1、第一節(jié) 礦內(nèi)空氣的主要物理參數(shù)、密度單位體積空氣所具有的質(zhì)量稱為空氣的密度，用符號P表示?？諝饪梢钥醋魇蔷|(zhì)氣體， 故：P = , kg/m3( 1-2-1)式中m空氣的質(zhì)量，kg ；空氣的體積，m3 ；P空氣的密度，kg/m3；一般地說，當空氣的溫度和壓力改變時，其體積會發(fā)生變化。所以空氣的密度是隨溫 度、壓力而變化的，從而可以得出空氣的密度是空間點坐標和時間的函數(shù)。如在大氣壓P0 為101325 Pa、氣溫為0 C (273.15 K)時，干空氣的密度p0為1.293 kg/m3。濕空氣的密度是l m3空氣中所含干空氣質(zhì)量和水蒸汽質(zhì)量之和：(1-2-2)式中pd1m3空氣中干空氣的質(zhì)量，k

2、g ；Pv1m3空氣中水蒸汽的質(zhì)量，kg ；由氣體狀態(tài)方程和道爾頓分壓定律可以得出濕空氣的密度計算公式:(1-2-3(1-2-3)P = 0.003484273 +1式中P空氣的壓力，Pa ；t一空氣的溫度，C ；P,一溫度t時飽和水蒸汽的分壓，Pa ； 眩一相對濕度，用小數(shù)表示。二、比容空氣的比容是指單位質(zhì)量空氣所占有的體積，用符號V (m3/kg)表示，比容和密度互為 倒數(shù)，它們是一個狀態(tài)參數(shù)的兩種表達方式。則：V = = ，m3/kg(1-2-4)m p在礦井通風中，空氣流經(jīng)復雜的通風網(wǎng)絡時，其溫度和壓力將會發(fā)生一系列的變化，這 些變化都將引起空氣密度的變化，在不同的礦井這種變化的規(guī)律是

3、不同的。在實際應用中， 應考慮什么情況下可以忽略密度的這種變化，而在什么條件下又是不可忽略的。三、粘性當流體層間發(fā)生相對運動時，在流體內(nèi)部兩個流體層的接觸面上，便產(chǎn)生粘性阻力（內(nèi) 摩擦力）以便阻止相對運動，流體具有的這一性質(zhì)，稱作流體的粘性。例如，空氣在管道內(nèi) 以速度u作層流流動時，管壁附近的流速較小，向管道軸線方向流速逐漸增大，如同把管內(nèi) 的空氣分成若干薄層，圖1-2-1所示。圖1-2-1空氣粘性在垂直流動方向上，設有厚度為dy（m），速度為u（m/s），速度增量為du（m/s）的分層，在流動方向上的速度梯度為dudy-1，由牛頓內(nèi)摩擦定律：（1-2-5）（1-2-5）f = H -s- d

4、y式中：f內(nèi)摩擦力，N；s流層之間的接觸面積，m2；H動力粘度（或稱絕對粘度），Pa - s，它隨著氣溫和氣壓而變化。另外，在礦井通風中還常用運動粘性系數(shù)，用符爭（m/s2）表示氣體的粘性，這個系 數(shù)和系數(shù)有以下關系：V = （1-2-6）P式中p氣體的密度，kg/m3。溫度是影響流體粘性的主要因素之一，但對氣體和液體的影響不同。氣體的粘性隨溫度 的升高而增大；液體的粘性隨溫度的升高而減小，如圖1-2-2所示。0 so 40 60 &Q loot圖1-2-2空氣與水的粘性隨溫度的變化在實際應用中，壓力對流體的粘性影響很小，可以忽略。在考慮流體的可壓縮性時常采 用動力粘度而不用運動粘度。表1-2

5、-1為幾種有關流體的粘度。表1-2-1幾種氣體的粘度(0.1 MPa, t=20 C)流體名稱動力粘度 / Pa - s運動粘度v / m2 - s-1空氣1.808X10-51.501X10-5氮氣(N2)1.76 X10-51.41X10-5氧氣(O2)2.04X10-51.43X10-5甲烷(CH4)1.08X10-51.52X10-5水1.005X10-31.007X10-6四、比熱容為了計算熱力過程的熱交換量，必須知道單位數(shù)量氣體的熱容量或比熱容。單位物量的 氣體，升高或降低絕對溫度1K時所吸收或放出的熱量稱為比熱容。定義式為c = dQ / dT，kJ/(kg-k)(1-2-7)比

6、熱容的單位取決于熱量單位和物量單位。表示物量的單位不同，比熱容的單位也不同。 通常采用的物量單位：質(zhì)量(kg)、標準容積(Nm3)和千摩爾(kmo1)。因此，相應的就有質(zhì)量 比熱容、容積比熱容和摩爾比熱容之分。質(zhì)量比熱容的符號c，表示1 kg空氣升高或降低1K時所吸收或放出的熱量，單位是J/ (kg-K)0容積比熱容的符號是c，表示1 Nm3體積空氣升高或降低1 K時所吸收或放出的熱量， 單位是 J/ (Nm3-K)o摩爾比熱容的符號是C或MC，表示1 kmol空氣升高或降低1K時所吸收或放出的熱量， 單位是 J/ (kmol-K)o三種比熱容的換算關系是(1-2-8)C = MC = (1-

7、2-8)22.40式中 M一氣體的分子量;p一氣體在標準狀態(tài)下的密度，g/m3。熱量不是氣體狀態(tài)參數(shù)，所以C也不是狀態(tài)參數(shù)，而是氣體熱力變化過程的函數(shù)。影 響其大小的主要因素是：物質(zhì)的性質(zhì)、熱力過程、物質(zhì)所處的狀態(tài)等。氣體的比熱容與熱力過程有關，工程中最為常見的是定容過程和定壓過程。比熱容相應 地分為比定容熱容（Cv）和比定壓熱容（，）。Cv和，值分別表示為(1-2-9)業(yè)(1-2-9)I dT ）Vp在等容過程中，氣體不能膨脹做功，所吸收的熱量全部用來增加氣體的內(nèi)能，使內(nèi)能增 加，溫度升高；在等壓過程中，氣體可以膨脹，所吸收的熱量除用來增加氣體分子的內(nèi)能外， 還應克服外力做功，因而對相同質(zhì)量

8、的氣體升高同樣的溫度，在等壓過程中所需的熱量要比 等容過程多，故比定壓熱容Cp總是大于比定容熱容CV。理想氣體的比熱容也是溫度的單值 函數(shù)，比熱容隨溫度的升高而增大。不同溫度時，空氣的七和七的數(shù)值如表1-2-2所列。表1-2-2 空氣的比熱容比項容 一一-溫度-10 C0 C15 C30 C80 C比定容熱容/ CVkJ/ (kg-K)0.70760.71180.71180.71590.7201比定壓熱容/ C pkJ/ (kg-K)0.99651.00061.00061.00061.0009令cv=k，這個比值稱為氣體的比熱比，或名絕熱指數(shù)，每種氣體各有一個幾乎不變的k值，對于空氣，k1.4

9、10溫度單位雙1概述溫度的國際單位是開爾文用符號“K”表示開氐溫度標度是用一種理想氣體來確立的，它的零點被稱為絕對零度。根據(jù)動力學理論， 當溫度在絕對零度時，氣體分子的動能為零。為了方便起見。開氏溫度計的刻度單位與攝氏 溫度計上的刻度單位相一致，也就是說，開氏溫度計上的一度等于攝氏溫度計上的一度，水 的冰點攝氏溫度計為0C，開氏溫度計為273.15K。熱力學溫度單位開爾文(K)是國際單位制(SI)基本單位之一。其他基本單位是米、千 克、秒、安培、摩爾和坎德拉。2開爾文開爾文(K)是熱力學溫度單位，等于水的三相點熱力學溫度的(1/273.16)。上述定義以物理常量:水三相點熱力學溫度Ttr為基礎

10、，而Tt r國際上已于1967年協(xié) 議，精確地等于273.16K。1K=1/273.16 Tt r開爾文是用英國科學家開爾文的名字命名的威廉湯姆森(WilliamThomson)，后來的開爾文勛爵(LordKelvin of Largs)， 1824年6月26日生于英國北愛爾蘭貝爾法斯特。他的特殊天賦和理解力很早就表現(xiàn)出來了, 以致他在10歲就被格拉斯哥大學注冊錄取。16歲他作為大學生來到劍橋，在劍橋他所有功 課成績都很優(yōu)秀。湯姆森作為格拉斯哥大學物理學教授從1846年開始從事教學和科學研究 人們說，在他那兒，計劃1小時的課經(jīng)常持續(xù)3個小時。湯姆森的興趣一向在熱力學和電學方面。熱能的研究使他認

11、識了一個可能最低的溫度， 即溫度的絕對零度。他把這個-273.15C的溫度點當作一個新的溫度和溫標(圖略)的出發(fā) 點。他與一位英國物理學家詹姆斯普雷斯科特焦爾(JamesPrescottJoule18181889) 一起發(fā)現(xiàn)了用他們兩人名字命名的“焦爾-湯姆森效 應”。它表明，理想氣體在沒有外界做功而膨脹時，使其冷卻到足夠低的溫度。發(fā)生冷卻是 由于膨脹時必須通過內(nèi)部做功以克服氣體的分子力。*1856年湯姆森認識到按照他的名字命 名的熱電“湯姆森效應”，它包含，當一個電流通過，在一個均勻的電導體中存在一個溫度 落差按照它的方向產(chǎn)生熱或取走熱?！皽飞瓱帷焙鸵粋€導電體的焦耳電流熱(它取決于導體的電

12、阻和電流強度)是不能混 淆的。另外湯姆森還認識到可以轉化為機械功的熱能。作為熱力學過程不可逆性的一個量， 用熵的概念他與魯?shù)婪蚩藙谖鳛跛?RudolfClaustus18221888)同時創(chuàng)立了熱力學第二 定建,亦即所有的熱力機只能把它從一種熱材料取走的熱能的一部分轉換成機械功。這個熱 能的剩余部分又總是被散發(fā)給冷材料。在電學領域按照他的名字命名的開爾文電流天平屬于最重要的發(fā)明。它可以確定機械力 和電流強度之間的關系。電流天平特別在測量電流和檢定電流計中得到應用。值得一提的是 他還研制了靜電伏特計,它能夠相當精確的測量當時最高大約10kV的電壓。此外湯姆森改進 了許多測量方法并且發(fā)明了無數(shù)其他

13、的測量儀器，比如說精確測定很小電阻的測量電橋，它 被稱作為湯姆森測量電橋。湯姆森通過參與實現(xiàn)大不列顛和美國之間首次海底電纜連接名揚 國外。他是這個項目的發(fā)起人之一，并計算了電纜。經(jīng)海底電纜的第一次通話是1858年8 月17日通過北大西洋從大不列顛通往美國。無可置疑，這項海底電纜的連接是19世紀最大 的技術貢獻。遺憾的是，因為出現(xiàn)了故障，用這個電纜向大西洋另一方大約只通了 700次話。 跨越大西洋持續(xù)的通信直到1866年初才在兩洲之間建起，這項工作湯姆森同樣參與并起了 決定性的作用。威廉湯姆森1882年被授予貴族稱號后被尊稱為拉格斯的開爾文勛爵。1907年12月 17日死于蘇格蘭拉格斯附近的內(nèi)斯

14、霍爾(Netherhall)，享年84歲。他的成就得到了承認， 他是19世紀杰出的和受人尊敬的自然科學家。他把最后的長眠之處選在伊薩克牛頓爵士 (1643-1727)旁邊的威斯敏斯特爾教堂。*焦爾-湯姆森效應：氣體經(jīng)歷焦爾-湯姆森膨脹時溫度隨壓強的變化。焦爾-湯姆森膨脹:流體通過多孔塞或部分開放的活門從高壓到低壓的不可逆絕熱膨脹。3華氏度華氏度(fahrenheit)和攝氏度(Centigrade)都是用來計量溫度的單位。包括中國在內(nèi)的 世界上很多國家都使用攝氏度，美國和其他一些英語國家使用華氏度而較少使用攝氏度。華氏度(F)：溫度的一種度量單位。華氏度：F=32+1.8XC 華氏度是以其發(fā)明

15、者德國人Gabriel D. Fahrenheit (華倫海16811736)命名的，其結冰點是32F。沸 點為華氏度212F。他發(fā)現(xiàn)液體金屬水銀比酒精更適宜制誥溫度計，于是發(fā)明了水銀溫 度計。當大氣壓為1.01X105Pa時，把水的冰點設為32度，把水沸點設為212度，把32 度到212度之間平均分成180等分，每等分為1華氏度。4攝氏度“在一個標準大氣壓下，把冰水混合物的溫度定為零度，把沸水的溫度定為100度，它 們之間分成100等份，每一等份是攝氏度的一個單位，叫做1攝氏度?！睌z氏度的發(fā)明者是安德斯攝爾修斯(Anders Celsius 1701-1744)，其結冰點是0C， 沸點為10

16、0C。 1714年德國人法勒海特(Fahrenheit)以水銀為測溫介質(zhì)，制成玻璃水 銀溫度計，選取氯化銨和冰水的混合物的溫度為溫度計的零度，人體溫度為溫度計的100度，把水銀溫度計從0度到100度按水銀的體積膨脹距離分成 100份， 每一份為1華氏度，記作“1F”。按照華氏溫標，則水的冰點為32F，沸點為 212F?！叭A氏溫標”是經(jīng)驗溫標之一。在美國的日常生活中，多采用這種溫標。規(guī)定在一 大氣壓下水的冰點為32度，沸點為212度，兩個標準點之間分為180等分，每等分代表1 度。正氐溫度用字母“F”表示。攝氏溫度(C)和華氏溫度(F)之間的換算關系為：F=9C/5+32，或C=5 (F-32) /9 攝氏度X9/5+32=華氏度。 寒暑表中通常有兩個 刻度：攝氏度(記為0C )和華氏度(記為0F)。 華氏度與攝氏度的進率：華氏度二32+ 攝氏度X1.8 攝氏度二(華氏度一32)：1.85蘭氏度英文名字為：Rankine。為熱力學溫度，由格拉斯哥大學工程師William John Macquorn Rankine在1859年提出并且命名，單位為隊絕對零度的時候(即0開爾文)，蘭氏度也為零。但是蘭