面。4、礦井通風(fēng)中的能量方程及其應(yīng)用風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程第49頁(yè)，共65頁(yè)。（二）礦井通風(fēng)阻力與空氣壓力的關(guān)系1.抽出式通風(fēng)礦井中通風(fēng)阻力與主通風(fēng)機(jī)風(fēng)硐斷面相對(duì)壓力之間的關(guān)系圖2.15 抽出式通風(fēng)礦井 在抽出式通風(fēng)礦井中，整個(gè)風(fēng)流流動(dòng)路線所遇到的阻力為進(jìn)風(fēng)井口的局部阻力與井筒、巷道的通風(fēng)阻力之和。即式中 h阻礦礦井通風(fēng)總阻力，Pa。4、礦井通風(fēng)中的能量方程及其應(yīng)用風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程第50頁(yè)，共65頁(yè)。 將進(jìn)風(fēng)口以上很小距離處斷面設(shè)為0斷面，此處斷面的風(fēng)速和0、1兩端面的高差都近似為0，在0-1斷面應(yīng)用能量方程求出進(jìn)風(fēng)井筒1處的局部阻力為： 同

35、理，在進(jìn)風(fēng)井口斷面1與主通風(fēng)機(jī)風(fēng)井井筒4應(yīng)用能量方程式，可求出井筒及巷道的通風(fēng)阻力h阻14為：則4、礦井通風(fēng)中的能量方程及其應(yīng)用風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程第51頁(yè)，共65頁(yè)。 上式即為抽出式通風(fēng)礦井的總阻力計(jì)算式，它反映了礦井通風(fēng)阻力與通風(fēng)機(jī)風(fēng)硐斷面相對(duì)壓力之間的關(guān)系。在通風(fēng)管理中，可利用這一特點(diǎn)，在通風(fēng)機(jī)房將壓差計(jì)與風(fēng)硐內(nèi)的皮托管相連，隨時(shí)掌握礦井通風(fēng)阻力的變化情況。設(shè) 為礦井的自然風(fēng)壓，則 當(dāng) 時(shí)，h自為正值；當(dāng) 時(shí)，h自為負(fù)值；4、礦井通風(fēng)中的能量方程及其應(yīng)用風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程第52頁(yè)，共65頁(yè)。例2.3：某抽出式礦井如圖2.16所示。設(shè)自然風(fēng)壓h自為98

36、Pa，其作用與通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓相反。風(fēng)量Q=40m3/s，S4=5m2，4=1.19kg/m3，h靜4=1960Pa，P0=101325Pa。試求h動(dòng)4、h阻14、h全4、p靜4、p全4。解：4、礦井通風(fēng)中的能量方程及其應(yīng)用風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程第53頁(yè)，共65頁(yè)。（二）礦井通風(fēng)阻力與空氣壓力的關(guān)系2.壓入式通風(fēng)礦井中通風(fēng)阻力與主通風(fēng)機(jī)風(fēng)硐斷面相對(duì)壓力之間的關(guān)系圖2.16 壓入式通風(fēng)礦井 在壓入式通風(fēng)礦井中，一般包括吸風(fēng)段12和壓風(fēng)段36，它實(shí)際上屬于抽出壓入混合式通風(fēng)。主要風(fēng)流路線包括吸風(fēng)段12、進(jìn)風(fēng)井筒34、井下巷道45和出風(fēng)井筒56。風(fēng)流在整個(gè)流動(dòng)過程中所遇到的阻力主要包括吸風(fēng)

37、段巷道和壓風(fēng)段巷道中的阻力。即4、礦井通風(fēng)中的能量方程及其應(yīng)用風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程第54頁(yè)，共65頁(yè)。根據(jù)能量方程式得：4、礦井通風(fēng)中的能量方程及其應(yīng)用風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程第55頁(yè)，共65頁(yè)。 由于壓入式通風(fēng)礦井吸風(fēng)段的高差很小，可以把此段的自然風(fēng)壓忽略。即整理公式得：4、礦井通風(fēng)中的能量方程及其應(yīng)用風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程第56頁(yè)，共65頁(yè)。（二）礦井通風(fēng)阻力與空氣壓力的關(guān)系3.通風(fēng)系統(tǒng)中能量（壓力）坡度圖水平巷道的風(fēng)流能量坡度圖 通風(fēng)系統(tǒng)中風(fēng)流能量（壓力）坡度圖是對(duì)礦井通風(fēng)能量方程的圖形描述。從圖2.18可以清楚表明水平巷道通風(fēng)中各斷面的靜

38、壓、動(dòng)壓、位壓和通風(fēng)阻力之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，對(duì)礦井通風(fēng)管理具有重要意義。 由于風(fēng)道是水平的，故各斷面 間無(wú)位能差，且大氣壓相等。由能量方程知，任一兩端面間的通風(fēng)阻力就等于兩端面間的全壓差。4、礦井通風(fēng)中的能量方程及其應(yīng)用風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程第57頁(yè)，共65頁(yè)。012345678910P0壓力Pa流程擴(kuò)散器hR12h動(dòng)4h全h阻78全壓線靜壓線靜壓線全壓線圖2.18 水平巷道能量（壓力）坡度圖4、礦井通風(fēng)中的能量方程及其應(yīng)用風(fēng) 流 的 能 量 與 能 量 方 程第58頁(yè)，共65頁(yè)。3.通風(fēng)系統(tǒng)中能量（壓力）坡度圖礦井通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)流能量坡度線的繪制 繪制礦井通風(fēng)系統(tǒng)的能量（壓力）坡度線（一般用絕對(duì)壓力）的方法：以礦井最低水平作為位壓計(jì)算基準(zhǔn)面，在礦井通風(fēng)系統(tǒng)中沿風(fēng)流流程布設(shè)若干測(cè)點(diǎn)，測(cè)出各點(diǎn)的絕對(duì)靜壓、風(fēng)速、溫度、濕度、標(biāo)高等參數(shù)，計(jì)算出各點(diǎn)的動(dòng)壓、位能和總能量；然后在壓力風(fēng)流流程坐標(biāo)圖上描出各測(cè)點(diǎn)的參數(shù)，將同名參數(shù)點(diǎn)用折線連接起來，即是所要繪制的通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)流能量（壓力）坡度線。具體包括三條坡度線：風(fēng)流全能量（總壓力）坡度線