矿井空气流动基本理论-课件.ppt

1、贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉1安徽理工大学安徽理工大学能源与安全学院能源与安全学院安全工程系安全工程系通通 风风 安安 全全 学学第二章第二章 矿井空气流动的基本理论矿井空气流动的基本理论贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉2本章主要内容第一节第一节 空气主要物理参数空气主要物理参数 一、温度一、温度 二、压力（压强）二、压力（压强）三、密度、比容三、密度、比容 四、粘性四、粘性 五、湿度五、湿度 六、焓六、焓第二节第二节 风流能量与压力风流能量与压力 一、风流能量与压力一、风流能量与压力 二、风流点压力及其相互关系二、风流点压力及其相互关系贵有

2、恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉3本章主要内容第三节第三节 通风能量方程通风能量方程 一、空气流动连续性方程一、空气流动连续性方程 二、可压缩流体能量方程二、可压缩流体能量方程第四节第四节 能量方程在矿井通风中的应用能量方程在矿井通风中的应用 一、水平风道的通风能量（压力）坡度线一、水平风道的通风能量（压力）坡度线 二、通风系统风流能量（压力）坡度线二、通风系统风流能量（压力）坡度线 三、通风系统网络相对压能图和相对等熵静压图三、通风系统网络相对压能图和相对等熵静压图贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉4本章重点和难点本章重点：本章重点：1 1、空气的物

3、理参数；、空气的物理参数；2 2、风流的能量与点压力；、风流的能量与点压力；3 3、能量方程；、能量方程；4 4、能量方程、能量方程在矿井中的应用。在矿井中的应用。本章难点：本章难点：1 1、点压力之间的关系；、点压力之间的关系；2 2、能量方程及其在矿井、能量方程及其在矿井中的应用。中的应用。贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉5第二章 矿井空气流动的基本理论贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉6 一、温度一、温度 温度是描述物体冷热状态的物理量。矿井表示温度是描述物体冷热状态的物理量。矿井表示气候条件的主要参数之一。热力学绝对温标的单位气候条件的主要

4、参数之一。热力学绝对温标的单位K K，摄氏温标：，摄氏温标：T=273.15+tT=273.15+t第一节 空气主要物理参数贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉7第一节 空气主要物理参数二、压力（压强）二、压力（压强）1 1、定义：、定义：空气的压力也称为空气的静压，用符号空气的压力也称为空气的静压，用符号P P表示。压表示。压强在矿井通风中习惯称为压力。它是空气分子热运动对器强在矿井通风中习惯称为压力。它是空气分子热运动对器壁碰撞的宏观表现。壁碰撞的宏观表现。2、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 m

5、3 221n()32Pmv贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉8第一节 空气主要物理参数 根据密度的定义，这时液体的质量为：根据密度的定义，这时液体的质量为：mass=Vmass=V =hA=hA kg kg液体的重力为：液体的重力为：F=hAF=hA g g N N 根据压力的定义，有：根据压力的定义，有：P=F/A=P=F/A=ghgh N/m N/m2 2 or Pa or Pa 因此，如果液体的密度已知，因此，如果液体的密度已知，h h就可代表压力。就可代表压力。贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉9第一节 空气主要物理参数3、矿井常用压强单位：

6、、矿井常用压强单位：Pa、Mpa、mmHg、mmH20、mmbar、bar、atm 等等。换算关系：换算关系：1 atm=760 mmHg=1013.25 mmbar=101325 Pa 1 mmbar=100 Pa =10.2 mmH201 mmHg=13.6mmH20=133.32 Pa贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉10第一节 空气主要物理参数 三、湿度三、湿度 表示空气中所含水蒸汽量的多少或潮湿程度。表示空气中所含水蒸汽量的多少或潮湿程度。表示空表示空气湿度的方法气湿度的方法：绝对湿度、相对温度和含湿量三种。绝对湿度、相对温度和含湿量三种。、绝对湿度、绝对湿度

7、每立方米空气中所含水蒸汽的质量叫空气的绝对湿每立方米空气中所含水蒸汽的质量叫空气的绝对湿度。其单位与密度单位相同（度。其单位与密度单位相同（Kg/mKg/m3 3），其值等于水蒸汽），其值等于水蒸汽在其分压力与温度下的密度。在其分压力与温度下的密度。v v=M=Mv v/V/V贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉11第一节 空气主要物理参数 饱和空气：饱和空气：在一定的温度和压力下，单位体在一定的温度和压力下，单位体积空气所能容纳水蒸汽量是有极限的，超过这一积空气所能容纳水蒸汽量是有极限的，超过这一极限值，多余的水蒸汽就会凝结出来。这种含有极限值，多余的水蒸汽就会凝结出来。

8、这种含有极限值水蒸汽的湿空气叫极限值水蒸汽的湿空气叫饱和空气饱和空气，这时水蒸气，这时水蒸气分压力叫分压力叫饱和水蒸分压力饱和水蒸分压力，P PS S，其所含的水蒸汽，其所含的水蒸汽量叫量叫饱和湿度饱和湿度，s s 。贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉12第一节 空气主要物理参数 、相对湿度、相对湿度 单位体积空气中实际含有的水蒸汽量（单位体积空气中实际含有的水蒸汽量（V V）与其同温）与其同温度下的饱和水蒸汽含量（度下的饱和水蒸汽含量（S S）之比称为空气的相对湿度：）之比称为空气的相对湿度：V V S S 反映空气中所含水蒸汽量接近饱和的程度。反映空气中所含水蒸汽量接

9、近饱和的程度。愈小愈小 空气愈干爆，空气愈干爆，为干空气；为干空气；愈大愈大 空气愈潮湿，空气愈潮湿，为饱和空气。为饱和空气。温度下降，其相对湿度增大，冷却到温度下降，其相对湿度增大，冷却到=1=1时的温时的温度称为度称为露点露点。露点露点：将不饱和空气冷却时，随着温度逐渐下降，相对：将不饱和空气冷却时，随着温度逐渐下降，相对湿度逐渐增大，当达到湿度逐渐增大，当达到100100时，此时的温度称为露点。时，此时的温度称为露点。贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉13第一节 空气主要物理参数例如：甲地：例如：甲地：t=18 t=18，V V0.0107 Kg/m0.0107 K

10、g/m3 3 乙地：乙地：t=30 t=30，V V0.0154 Kg/m0.0154 Kg/m3 3解：查附表解：查附表 当当t t为为1818，s s0.0154 Kg/m0.0154 Kg/m3 3，当当t t为为3030，s s 0.03037 Kg/m0.03037 Kg/m3 3，甲地：甲地：V V S S0.700.7070 70%乙地：乙地：V V S S0.510.5151 51%乙地的绝对湿度大于甲地，但甲地的相对湿度大于乙地的绝对湿度大于甲地，但甲地的相对湿度大于乙地，故乙地的空气吸湿能力强。乙地，故乙地的空气吸湿能力强。上例甲地、乙地的露点分别为多少？上例甲地、乙地的露

11、点分别为多少？贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉14第一节 空气主要物理参数 、含湿量、含湿量 含有含有1kg1kg干空气的湿空气中所含水蒸汽的质干空气的湿空气中所含水蒸汽的质量（量（kgkg）称为空气的含湿量。）称为空气的含湿量。d vd461SvPT287sdPPT0.622SSPdPP将将 ，代入得：代入得：贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉15第一节 空气主要物理参数井下空气湿度的变化规律井下空气湿度的变化规律 进风线路进风线路有可能出现有可能出现冬干夏冬干夏湿湿的现象。进风井巷有淋水的情的现象。进风井巷有淋水的情况除外。在采掘工作面和回风线

12、况除外。在采掘工作面和回风线路上，气温长年不变，湿度也长路上，气温长年不变，湿度也长年不变，一般都接近年不变，一般都接近100100，随，随着矿井排出的污风，每昼夜可从着矿井排出的污风，每昼夜可从矿井内带走数吨甚至上百吨的地矿井内带走数吨甚至上百吨的地下水。下水。进风路线进风路线回风路线回风路线采掘采掘工作工作面面湿湿度度夏夏冬冬贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉16四、焓四、焓 焓是一个复合的状态参数，它是内能u和压力功PV之和，焓也称热焓。单位质量物质的焓称为比焓（有时也将比焓简称为焓），即有：i=id+diV=1.0045t+d(2501+1.85t)实际应用焓-湿

13、图（I-d)kgJpvumHh/,第一节 空气主要物理参数贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉17第一节 空气主要物理参数五、粘性五、粘性 流体抵抗剪切力的性质。当流体层间发生相对运动时，在流体抵抗剪切力的性质。当流体层间发生相对运动时，在流体内部两个流体层的接触面上，便产生粘性阻力流体内部两个流体层的接触面上，便产生粘性阻力(内摩擦力内摩擦力)以阻止相对运动，流体具有的这一性质，称作流体的粘性。其以阻止相对运动，流体具有的这一性质，称作流体的粘性。其大小主要取决于温度。大小主要取决于温度。根据牛顿内摩擦定律有：根据牛顿内摩擦定律有：式中：式中：比例系数，代表空气粘性，称为

14、比例系数，代表空气粘性，称为动力粘性动力粘性或或绝对粘度绝对粘度。其国际单位：帕其国际单位：帕.秒，写作：秒，写作：Pa.SPa.S。V ydydvSF贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉18第一节 空气主要物理参数运动粘度为：用符号(m2s)温度是影响流体粘性主要因素，气体，随温度升高而增大，液体而降低。贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉19第一节 空气主要物理参数vad.)1(003484.0378.0PPTPsat六、密度六、密度 单位体积空气所具有的质量称为空气的密度，与单位体积空气所具有的质量称为空气的密度，与P P、t t、湿、湿度等有关。

15、湿空气密度为干空气密度和水蒸汽密度之和，即：度等有关。湿空气密度为干空气密度和水蒸汽密度之和，即：根据气体状态方程，可推出空气密度计算公式：根据气体状态方程，可推出空气密度计算公式：kg/m3 式中：式中：P P为大气压，为大气压，satsat为饱和水蒸汽压，单位：为饱和水蒸汽压，单位：PaPa；为相对湿度为相对湿度；为空气绝对温度，为空气绝对温度，T=t+273,KT=t+273,K。vad.)1(003484.0378.0PPTPsat kg/m3 式中：式中：P为大气压，为大气压，sat为饱和水蒸汽压，单位：为饱和水蒸汽压，单位：mmHg。注意：注意：和和sat 单位一致单位一致。空气比

16、容空气比容：=V/M=1/)1(46457.0378.0PPTPsat贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉20第一节 空气主要物理参数七、七、矿内空气的热力变化过程矿内空气的热力变化过程 矿井空气热力学和自然风压计算等课题都要求对矿井空气热力学和自然风压计算等课题都要求对井下空气的状态变化给予具体分析。井下空气的状态变化给予具体分析。贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉21第一节 空气主要物理参数 1)1)等容过程等容过程 在比容保持不变的情况下所进行的热力变化过程。当v=常数，由气体状态方程可知：等容过程是v不变而绝对压力和绝对温度成正比变化的过程。因

17、v不变，即dv=0，则Pdv=0,热力学第一定律得：常数vRTPuuqd0dd贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉22第一节 空气主要物理参数 在这个过程中，空气不对外做功，空气所吸收或放出的热量等于内能的增加或减少。因 不变，空气密度也不变，则通风常用的积分式的变化(即压能变化)为：vv,/1vppppdp121221/贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉23第一节 空气主要物理参数2)2)等压过程等压过程 当当P=P=常数时，则常数时，则v/T=R/P=v/T=R/P=常数。表明等压过程是常数。表明等压过程是P P不变而不变而v v和和T T成正比变

18、化的过程。成正比变化的过程。对外界作功为：对外界作功为：热量变化为：热量变化为：在此过程中，空气所吸收或放出的热量等于空气焓的增加在此过程中，空气所吸收或放出的热量等于空气焓的增加或减少。或减少。因因 不变，压能变化为：不变，压能变化为：vPvvPdvPPdv211221vPduPdvdudq210dp021dp贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉24第一节 空气主要物理参数3)3)等温过程等温过程 当当T=T=常数时，则常数时，则 表明等温过程是表明等温过程是T T不变不变而而P P和和v v成反比变化的过程。因成反比变化的过程。因 ,则对外作功为：则对外作功为：因因T

19、T不变，内能不变，内能u u不变，故热量变化为：不变，故热量变化为：PvRT常数vRTP/21122121lnlnPPRTvvRTvdvRTdvvRT2121lnln0dPPRTPPRTq贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉25第一节 空气主要物理参数 在此过程中，空气从外界获得的热量，等于空气对外界作在此过程中，空气从外界获得的热量，等于空气对外界作出的功；或者说空气向外界放出的热量，等于空气从外界获得出的功；或者说空气向外界放出的热量，等于空气从外界获得的功。因：的功。因：故压能变化为：故压能变化为：1,1111PvPvvpPv211121lnPPPdp贵有恒何必三更眠

20、五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉26第一节 空气主要物理参数4)4)绝热过程绝热过程 绝热过程是空气和外界没有热量交换的情况下绝热过程是空气和外界没有热量交换的情况下dpdp=0=0，所进，所进行的膨胀或压缩的过程，空气的行的膨胀或压缩的过程，空气的T T、v v都发生变化，而且变化规都发生变化，而且变化规律很复杂。分析得出：在此过程中空气对外界作出的功等于空律很复杂。分析得出：在此过程中空气对外界作出的功等于空气内能的减少；空气从外界获得的功等于空气内能的增加。其气内能的减少；空气从外界获得的功等于空气内能的增加。其状态变化规律为：状态变化规律为：式中：式中：k k绝热指数，对于空气

21、，绝热指数，对于空气，k k=1.41=1.41则压能变化为：则压能变化为：常数kkvPPv11112211222111vPvPkkPPkkdp贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉27第一节 空气主要物理参数5)5)多变过程多变过程 这是多种变化过程，这个过程的状态变化规律为这是多种变化过程，这个过程的状态变化规律为:n n多变指数，不同的多变指数，不同的n n值决定不同的状态变化规律，描值决定不同的状态变化规律，描述不同的变化过程；述不同的变化过程；例如当例如当n=0n=0时，时，P=P=常数，表示等压过程；常数，表示等压过程；n=1n=1时，时，PvPv=常数，表示等温

22、过程；常数，表示等温过程；n=Kn=K时，时，PvPvk k=常数，表示绝热过程；常数，表示绝热过程；n=n=时，时，v=v=常数，表示等容过程。常数，表示等容过程。则压能变化为：则压能变化为：常数nPv112211222111vPvPnnPPnndp贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉28第一节 空气主要物理参数6)6)实际气体的状态方程实际气体的状态方程 实验证明：只有在低压下，气体的性质才近似符合理想气实验证明：只有在低压下，气体的性质才近似符合理想气体状态方程式，在高压低温下，任何气体对此方程都出现明显体状态方程式，在高压低温下，任何气体对此方程都出现明显的偏差，而

23、且压力愈大，偏离愈多。实际气体的这种偏离，通的偏差，而且压力愈大，偏离愈多。实际气体的这种偏离，通常采用与常采用与RTRT的比值来说明这个比值称为压缩因子，以符号的比值来说明这个比值称为压缩因子，以符号Z Z表表示，定义式为：示，定义式为：显然，理想气体的显然，理想气体的Z Z1 1，实际气体的，实际气体的Z Z一般不等于一般不等于1 1，而是，而是Z Z1 1或或Z Z1 1。Z Z值偏离值偏离1 1的大小，是实际气体对理想气体性质偏离的大小，是实际气体对理想气体性质偏离程度的一个度量。程度的一个度量。RTpvZ贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉29第二节 风流的能量与

24、压力 能量与压力是通风工程中两个重要的基本概念，压力可以能量与压力是通风工程中两个重要的基本概念，压力可以理解为：单位体积空气所具有的能够对外作功的机械能。理解为：单位体积空气所具有的能够对外作功的机械能。一、风流的能量与压力一、风流的能量与压力1.1.静压能静压静压能静压（1 1）静压能与静压的概念）静压能与静压的概念 空气的分子无时无刻不在作无秩序的热运动。这种由分子空气的分子无时无刻不在作无秩序的热运动。这种由分子热运动产生的分子动能的一部分转化的能够对外作功的机械能热运动产生的分子动能的一部分转化的能够对外作功的机械能叫叫静压能，静压能，J Jm m3 3，在矿井通风中，压力的概念与物

25、理学中的压，在矿井通风中，压力的概念与物理学中的压强相同，即单位面积上受到的垂直作用力。强相同，即单位面积上受到的垂直作用力。静压静压Pa=N/mPa=N/m2 2也可称为是静压能也可称为是静压能，值相等。，值相等。贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉30第二节 风流的能量与压力（）静压特点（）静压特点 a.a.无论静止的空气还是流动的空气都具有静压力；无论静止的空气还是流动的空气都具有静压力；b.b.风流中任一点的静压各向同值，且垂直于作用面；风流中任一点的静压各向同值，且垂直于作用面；c.c.风流静压的大小（可以用仪表测量）反映了单位体积风风流静压的大小（可以用仪表测量

26、）反映了单位体积风流所具有的能够对外作功的静压能的多少。如说风流的压力为流所具有的能够对外作功的静压能的多少。如说风流的压力为101332Pa101332Pa，则指风流，则指风流1m1m3 3具有具有101332J101332J的静压能。的静压能。贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉31第二节 风流的能量与压力（）压力的两种测算基准（表示方法（）压力的两种测算基准（表示方法）根据压力的测算基准不同，压力可分为：根据压力的测算基准不同，压力可分为：绝对压力绝对压力和和相对相对压力压力。A A、绝对压力：绝对压力：以真空为测算零点（比较基准）而测得的压以真空为测算零点（比较基准

27、）而测得的压力称之为绝对压力，用力称之为绝对压力，用 P P 表示。表示。B B、相对压力：相对压力：以当时当地同标高的大气压力为测算基准以当时当地同标高的大气压力为测算基准(零点零点)测得的压力称之为相对压力，即通常所说的表压力，用测得的压力称之为相对压力，即通常所说的表压力，用 h h 表示。表示。风流的绝对压力（风流的绝对压力（P P）、相对压力（）、相对压力（h h）和与其对应的大气）和与其对应的大气压（压（P P0 0）三者之间的关系如下式所示：）三者之间的关系如下式所示：h =P h =P P P0 0贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉32 aP0Pb真空P0

28、Pahb(+)ha(-)bP0Pi 与与 hi 比较：比较：(1)P(1)Pi i00，h hi i有正负之分；有正负之分；(2)2)同一断面同一断面P Pi i随高度而变化，随高度而变化，h hi i与高度无关。与高度无关。3)Pi P0i,Pi=P0i,Pi PPi i h htiti h hi i。贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉41第二节 风流的能量与压力二、风流的点压力之间相互关系二、风流的点压力之间相互关系 风流的点压力是指测点的单位体积(1m3)空气所具有的压力。通风管道中流动的风流的点压力可分为：静压、动压和全压。风流中任一点i的动压、绝对静压和绝对全压

29、的关系为：h hvivi=P=Ptiti-P-Pi i hvi、hI和hti三者之间的关系为：h htiti =h=hi i +h+hvivi 。贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉42第二节 风流的能量与压力 压入式通风（正压通风）压入式通风（正压通风）：风流中任一点的：风流中任一点的相对全压恒相对全压恒为为正。正。P Ptiti and P and Pi i P Po io i h hi i ，h htiti0 0 且且 h htiti h hi i ，h htiti =h=hi i+h+hvivi 压入式通风的实质是使风机出口风流的能量增加，即出口压入式通风的实质是使

30、风机出口风流的能量增加，即出口风流的绝对压力大于风机进口的压力风流的绝对压力大于风机进口的压力。抽出式通风（负压通风）：抽出式通风（负压通风）：风流中任一点的相对全压恒为风流中任一点的相对全压恒为负，对于抽出式通风由于负，对于抽出式通风由于h htiti 和和 h hi i 为负，实际计算时取其绝为负，实际计算时取其绝对值进行计算对值进行计算。P Ptiti and P and Pi i P Po io i h htiti 0 0 且且 h htiti h hi i ，但，但|h|htiti|h|hi i|贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉43 风流点压力间的关系风流点压

31、力间的关系abPa真空真空P0Pbha(+)hb(-)P0Ptahvhta(+)hvhtb(-)Ptb抽出式通风抽出式通风压入式通风压入式通风压入式通风压入式通风抽出式通风抽出式通风hvPtahta(+)P0aPtbP0bhtb(-)hv实际应用中，因为负通实际应用中，因为负通风风流的相对全压和相风风流的相对全压和相对静压均为负值，故在对静压均为负值，故在计算过程中取其绝对值计算过程中取其绝对值进行计算。进行计算。|htihti|=|hi|=|hi|hvihvi 抽出式通风的实质是使抽出式通风的实质是使风机入口风流的能量降风机入口风流的能量降低，即入口风流绝对压低，即入口风流绝对压力小于风机进

32、口压力力小于风机进口压力。贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉44第二节 风流的能量与压力例题例题2-2-1 2-2-1 如图压入式通风风筒中某点如图压入式通风风筒中某点i i的的h hi i=1000Pa=1000Pa，h hvivi=150Pa=150Pa，风筒外与，风筒外与i i点同标高的点同标高的P P0i0i=101332Pa=101332Pa，求：，求：(1)i(1)i点的绝对静压点的绝对静压P Pi i；(2)i(2)i点的相对全压点的相对全压h htiti；(3)i(3)i点的绝对静压点的绝对静压P Ptiti。解：解：(1)P(1)Pi i=P=P0i0i

33、+h+hi i=101332+1000=102332Pa=101332+1000=102332Pa (2)h (2)htiti=h=hi i+h+hvivi=1000+150=1150Pa=1000+150=1150Pa (3)P (3)Ptiti=P=P0i0i+h+htiti=P=Pi i+h+hvivi=101332.32+1150=Pa=101332.32+1150=Pa 贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉45第二节 风流的能量与压力例题例题2-2-2 2-2-2 如图抽出式通风风筒中某点如图抽出式通风风筒中某点i i的的h hi i=1000Pa=1000Pa，

34、h hvivi=150Pa=150Pa，风筒外与，风筒外与i i点同标高的点同标高的P P0i0i=101332Pa=101332Pa，求：，求：(1)i(1)i点的绝对静压点的绝对静压P Pi i；(2)i(2)i点的相对全压点的相对全压h htiti；(3)i(3)i点的绝对静压点的绝对静压P Ptiti。解：解：(1)P(1)Pi i=P=P0i0i+h+hi i=101332.5-1000=100332Pa=101332.5-1000=100332Pa (2)|h (2)|htiti|=|h|=|hi i|h hvivi1000-150=850Pa1000-150=850Pa h ht

35、iti 850 Pa 850 Pa (3)P (3)Ptiti=P=P0i0i+h+htiti=101332.5-850=100482Pa=101332.5-850=100482Pa贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉46第二节 风流的能量与压力三、风流点压力的测定三、风流点压力的测定、矿井主要压力测定仪器仪表、矿井主要压力测定仪器仪表 （）绝对压力测量：空盒气压计、精密气压计、（）绝对压力测量：空盒气压计、精密气压计、水银气压计等。水银气压计等。（）压差及相对压力测量：恒温气压计、（）压差及相对压力测量：恒温气压计、“”水柱计、补偿式微压计、倾斜单管压差计。水柱计、补偿式

36、微压计、倾斜单管压差计。（）感压仪器：皮托管，承受和传递压力，（）感压仪器：皮托管，承受和传递压力，+-+-测压。测压。贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉47第二节 风流的能量与压力、压力测定、压力测定 （）绝对压力（）绝对压力直接测量读数。直接测量读数。（）相对静压（）相对静压(以如图正压通风为例以如图正压通风为例)（注意连接方法）：（注意连接方法）：hP0izP0 i贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉48第二节 风流的能量与压力推导如图推导如图 h=hh=hi i?以水柱计的等压面以水柱计的等压面0 0 0 0 为基准面，为基准面，设设:i i点

37、至基准面的高度为点至基准面的高度为 Z Z，胶皮管内的空气平均密度，胶皮管内的空气平均密度为为m m，胶皮管外的空气平均密度为，胶皮管外的空气平均密度为m m；与；与i i点同标高的大气点同标高的大气压压P P0i0i。则水柱计等压面则水柱计等压面 0 0 00两侧的受力分别为：两侧的受力分别为：水柱计左边等压面上受到的力：水柱计左边等压面上受到的力：P P左左 P P+水水ghgh P P0i 0i+m mg(z-hg(z-h)+)+水水ghgh 水柱计右边等压面上受到的力：水柱计右边等压面上受到的力：P P右右 P Pi i+m mgzgz 由等压面的定义有：由等压面的定义有：P P左左

38、P P右右 ，即：，即：P P0i0i+mg(z-h)+mg(z-h)+水水ghgh P P0i0i+m mgzgz 贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉49第二节 风流的能量与压力 若若 m m m m 有有：水水 m m （PaPa）（mmHmmH2 20 0）对于负压通风对于负压通风的情况请自行的情况请自行推导（注意连接方法）：推导（注意连接方法）：ghmiipp水0iiiiiihghgppghpp)(00水z zP P0 i0 ih h0 00 0贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉50第二节 风流的能量与压力说明：说明：（1 1）水柱计上下移动

39、时，）水柱计上下移动时，hi hi 保持不变；保持不变；（2 2）在风筒同一断面上、下移动皮托管，水柱计读数不）在风筒同一断面上、下移动皮托管，水柱计读数不变，说明同一断面上变，说明同一断面上 hi hi 相同；相同；（）相对全压、动压测量。（）相对全压、动压测量。测定连接如图（测定连接如图（说明连接方法及水柱高度变化说明连接方法及水柱高度变化）z zP P0 i0 ih ht th hi ih hv v贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉51第二节 风流的能量与压力作作 业业2-12-12-32-32-42-4另外作业另外作业测得风筒内某点测得风筒内某点i i相对压力相对

40、压力如图所示，求动压，并判断如图所示，求动压，并判断通风方式通风方式zP0 i100150hv贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉52第二节 风流的能量与压力本节重点本节重点 能量方程及在矿井中的应用能量方程及在矿井中的应用 贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉53第三节 通风能量方程 当空气在井巷中流动时，将会受到通风阻当空气在井巷中流动时，将会受到通风阻力的作用，消耗其能量；为保证空气连续不断力的作用，消耗其能量；为保证空气连续不断地流动，就必需有通风动力对空气作功，使得地流动，就必需有通风动力对空气作功，使得通风阻力和通风动力相平衡。通风阻力和通风

41、动力相平衡。贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉54第三节 通风能量方程一、空气流动连续性方程一、空气流动连续性方程 在矿井巷道中流动的风流是连续不断的介质，充在矿井巷道中流动的风流是连续不断的介质，充满它所流经的空间。在满它所流经的空间。在无点源或点汇无点源或点汇存在时，存在时，根据质根据质量守恒定律量守恒定律：对于稳定流，：对于稳定流，流入某空间的流体质量必流入某空间的流体质量必然等于流出其的流体质量。然等于流出其的流体质量。贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉55第三节 通风能量方程如图井巷中风流从如图井巷中风流从1 1断面流向断面流向2 2 断面

42、，作定常流动时，有：断面，作定常流动时，有：Mi=const Mi=const V V1 1 S S1 1 V V S S 、2 2 1 1、2 2断面上空气的平均密度，断面上空气的平均密度，kg/mkg/m3 3；V V1 1,，V V2 21 1、2 2 断面上空气的平均流速，断面上空气的平均流速，m/sm/s；S S1 1、S S2 2 1 1、断面面积，、断面面积，m m2 2。两种特例两种特例：（1 1）若）若 S S1 1S S2 2，则，则 V V1 1 V V；（2 2）若）若，则，则 V V1 1 S S1 1 V V S S 。对于不可压缩流体，通过任一断面的体积流量相等，

43、即对于不可压缩流体，通过任一断面的体积流量相等，即Q=vQ=vi iS Si i=const=const贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉56第三节 通风能量方程二、可压缩流体的能量方程二、可压缩流体的能量方程 能量方程表达了空气在流动过程中的压能、动能和位能的能量方程表达了空气在流动过程中的压能、动能和位能的变化规律，是能量守恒和转换定律在矿井通风中的应用。变化规律，是能量守恒和转换定律在矿井通风中的应用。（一）单位质量（一）单位质量(1kg)(1kg)流量的能量方程流量的能量方程 在井巷通风中，在井巷通风中，风流的能量风流的能量由由机械能机械能（静压能、动压能、静压能

44、、动压能、位能位能）和）和内能内能组成，常用组成，常用1kg1kg空气或空气或1m1m3 3空气所具有的能量表示。空气所具有的能量表示。贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉57第三节 通风能量方程机械能：机械能：静压能、动压能和位能之和。静压能、动压能和位能之和。内能：内能：风流内部所具有的风流内部所具有的分子内动能分子内动能与与分子位能分子位能之和。空气之和。空气的内能是空气状态参数的函数，即：的内能是空气状态参数的函数，即：u=fu=f（T T，P P）。）。能量分析：能量分析：任一断面风流总机械能：压能动能位能任一断面风流总机械能：压能动能位能；任一断面风流总能量：压

45、能动能位能内能任一断面风流总能量：压能动能位能内能，所以，对单位质量流体有：所以，对单位质量流体有：贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉58第三节 通风能量方程 假设：假设：1kg1kg空气由空气由1 1 断面流至断面流至2 2 断面的过程中，断面的过程中，q q（J/kgJ/kg）：外界传递给风流的热量（岩石、机电设备）：外界传递给风流的热量（岩石、机电设备等）等）；q qR R（J/kgJ/kg）：）：L LR R部分转化的热量部分转化的热量(这部分被消耗的能量将这部分被消耗的能量将转化成热能仍存在于空气中）转化成热能仍存在于空气中）；L LR R（J/kgJ/kg）：

46、克服流动阻力消耗的能量。）：克服流动阻力消耗的能量。112111u.2vP:11Zg断面总能量222222u.2vP:22Zg断面总能量z z1 1z z2 20 00 0p p1 1、v v1 1、u u1 1p p2 2、v v2 2、u u2 2q qL LR Rq qR R贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉59第三节 通风能量方程能量守恒定律：能量守恒定律：根据热力学第一定律，传给空气的热量（根据热力学第一定律，传给空气的热量（q qR R+q+q），一部分），一部分用于增加空气的内能，一部分使空气膨胀对外作功，即：用于增加空气的内能，一部分使空气膨胀对外作功，即

47、：式中：式中：v v为空气的比容，为空气的比容，m m3 3/kg/kg。又因为：又因为：R 22222Lu.2vP2ZgRqqZg112111u.2vPvdPuu=qq2112R21212111221122dPPdPdPPPPvvvvv贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉60第三节 通风能量方程 上述三式整理得：上述三式整理得：即为：即为：单位质量可压缩空气在单位质量可压缩空气在无压源无压源的井巷中流动时能量的井巷中流动时能量方程的一般形式。方程的一般形式。式中式中 称为伯努力积分项，它反映了风流从称为伯努力积分项，它反映了风流从1 1断面流至断面流至2 2断面的过程中的

48、静压能变化，它与空气流动过程的状断面的过程中的静压能变化，它与空气流动过程的状态密切相关。对于不同的状态过程，其积分结果是不同的。态密切相关。对于不同的状态过程，其积分结果是不同的。21222121RZg2v2vdPLZv1212dP1=dPv贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉61第三节 通风能量方程 对于多变过程，过程指数为对于多变过程，过程指数为 n n ，对伯努利积分进行积分，对伯努利积分进行积分计算，可得到：计算，可得到：单位质量可压缩空气在无压源的井巷中流动时单位质量可压缩空气在无压源的井巷中流动时能量方程可写成如下一般形式。能量方程可写成如下一般形式。过程指数

49、过程指数n n按下式计算按下式计算：21211221lnlnlnPlnPlnlnlnPlnPlnlnPdlndlnP=nvvvv2122212211RZg2v2vPP1nnLZ贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉62第三节 通风能量方程 有压源有压源 L Lt t 在时在时，单位质量可压缩空气井巷中流动时能量，单位质量可压缩空气井巷中流动时能量方程可写成如下一般形式。方程可写成如下一般形式。令令式中式中 m m表示表示1 1，2 2断面间按状态过程考虑的空气平均密度，得：断面间按状态过程考虑的空气平均密度，得：tLZ2122212211RZg2v2vPP1nnLm21221

50、1PPPP1nn221122112121221121PP/P/PlnPPlnPPPP1nnPPm贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉63第三节 通风能量方程则单位质量流量的能量方程式又可写为：则单位质量流量的能量方程式又可写为：21222121RZg2v2vPPLZmLtZ212221m21RZg2v2vPPL无源无源有源有源贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒 与君共勉64第三节 通风能量方程（二）单位体积（二）单位体积(1m(1m3 3)流量的能量方程流量的能量方程 我国矿井通风中习惯使用单位体积（我国矿井通风中习惯使用单位体积（1m1m3 3）流体的能量方）