矿井通风与安全 中国矿业大学 第二章 矿内空气动力学基础 2.1 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。 气体的分子距很大，分子间的吸引力很小，因而，气体极易变形和流动，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，因此流动性不如气体。一定质量的液体具有一定的体积，并取容器的形状，但不能够充满全部空间。 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，又叫粘滞力。 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。 既没有内摩擦又没有压缩性的流体，叫做理想流体。 2.2 风流压力与能量 一、压力     压力（N/m2，Pa ，J/m3 ）     压头：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  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=hA?g   N  根据压力的定义, 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 点压力：静压、全压、速压 相对压力、绝对压力、大气压力 二 、风流能量 风流任一断面上能量（机械能）由三部分组成: 热能 位能 动能 　　在通风测量中以压力的形式出现，这三部分能量分别表示为静压，位压和动压。 1、静压能（流动功 ）           如图所示，有一两端开口的水平管道，断面为A，在其中放入一其体积为v质量为m的单元流体，即使不考虑磨擦阻力，由于管道中存在压力P，流体的运动受阻，因此必须施加一个力F克服阻力。当力F使流体移动一段距离后，就做了功。 2、动能  　　对一个质量为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=(u/2) t    m 　　加速度为： a=△u/ △t =u/t  m/s2 施加的力为： F=m?a=mu/t         N  从静止到速度为u，F做功为：             Wd =Ev =F?L                          =(mu/t)?(u/2)?t                          =mu2/2                   J ? Ev就是质量为 m 的流体所具有的动能.    3、位能(势能) 　　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。当对其施加一个能克服重力向上的力F，使其向上移动到高于基点Zm，力F做的功为：                                                        　　                 Wd=F?Z=Ep=mgZ             J   　　Ep为物体在Z高度上的势能。 2.3  能量方程（伯努力方程） 若认为流体不可压缩，则密度不变，那么单位质量流体的伯努利方程表达式为： 2.4 压力坡度线 通风压力坡度线是对能量方程的图形描述，反映空气在流动过程中压力沿程的变化规律、通风压力呵通风阻力之间的相互关系和相互转换。  通风压力坡度线是通风管理和均压防灭火的有力工具。  压入式通风的压力分布 　　如图所示的压入式通风系统，能量方程为：      式中 Hs=P1-P2——通风机在风硐中所造成的相对静压；        Hn——自然风压，Pa                                                由于通风机入口外P0，风速等于0，忽略这段巷道的阻力不计时，其能量方程式为：   　　Hf——通风机全压，Pa。  能量方程为：  　　此式表明，通风机全压与自然风压共同作用，克服了矿井阻力，并在出风井口造成动压损失。  压入式通风的压力坡度线 抽出式通风的压力分布 　　因此能量方程为：  　　当不考虑自然风压时，在通风机的全压中，用于克服矿井阻力h1、2那一部分，常称为通风机有效静压，以Hs′表示：   　　上式说明，在抽出式通风时，通风机的有效静压，等于通风机在风硐中所造成的静压与风硐中风流动压之差，或者等于通风机的全压与扩散塔出口动压之差。 抽出式通风的压力坡度线 通风机安装在井下时压力分布      如图所示辅助通风机安装在井下，在辅助通风机前后都有一段风路，前段为抽出式，出口端为压入式。 通风机出风口断面2到排风井口断面b之间的能量方程式     (1)、(2)相加有：              其中， 通风机安装在井下时压力坡度线 抽压结合式通风系统压力坡度图        由推导过程可知：无论压入式、抽出式或通风机安装在井下，用于克服矿井通风阻力和造成出风井口动压损失的通风动力，均为通风机的全压与自然风压之总和。         无论何种通风方式或安装地点有何不同，都有必要降低出风井口风流的动压损失以节省通风机能量。  复习思考题 2-1 何谓空气的静压，它是怎样产生的？说明其物理意义和单位。 2-2 何谓空气的重力位能？说明其物理意义和单位。 2-3 简述绝对压力和相对压力的概念。为什么在正压通风中断面上某点的相对全压大于相对静压，而在负压通风中断面某点的相对全压小于相对静压？ 2-4 试述能量方程中各项的物理意义。 2-5 分别叙述在单位质量和单位体积流体能量方程中，风流的状态变化过程是怎样反映的？ 2-6 在压入式通风的风筒中，测得风流中某点i 的相对静压hsi ＝ 600 Pa，速压 hvi＝100 Pa，已知风筒外与 i 点同标高处的压力为 100kPa。求：（1） i 点的相对全压、绝对全压和绝对静压；（2） 将上述压力之间的关系作图表示（压力为纵坐标轴，真空为 0 点）。 2-7 在抽出式通风风筒中，测得风流中某点i的相对静压＝1000 Pa，速压＝150 Pa，风筒外与i点同标高的气压p＝101332.32 Pa，求：（1）i点的绝对静压；（2）i点的相对全压；（3）i点的绝对全压。（4）将上述压力之间的关系作图表示（压力为纵坐标轴，真空为0点）。 2-8 用压差计和皮托管测得风筒内一点的相对全压为300Pa，相对静压为240 Pa，已知空气密度为1.2kg/m3，试求A点的风流速度，并判断通风方式。 理想流体 ＋ _ 绝对压力 相对压力 大气压力 截面1能量U1＝ 截面2能量U2+损失h1-2 　　 压入式通风系统压力坡度图 P0为地表大气压，Pa； 　　如图所示的抽出式通风系统，能量方程为：     　　通风机入口2到扩散塔出口3的能量方程式：           抽出式通风系统压力坡度图    断面1、2的能量方程式：     入风井口断面a到通风机吸风口  断面1之间的能量方程式: 

2矿内空气动力学基础.ppt