1、補充知識：空氣流動連續(xù)性方程 在礦井巷道中流動的風流是連續(xù)不斷的介質(zhì)，充滿它所流經(jīng)的空間。在無點源或點匯存在時，根據(jù)質(zhì)量守恒定律：對于穩(wěn)定流，流入某空間的流體質(zhì)量必然等于流出其的流體質(zhì)量。 如圖井巷中風流從1斷面流向2 斷面，作定常流動時，有： V1 S1 V S 、2 1、2斷面上空氣的平均密度，kg/m3 ； V1,，V21、2 斷面上空氣的平均流速，m/s； S1、S2 1、斷面面積，m2。,兩種特例： （I） 若 S1S2 ， 則 V1 V ； （II） 若 ， 則 V1 S1 V S 。 對于不可壓縮流體，通過任一斷面的體積流量相等，即 Q=viSi,第三章 礦井通風中的能量方程 當

2、空氣在井巷中流動時，將會受到通風阻力的作用，消耗其能量；為保證空氣連續(xù)不斷地流動，就必需有通風動力對空氣作功，使得通風阻力和通風動力相平衡。,3.1 礦井風流能量 3. 2能量方程 3. 3能量方程在礦井通風中的應用,3.1 礦井風流能量,礦井空氣沿井巷流動，流動的風流任意斷面上都有壓能、位能、和動能。這三種能量可分別用相應的靜壓、位壓和動壓（速壓）來體現(xiàn)。 1.壓能及其計算 定義：單位容積風流的壓能就是空氣的絕對靜壓，它是以真空狀態(tài)絕對零壓為比較狀態(tài)的靜壓，即以零壓力為起點表示的靜壓。絕對靜壓恒為正數(shù)。 計算： A 壓入式通風：巷道任一測點的相對靜壓均為正值，故常把壓人式通風稱為正壓通風。

3、B抽出式通風：巷道風流在任意一測點的相對靜壓均為負值，故常把抽出式通風稱為負壓通風。,3.1 礦井風流能量,3.1 礦井風流能量,3.1 礦井風流能量,2.位能及其計算 定義：風流受地球引力的作用，任一斷面上單位體積風流對某一設定基準面產(chǎn)生的重力位能，稱為風流的位能，有時也叫做位壓。 計算：如圖3-3所示，斷面1處單位體積風流對A-A基準面的位能是: 式中：Z1 斷面1與基準面垂直距離，m； 斷面1處的空氣密度，kg/m； 斷面1處的空氣重率，N/m。,3.1 礦井風流能量,3.1 礦井風流能量,圖3-3中1-2段風流的位壓差為:,3.1 礦井風流能量,3.動能及其計算 定義：當空氣流動時，空

4、氣除了具有壓能和位能外，還有空氣定向運動的動能，它轉化呈現(xiàn)的壓力稱為動壓，又稱速壓。 計算：設某點斷面處空氣的密度為 (kg/m3)，其定向流動的風速為v(m/s)，則1m空氣所具有的動能Ev為:,3.1 礦井風流能量,4.全壓能 定義：全壓能通常叫全壓，巷道內(nèi)單位體積的流動空氣，在流動方向上任意一測點，所產(chǎn)生的靜壓和速壓之和就稱為該測點的全壓能。 計算：巷道風流中某一斷面上單位體積空氣所具有的總機械能(全能)為壓能、位能、動能三者之和。就其呈現(xiàn)的壓力來說，靜壓是反映某一斷面空氣分子熱運動的部分動能，動壓是反映空氣定向流動的動能，而某一斷面上空氣的位能在該點并不呈現(xiàn)壓力。因此，任一斷面的靜壓在

5、任何方向上表現(xiàn)相同的數(shù)值，即各向同值，而動壓卻只在垂直于其流動方向的面積上呈現(xiàn)其正確值，即動壓是有方向性的矢量。,3.1 礦井風流能量,當靜壓用絕對壓力Ps表示時，疊加后風流的壓力為絕對全壓Pt，即風流中任一點的絕對靜壓ps與相應的動壓pv之和等于該點的絕對全壓pt。 如果靜壓用相對靜壓Hs表示時，疊加后風流的壓力就是相對全壓Ht，相對全壓Ht等于相對靜壓HS與動壓pv的代數(shù)和。,3.2能量方程,1 .單位質(zhì)量流體的能量方程 礦井內(nèi)風流沿井巷流動中，不僅因克服阻力而損失能量，同時還不斷與外界環(huán)境進行復雜的熱交換，所以風流與外界除有能量傳遞外還有熱量交換。能量的變化遵循熱力學第一定律，即能量守恒

6、定律。,3.2能量方程,如圖3-4所示，在流體流經(jīng)的斷面1和斷面2的參數(shù)分別為：絕對靜壓p1和p2、流速v1和v2、斷面中心距基準面的高度Z1和Z2。 根據(jù)能量守恒、熱力學定律及礦井內(nèi)空氣變化的過程等知識，設此過程中克服風流流動阻力耗能為Hr（J/kg）,可得公式（3-6）。 此式表示單位質(zhì)量可壓縮空氣由斷面1流到斷面2時的能量損失。,3.2能量方程,事實上，礦井空氣在井下流動過程中，由于進風井空氣受壓縮、回風井空氣膨脹，井巷中的空氣從巷道壁吸熱，整個礦井通風網(wǎng)路的空氣狀態(tài)變化屬于多變過程，礦井內(nèi)空氣的容積和密度是變化的，氣體是可壓縮的。造成這種變化的原因主要有：一是空氣流經(jīng)水平井巷時，由于空

7、氣柱的重力作用，使得風流的密度和壓力增大，使得空氣密度增大；二是由于礦井采用機械抽出或壓人式通風，主扇風機形成的壓差作用于礦井的空氣，使得礦井空氣在通風網(wǎng)路中空氣的壓力、密度發(fā)生變化；三是由于風流流經(jīng)井巷斷面、地點的變化，使得風流的風速、溫度發(fā)生變化，空氣的密度亦發(fā)生變化。,3.2能量方程,礦井空氣視為不可壓縮，其變化過程視為等容過程，即空氣的密度、重率是常數(shù)。 式(3 -7)表明，流體的壓能、位能和動能三種能量的變化值之和用來滿足因克服阻力而消耗的機械功。,3.2能量方程,2.單位體積流體的能量方程 在礦井通風的實際應用中，通常以體積流量作為風流的流量單位， 用風流的密度 乘式（3-7），并

8、令 ，便得到單位體積氣體的能量方程：,3.2能量方程,方程式(3-8)表明：風流在起末兩斷面間的壓能差、動能差和位能差之和，等于風流在起末斷面間為克服通風阻力而損失的能量?；蛘哒f，這項能量損失就是風流在起末兩斷面上的總能量之差，這項總能量之差叫做通風壓力。風流沿井巷的流動過程，實質(zhì)就是通風壓力與通風阻力之間相互轉化的過程。所以，通風壓力和通風阻力同時產(chǎn)生，互相依存，大小相等，方向相反。為了克服通風阻力，必須滿足相應的通風壓力，風流從總能量大的斷面流向總能量小的斷面。,3.3能量方程在礦井通風中的應用,1 斷面相同的水平巷道 2 斷面不同的水平巷道 3 斷面相同的垂直或傾斜巷道 4 斷面變化的垂

9、直或傾斜巷道,1 斷面相同的水平巷道,因為 v1=v2，Z1=Z2，且溫差不大，即（動壓項，位壓項為零），所以，由式（3-8），得 h12=P1P2 上式表明，斷面相同的水平巷道。兩斷面間的靜壓差即該段巷道的通風阻力。,1,1,2,2,2020/10/4,21,2 斷面不同的水平巷道,因為 Z1=Z2 則m1=m2 , 由（3-8）式，得 1 測出靜壓P1，P2 ,測出風速v1，v2 ,計算動壓; 2 測出靜壓差和動壓差（比托管，壓差計）.,2020/10/4,22,3 斷面相同的垂直或傾斜巷道,因為 v1=v2 ，則各斷面上的空氣密度也近似相同，即（則動壓項為零），則由（4.1）式 上式表明

10、，在斷面相同的垂直或 傾斜巷道中，兩斷面間的靜壓差與 位壓差之和，等于井巷的通風阻力。 1 精密氣壓計得P1，P2 ， 丈 量Z1，Z2 ，計算m ； 2 用比托管和壓差計，直接測 出 p ,即為h12。,2020/10/4,23,4 斷面變化的垂直或傾斜巷道,用比托管和壓差計測定時 （靜壓端），得到兩斷面的靜 壓差和位壓差；再測出兩斷面 的動壓差，則可求得兩斷面間 的通風阻力。,2020/10/4,24,解： =101324.72-101724.69+1.2222 -1.21.6722+1.29.8150=189.36(Pa),（2）如圖,某傾斜巷道面積S1=5m2, S2=6m2, 兩斷面

11、垂直高差50m,通過風量600m3/min,巷道內(nèi)空氣平均密度為1.2kg/m3,1、2兩斷面處的絕對靜壓分別為760 mmHg與763 mmHg (1mmHg=133.322 Pa)。求該段巷道的通風阻力。,2020/10/4,25,解： =101324.72-101724.69+1.2222 -1.21.6722+1.29.8150=189.36(Pa),p1=760133.322 =101324.72(Pa) p2=763133.322 =101724.69(Pa) v1=Q/60/S1 =600/60/5 =2（m/s） v2=Q/60/S2 =600/60/6 =5/3=1.67(m

12、/s) 風流方向12。,本次課內(nèi)容結束！ 請大家復習本次課內(nèi)容，并預習能量方程應用第二部分內(nèi)容！ 謝謝！,2020/10/4,27,2020/10/4,27,3.3.2 能量方程式在分析通風動力與阻力關系時的應用,1 有扇風機工作時的能量方程式 2 通風動力與阻力之間的關系,2020/10/4,28,28,1 有扇風機工作時的能量方程式（1）,在所研究的12斷面間有扇風機工作，則斷面1的全能量加上扇風機的全壓，應等于斷面2的全能量加1，2斷面間的通風阻力，則單位體積流體的能量方程式為：,2020/10/4,29,2020/10/4,29,1 有扇風機工作時的能量方程式（2）,若為了專門研究扇風

13、機的工作狀況，可在貼近扇風機的入口及出口處取兩斷面1，2， 并考慮：兩斷面間的通風阻力忽略； Z1 gm1 =Z2 gm2 ，則由能量方程式可得： 上式表明，扇風機的全壓等于扇風機出風口與入風口之間靜壓差與動壓差之和。,2020/10/4,30,30,2 通風動力與阻力之間的關系,A 壓入式通風 B 抽出式通風 C 扇風機安裝在井下 D 總結,2020/10/4,31,31,壓 入 式 通 風（1）,列出12斷面的能量方程式，（3-15） P1Pa 為扇風機在風硐中所造 成的相對靜壓，用Hs表示； Z1 gm1- Z2 gm2 為1，2兩斷面 間的位能差，它相當于因入、排 風井兩側空氣柱重量不

14、同而形成 的自然風壓，以Hn表示。,2020/10/4,32,2020/10/4,32,壓 入 式 通 風（2）,由（3-15）式可得（3-16）式： 上式說明，壓入式通風時，扇風機的靜壓與動壓之和與自然風壓共同作用，克服礦井阻力，并在出風井口造成動壓損失。 為了使通風阻力與扇風機的全壓聯(lián)系起來，再列出10斷面的能量方程，h100，P0pa（大氣壓），V00。,2020/10/4,33,2020/10/4,33,壓 入 式 通 風（3）,斷面1- 0間的能量方程式： 即 或 ，代入（3-16） 式，得 上式表明，扇風機的全壓與自然風壓共同作用，克服了礦井阻力，并在出風口造成動壓損失。,2020

15、/10/4,34,34,壓入式通風的壓力分布圖,由壓入式通風壓力分布圖中可看出如下特點： 1 全巷道風流處于正壓狀態(tài)； 2 扇風機的全壓Hf就等于扇風 機風硐中風流的全壓Ht ，即,2020/10/4,35,2020/10/4,35,抽 出 式 通 風（1）,列出斷面12間的能量方程式，P1=Pa，V10,得（3-20） 或式（3-21） 上式表明，抽出式通風時，扇 風機在風硐內(nèi)所造成的靜壓與 自然風壓共同作用，克服礦井 通風阻力，并在風硐中造成動 能損失 。,2020/10/4,36,2020/10/4,36,抽 出 式 通 風（2）,同理，建立扇風機入口及出口，2-3 斷面的能量方程式，以

16、分析扇風機的全壓與通風阻力的關系。忽略h23，并令 則有 即（3-23）式,2020/10/4,37,2020/10/4,37,抽 出 式 通 風（3）,將式（3-23）與式（3-21）合并，得到式（3-24） 上式說明，抽出式扇風機的全壓與自然風壓共同作用，克服礦井通風阻力，并在扇風機擴散塔出口造成動壓損失。 在不考慮自然風壓時，扇風機全壓中用于克服礦井通風阻力的那部分壓力，稱為扇風機的有效壓力，以Hs表示。,2020/10/4,38,2020/10/4,38,抽 出 式 通 風（4）,由式（3-21）和（3-24）分別得到： 上兩式表明，抽出式通風時，扇風機的有效壓力等于扇風機在風硐中所造

17、成的靜壓和風硐中風流動壓之差，或者等于扇風機的全壓與擴散塔出口動壓之差。,2020/10/4,39,2020/10/4,39,抽出式通風的壓力分布圖,特點： 1 全巷道均為負壓（動壓為正）； 2 風流全壓的絕對值靜壓的絕對值風流動壓，Hv2 ； 3 Hf不等于風流的全壓Ht，而是Ht出口的動壓, Hv3 。 4 風流的全壓Ht 礦井通風阻力h12。,2020/10/4,40,2020/10/4,40,扇風機安裝在井下（1）,先列出斷面12的能量方程式。因為Z1 gm1 =Z2 gm2, h120，則有 即式 上式說明，扇風機安裝在井， 下時,扇風機的全壓等于扇風機的靜 壓差與進、出口動壓差之和

18、。,3,3,4,4,2020/10/4,41,2020/10/4,41,扇風機安裝在井下（2）,為考慮通風阻力與扇風機的全壓之關系，分別列出31，和24的能量方程式 由于V30（入風口），z10， z20 ，則可得：,2020/10/4,42,2020/10/4,42,扇風機安裝在井下（3）,式 式 兩式相加，得式,2020/10/4,43,2020/10/4,43,扇風機安裝在井下（4）,由前式可得： 上式說明，當扇風機安裝在井下時，扇風機的全壓與自然風壓共同作用，克服入風側和出風側的礦井阻力之和，并在出風口造成動壓損失。,2020/10/4,44,2020/10/4,44,扇風機安裝在井下時的壓力分布圖,壓力分布如圖3-12所示，可以看出，在吸風段，全壓與靜壓