矿井与通风课件 (12)

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 第三章第三章 井巷通风阻力井巷通风阻力 本章主要内容 第一节第一节 井巷断面上风速分布井巷断面上风速分布 一、风流流动状态一、风流流动状态 二、井巷断面上风速分布二、井巷断面上风速分布 第二节第二节 摩擦阻力摩擦阻力 一、摩擦阻力一、摩擦阻力 二、摩擦阻力系数与摩擦风阻二、摩擦阻力系数与摩擦风阻 三、井巷摩擦阻力计算方法三、井巷摩擦阻力计算方法 第三节第三节 局部阻力局部阻力 一、局部阻力及其计算一、局部阻力及其计算 二、局部阻力系数和局部风阻二、局部阻力系数和局部风阻 本章主要内容 第四

2、节第四节 矿井总风阻与等级孔矿井总风阻与等级孔 一、井巷阻力特性一、井巷阻力特性 二、矿井总风阻二、矿井总风阻 三、矿井等级孔三、矿井等级孔 第五节第五节 井巷通风阻力测算井巷通风阻力测算 一、通风阻力一、通风阻力hRhR测算测算 二、局部阻力测算二、局部阻力测算 三、井筒阻力测算三、井筒阻力测算 四、测算结果分析四、测算结果分析 第六节第六节 降低矿井通风阻力措施降低矿井通风阻力措施 一、降低井巷摩擦阻力的措施一、降低井巷摩擦阻力的措施 二、降低局部阻力措施二、降低局部阻力措施 本章主要内容 本章重点和难点：本章重点和难点： 摩擦阻力和局部阻力产生的原因和测算摩擦阻力和局部阻力产生的原因和测

3、算 第三章 井巷通风阻力 当空气沿井巷运动时，由于风流的粘滞性和当空气沿井巷运动时，由于风流的粘滞性和 惯性以及井巷壁面等对风流的阻滞、扰动作用惯性以及井巷壁面等对风流的阻滞、扰动作用 而形成通风阻力，它是造成风流能量损失的原而形成通风阻力，它是造成风流能量损失的原 因。井巷通风阻力可分为两类：因。井巷通风阻力可分为两类： 摩擦阻力摩擦阻力( (也称为也称为沿程阻力沿程阻力) )和和局部阻力局部阻力。 第一节第一节 井巷断面上风速分布井巷断面上风速分布 第一节 井巷断面上风速分布 一、风流流态一、风流流态 1 1、管道流、管道流 层流：层流：同一流体在同一管同一流体在同一管 道中流动时，不同的

4、流速，道中流动时，不同的流速， 会形成不同的流动状态。会形成不同的流动状态。 当流速较低时，流体质点当流速较低时，流体质点 互不混杂，沿着与管轴平互不混杂，沿着与管轴平 行的方向作层状运动，称行的方向作层状运动，称 为为层流层流( (或滞流或滞流) )。 第一节 井巷断面上风速分布 紊流：紊流：当流速较大时，流体质点的运动速度在大小和当流速较大时，流体质点的运动速度在大小和 方向上都随时发生变化，成为互相混杂的紊乱流动，方向上都随时发生变化，成为互相混杂的紊乱流动， 称为称为紊流紊流( (或湍流或湍流) )。 研究层流与紊流的主要意义：研究层流与紊流的主要意义： 在于两种流态有着不同的阻力定律

5、。在于两种流态有着不同的阻力定律。 第一节 井巷断面上风速分布 风流流态判断风流流态判断 （）雷诺数（）雷诺数Re Re 平均流速平均流速v v、管道直径、管道直径d d和流体的运动粘性系数。和流体的运动粘性系数。 在实际工程计算中，通常以在实际工程计算中，通常以R Re e=2300=2300作为管道流动流作为管道流动流 态的判定准数，即：态的判定准数，即： R Re e2300 2300 层流，层流， R Re e2300 2300 紊流紊流 vd Re 第一节 井巷断面上风速分布 （）当量直径（）当量直径 对于非圆形断面的井巷，对于非圆形断面的井巷，ReRe数中的管道直径数中的管道直径d

6、 d应以井巷断应以井巷断 面的当量直径面的当量直径dede来表示：来表示： 非圆形断面井巷的雷诺数非圆形断面井巷的雷诺数 对于不同形状的井巷断面，其周长对于不同形状的井巷断面，其周长U U与断面积与断面积S S的关系，的关系， 可用下式表示：可用下式表示： C C断面形状系数：断面形状系数：梯形梯形C C=4.16=4.16；三心拱；三心拱C C=3.85=3.85；半圆拱；半圆拱 C C=3.90=3.90。 U S de4 U vS Re 4 SCU 第一节 井巷断面上风速分布 （3）孔隙介质流 在采空区和煤层等多孔介质中风流的流态判别准数为： 式中：K冒落带渗流系数，m2；l滤流带粗糙度

7、系数，m。 层流，Re0.25； 紊流，Re2.5； 过渡流 0.25Re2300,3)=846152300,紊流紊流 巷道条件同上，巷道条件同上，Re=2300Re=2300层流临界风速：层流临界风速： V=ReV=ReU U/4S/4S =2300 =23004.164.163 315151010-6 -6/(4 /(49)=0.012m/s0.159)=0.012m/s0.15 l vK Re 第一节 井巷断面上风速分布 由于煤矿中大部分巷道的断面均大于 由于煤矿中大部分巷道的断面均大于2.5m2.5m2 2， 井下巷道中的最低风速均在井下巷道中的最低风速均在0.25m/S0.25m/S

8、以上，所以上，所 以说井巷中的风流大部为以说井巷中的风流大部为紊流紊流，很少为，很少为层流。层流。 第一节 井巷断面上风速分布 二、井巷断面上风速分布二、井巷断面上风速分布 （）紊流脉动（）紊流脉动 风流中各点的流速、压力等物理参数随时间作不规则风流中各点的流速、压力等物理参数随时间作不规则 （）时均速度（）时均速度 瞬时速度瞬时速度 v vx x 随时间随时间的变化。其值虽然不断变化，但的变化。其值虽然不断变化，但 在一足够长的时间段在一足够长的时间段 T T 内，流速内，流速 v vx x 总是围绕着某一平总是围绕着某一平 均值上下波动。均值上下波动。 T vx vx t 第一节 井巷断面

9、上风速分布 ( (）巷道风速分布）巷道风速分布 由于空气的粘性和井巷壁面摩擦影响，井巷断面上风速分由于空气的粘性和井巷壁面摩擦影响，井巷断面上风速分 布是不均匀的。布是不均匀的。 层流边层层流边层：在贴近壁面处仍存在层流运动薄层，：在贴近壁面处仍存在层流运动薄层，即层流边即层流边 层层。其厚度。其厚度随随ReRe增加而变薄，它的存在对流动阻力、传热增加而变薄，它的存在对流动阻力、传热 和传质过程有较大影响。和传质过程有较大影响。 第一节 井巷断面上风速分布 在层流边层以外，从巷壁向巷道轴心方向，风速逐渐增大，在层流边层以外，从巷壁向巷道轴心方向，风速逐渐增大， 呈抛物线分布。呈抛物线分布。 v

10、 vmax vmax 巷道剖面 3.25m/s 3.0 2.75 2.50 2.25 2.0 第一节 井巷断面上风速分布 平均风速：平均风速： 式中：式中： 巷道通过风量巷道通过风量Q Q。则：则：Q QV VS S 风速分布系数风速分布系数： 断面上平均风速断面上平均风速v v与最大风速与最大风速v vmax max的比值称 的比值称 为为风速分布系数风速分布系数( (速度场系数速度场系数) )，用，用K Kv v表示：表示： 巷壁愈光滑，巷壁愈光滑，K Kv v值愈大，即断面上风速分布值愈大，即断面上风速分布 愈均匀。愈均匀。 砌碹巷道，砌碹巷道，K Kv v=0.8=0.80.860.8

11、6；木棚支护巷道，；木棚支护巷道， K Kv v=0.68=0.680.820.82；无支护巷道，；无支护巷道，K Kv v=0.74=0.740.810.81。 S i Sv S vd 1 S i Sv d max v v Kv 速度分布不对称速度分布不对称 最大风速不在轴最大风速不在轴 线上！线上！ 第三章 井巷通风阻力 第二节第二节 摩擦风阻与阻力摩擦风阻与阻力 第二节 摩擦风阻与阻力 一、摩擦阻力一、摩擦阻力 风流在井巷中作沿程流动时，由于流体层间的摩擦和流体风流在井巷中作沿程流动时，由于流体层间的摩擦和流体 与井巷壁面之间的摩擦所形成的阻力称为与井巷壁面之间的摩擦所形成的阻力称为摩擦

12、阻力摩擦阻力( (也叫沿程也叫沿程 阻力阻力) )。 由流体力学可知，无论层流还是紊流，以风流压能损失来由流体力学可知，无论层流还是紊流，以风流压能损失来 反映的摩擦阻力可用下式来计算：反映的摩擦阻力可用下式来计算：PaPa 无因次系数，即摩擦阻力系数，通过实验求得。无因次系数，即摩擦阻力系数，通过实验求得。 d d 圆形风管直径，非圆形管用当量直径；圆形风管直径，非圆形管用当量直径； 2 2 v d L h f 第二节 摩擦风阻与阻力 1 1尼古拉兹实验尼古拉兹实验 能量损失原因：能量损失原因： 内因内因：取决于粘滞力和惯性力的比值，用雷诺数：取决于粘滞力和惯性力的比值，用雷诺数ReRe来衡

13、量；来衡量； 外因：外因：是固体壁面对流体流动的阻碍作用，与管道长度、断面是固体壁面对流体流动的阻碍作用，与管道长度、断面 形状及大小、壁面粗糙度有关。壁面粗糙度的影响通过形状及大小、壁面粗糙度有关。壁面粗糙度的影响通过值来值来 反映。反映。 绝对糙度：绝对糙度：砂粒的直径砂粒的直径就是管壁凸起的高度，就是管壁凸起的高度， 相对糙度：相对糙度：绝对糙度绝对糙度与管道半径与管道半径r r的比值的比值/r/r 第二节 摩擦风阻与阻力 1 1尼古拉兹实验尼古拉兹实验 1932193219331933年间，尼古拉兹把经过筛分、粒径为年间，尼古拉兹把经过筛分、粒径为的砂粒均的砂粒均 匀粘贴于管壁。匀粘贴

14、于管壁。 水作为流动介质、对水作为流动介质、对相对糙度相对糙度分别为分别为1/151/15、1/30.61/30.6、1/601/60、 1/1261/126、1/2561/256、1/5071/507六种不同的管道进行试验研究。对实验六种不同的管道进行试验研究。对实验 数据进行分析整理，在对数坐标纸上画出数据进行分析整理，在对数坐标纸上画出与与ReRe的关系曲线，的关系曲线， 如图下页所示如图下页所示( (书中图书中图3-2-1)3-2-1) 。 lg 1000 lg Re 第二节 摩擦风阻与阻力 1 15r 1 30.6r 1 60r 1 126r 1 256r 1 507r 2 lg27

15、4.1 1 r 区区层流区层流区 当当Re2320 (即即lgRe3.36) 时时,只与只与Re有有 关，且关，且 =64/Re。与与 /r无关无关; 区区过渡流区过渡流区。23202320ReRe4000 4000 ( (即即3.36lg3.36lgReRe3.6)3.6)，不同的管内，不同的管内 流体由层流转变为紊流。流体由层流转变为紊流。随随ReRe增大增大 而增大，与而增大，与/ /r r无明显关系。无明显关系。 区区水力光滑管区水力光滑管区。紊。紊 流状态流状态( (ReRe4000) 4000) 与与 仍然无关，只与仍然无关，只与ReRe有关有关 区区紊流过渡区紊流过渡区，各，各

16、种不同相对糙度的实验种不同相对糙度的实验 点各自分散呈一波状曲点各自分散呈一波状曲 线，线，值既与值既与ReRe有关，有关， 也与也与/ /r r有关有关。 第二节 摩擦风阻与阻力 2 2层流摩擦阻力层流摩擦阻力 当流体在圆形管道中作层流流动时，从理论上可以导出当流体在圆形管道中作层流流动时，从理论上可以导出 摩擦阻力计算式：摩擦阻力计算式： = = 可得圆管层流时的沿程阻力。可得圆管层流时的沿程阻力。 层流摩擦阻力和平均流速的一次方成正比。层流摩擦阻力和平均流速的一次方成正比。 v d L h f 2 32 Vd Re 2 64 2 v d L Re h f Re 64 第二节 摩擦风阻与阻

17、力 3 3、紊流摩擦阻力、紊流摩擦阻力 对于紊流运动，对于紊流运动，=f (Re=f (Re，/r/r) )，关系比较复杂。用当量，关系比较复杂。用当量 直径直径 dede=4=4S S/ /U U 代替代替d d，代入阻力通式，则得到紊流状态下井，代入阻力通式，则得到紊流状态下井 巷的摩擦阻力计算式：巷的摩擦阻力计算式： 2 3 2 88 Q S LU v S LU hf 第二节 摩擦风阻与阻力 二、摩擦阻力系数与摩擦风阻二、摩擦阻力系数与摩擦风阻 1 1摩擦阻力系数摩擦阻力系数 大多数通风井巷风流的大多数通风井巷风流的ReRe值已进入阻力平方区，值已进入阻力平方区，值只与相值只与相 对糙度

18、有关，对于几何尺寸和支护已定型的井巷，相对糙度一对糙度有关，对于几何尺寸和支护已定型的井巷，相对糙度一 定，则定，则可视为定值；在标准状态下空气密度可视为定值；在标准状态下空气密度=1.2kg/m=1.2kg/m3 3。 令：令： 称为摩擦阻力系数称为摩擦阻力系数，单位为，单位为 kg/mkg/m3 3 或 或 N.sN.s2 2/m/m4 4。 8 2.1 0 第二节 摩擦风阻与阻力 标准摩擦阻力系数：标准摩擦阻力系数：通过大量实验和实测所得的、在标准状通过大量实验和实测所得的、在标准状 态（态（0 0=1.2kg/m=1.2kg/m3 3）条件下的井巷的摩擦阻力系数，）条件下的井巷的摩擦阻

19、力系数，即所谓标即所谓标 准值准值0 0值值，井巷中空气密度，井巷中空气密度1.2kg/m1.2kg/m3 3时，时，值应修正：值应修正： 则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式写为：则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式写为： 2 3 Q S LU h f 第二节 摩擦风阻与阻力 系数影响因素系数影响因素 对于砌碹、锚喷巷道对于砌碹、锚喷巷道只考虑横断面上方向相对粗糙度；只考虑横断面上方向相对粗糙度； 对于木棚、工字钢、对于木棚、工字钢、U U型棚等还要考虑纵口径型棚等还要考虑纵口径=l/d=l/d0 0 ld0 工字钢支架在巷道中流动状态工字钢支架在巷道中流动状态随随变化实验曲线变化实验曲线

20、第二节 摩擦风阻与阻力 2 2摩擦风阻摩擦风阻R Rf f 对于已给定的井巷，对于已给定的井巷，L L、U U、S S都为已知数，故可把上式中的都为已知数，故可把上式中的 、L L、U U、S S 归结为一个参数归结为一个参数R Rf f ： R Rf f 称为巷道的摩擦风阻，其单位为：称为巷道的摩擦风阻，其单位为：kg/mkg/m7 7 或 或 N.sN.s2 2/m/m8 8。 工程单位：工程单位：kgfkgf .s .s2 2/m/m8 8，或写成，或写成kk, ,1N.s1N.s2 2/m/m8 8= 9.8 k= 9.8 k 3 S LU R f 第二节 摩擦风阻与阻力 R Rf f

21、f ( ,S,U,L)f ( ,S,U,L) 。在正常条件下当某一段井巷中的。在正常条件下当某一段井巷中的 空气密度空气密度一般变化不大时，可将一般变化不大时，可将R R f f 看作是反映井巷几何特 看作是反映井巷几何特 征的参数。征的参数。 则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式写为：则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式写为： 此式就是完全紊流此式就是完全紊流( (进入阻力平方区进入阻力平方区) )下的摩擦阻力定律。下的摩擦阻力定律。 2 QRh ff Rf与与hf区别：区别： Rf是风流流动是风流流动 的阻抗参数；的阻抗参数； hf是流动过程是流动过程 能量损失。能量损失。 第二节 摩擦风

22、阻与阻力 三、井巷摩擦阻力计算方法三、井巷摩擦阻力计算方法 新建矿井新建矿井： 查表得查表得0 0计算计算 计算计算R Rf f 计算计算h hf f 计算总阻力损失计算总阻力损失 选择通风设备选择通风设备 生产矿井：生产矿井： 测得测得h hf f 计算计算R Rf f 计算计算 计算计算0 0 指导生产指导生产 第二节 摩擦风阻与阻力 例题例题3-33-3某设计巷道为梯形断面，某设计巷道为梯形断面，S S=8m=8m2 2，L L=1000m=1000m，采用工字钢棚支，采用工字钢棚支 护 ， 支 架 截 面 高 度护 ， 支 架 截 面 高 度d d 0 0= 1 4 c m = 1 4

23、 c m ， 纵 口 径， 纵 口 径= 5= 5 ， 计 划 通 过 风 量， 计 划 通 过 风 量 Q=1200mQ=1200m3 3/min/min，预计巷道中空气密度，预计巷道中空气密度=1.25kg/m=1.25kg/m3 3，求该段巷道的通，求该段巷道的通 风阻力。风阻力。 解解 根据所给的根据所给的d d0 0、S S 值，由附录值，由附录4 4附表附表4-44-4查得查得: : 0 0 =284.2 =284.21010 4 4 0.88=0.025Ns0.88=0.025Ns2 2/m/m4 4 实际摩擦阻力系数实际摩擦阻力系数 NsNs2 2m m4 4 巷道摩擦风阻巷道

24、摩擦风阻 巷道摩擦阻力巷道摩擦阻力 026. 0 2 . 1 25. 1 025. 0 2 . 1 0 8 /mNs 0.598 8 77.111000026. 06 . 4 2 333 S SL S LU Rf PaQRh ff 2.239 60 1200 598.0 2 2 第二节 摩擦风阻与阻力 四、通风阻力功耗和电耗四、通风阻力功耗和电耗 设主要通风机效率设主要通风机效率=60%=60%，为了克服这段阻力，一年耗多少，为了克服这段阻力，一年耗多少 度电？度电？ KW Qh N f 97. 7 6 . 01000 202 .239 1000 68860.8kWh2436097. 7243

25、60 NW 第三章 井巷通风阻力 第三节第三节 局部风阻与阻力局部风阻与阻力 第三节 局部风阻与阻力 由于井巷断面、方向变化以及分岔或汇合等原因，使均匀由于井巷断面、方向变化以及分岔或汇合等原因，使均匀 流动在局部地区受到影响而破坏，从而引起风流速度场分布变流动在局部地区受到影响而破坏，从而引起风流速度场分布变 化和产生涡流等，造成风流能量损失，这种阻力称为化和产生涡流等，造成风流能量损失，这种阻力称为局部阻力局部阻力。 由于局部阻力所产生风流速度场分布的变化比较复杂性，对局由于局部阻力所产生风流速度场分布的变化比较复杂性，对局 部阻力的计算一般采用经验公式。部阻力的计算一般采用经验公式。 第

26、三节 局部风阻与阻力 一、局部阻力及其计算一、局部阻力及其计算 和摩擦阻力类似，局部阻力和摩擦阻力类似，局部阻力h hl l一般也用动压的倍数来表示：一般也用动压的倍数来表示： 局部阻力系数，无因次。层流局部阻力系数，无因次。层流： 计算局部阻力计算局部阻力，关键是局部阻力系数确定，因，关键是局部阻力系数确定，因v=Q/S,v=Q/S, 当当确定后，便可用：确定后，便可用： 2 2 vh l Re B 2 2 2 Q S h l 第三节 局部风阻与阻力 几种常见的局部阻力产生的类型：几种常见的局部阻力产生的类型： 、突变、突变 紊流通过突变部分时，由于惯性作用，出现主流与边壁脱紊流通过突变部分

27、时，由于惯性作用，出现主流与边壁脱 离的现象，在主流与边壁之间形成涡漩区，从而增加能量损离的现象，在主流与边壁之间形成涡漩区，从而增加能量损 失。失。 第三节 局部风阻与阻力 、渐变、渐变 主要是由于沿流动方向出现减速增压现象，在边壁附近产生主要是由于沿流动方向出现减速增压现象，在边壁附近产生 涡漩。因为涡漩。因为 V hV hv v p p，压差的作用方向与流动方向相反，压差的作用方向与流动方向相反， 使边壁附近，流速本来就小，趋于使边壁附近，流速本来就小，趋于0, 0, 在这些地方主流与边壁在这些地方主流与边壁 面脱离，出现与主流相反的流动，面涡漩。面脱离，出现与主流相反的流动，面涡漩。

28、第三节 局部风阻与阻力 、转弯处、转弯处 流体质点在转弯处受到离心力作用，在外侧出现减速增压，流体质点在转弯处受到离心力作用，在外侧出现减速增压， 出现涡漩。出现涡漩。 、分岔与会合、分岔与会合 上述的综合。上述的综合。 局部阻力的产生主要是与涡漩区有关，涡漩区愈大，能局部阻力的产生主要是与涡漩区有关，涡漩区愈大，能 量损失愈多，局部阻力愈大。量损失愈多，局部阻力愈大。 第三节 局部风阻与阻力 二、局部阻力系数和局部风阻二、局部阻力系数和局部风阻 ( (一一) ) 局部阻力系数局部阻力系数 紊流局部阻力系数紊流局部阻力系数一般主要取决于局部阻力物的形状，一般主要取决于局部阻力物的形状， 而边壁

29、的粗糙程度为次要因素。而边壁的粗糙程度为次要因素。 第三节 局部风阻与阻力 1 1突然扩大突然扩大 或或 v v1 1、v v2 2分别为小断面和大断面的平均流速，分别为小断面和大断面的平均流速，m/sm/s； S S1 1、S S2 2分别为小断面和大断面的面积，分别为小断面和大断面的面积，m m； m m空气平均密度，空气平均密度，kg/mkg/m3 3。 对于粗糙度较大的井巷，可进行修正：对于粗糙度较大的井巷，可进行修正： 2 2 1 1 2 11 2 2 2 1 222 1 1 Q S v v S S hl 2 2 2 2 2 22 2 2 2 1 2 222 1Q S v v S S

30、 hl 01.0 1 第三节 局部风阻与阻力 2 2突然缩小突然缩小 对应于对应于小断面的动压小断面的动压，值可按下式计算：值可按下式计算： 1 2 15 . 0 S S 013.0 1 第三节 局部风阻与阻力 3 3逐渐扩大逐渐扩大 逐渐扩大的局部阻力比突然扩大小得多，其能量损失可认逐渐扩大的局部阻力比突然扩大小得多，其能量损失可认 为由摩擦损失和扩张损失两部分组成。为由摩擦损失和扩张损失两部分组成。 当当2020时，渐扩段的局部阻力系数时，渐扩段的局部阻力系数可用下式求算：可用下式求算： 风道的摩擦阻力系数风道的摩擦阻力系数，NsNs2 2/m/m4 4； n n风道大、小断面积之比，即风

31、道大、小断面积之比，即2 21 1； 扩张角。扩张角。 2 2 1 1sin 1 1 2 sin nn 第三节 局部风阻与阻力 4 4转弯转弯 巷道转弯时的局部阻力系数巷道转弯时的局部阻力系数( (考虑粗糙程度考虑粗糙程度) )可按下式计算：可按下式计算： 当巷高与巷宽之比当巷高与巷宽之比 H H/ /b b=0.2=0.21.01.0 时，时， 当当H H/ /b b=1=12.52.5 时时 0 0假定边壁完全光滑时，假定边壁完全光滑时，9090转弯的局部阻力系数，转弯的局部阻力系数， 其值见其值见教材表教材表3-3-13-3-1； 巷道的摩擦阻力系数，巷道的摩擦阻力系数，N.sN.s2

32、2/m/m4 4； 巷道转弯角度影响系数，见巷道转弯角度影响系数，见教材表教材表3-3-23-3-2。 H b 28 0 b H 65.035.0 1 28 0 第三节 局部风阻与阻力 5 5风流分叉与汇合风流分叉与汇合 1) 1) 风流分叉风流分叉 典型的分叉巷道如图所示，典型的分叉巷道如图所示，1 12 2段的局部阻力段的局部阻力h hl l 2 2和 和1 13 3 段的局部阻力段的局部阻力h hl l 3 3分别用下式计算： 分别用下式计算： 2 33 2 131 2 2 vvvKhl 2 2221 2 121 cos2 2 vvvvKhl 2 3 12 3 第三节 局部风阻与阻力 2

33、) 2) 风流汇合风流汇合 如图所示，如图所示，1 13 3段和段和2 23 3段的局部阻力段的局部阻力h hl l 3 3、 、h hl l2 2 3 3分别按 分别按 下式计算：下式计算： 2 33 2 232 2 2 vvvKhl 1 2 2 3331 2 131 cos2 2 vvvvKh l 22 3 2 11 2 1 coscosv Q Q v Q Q 第三节 局部风阻与阻力 ( (二二) ) 局部风阻局部风阻 在局部阻力计算式中，令，在局部阻力计算式中，令， 则有：则有： 式中式中R Rl l称为局部风阻，其单位为称为局部风阻，其单位为N.sN.s2 2/m/m8 8或或kg/m

34、kg/m7 7。 此式表明，在紊流条件下局部阻力也与风量的平方成正比此式表明，在紊流条件下局部阻力也与风量的平方成正比 2 QRh ll 2 2 l R S 第三节 局部风阻与阻力 h hR R=h=hf f+h+hl l 一般一般H Hf f和和h hl l不易分开不易分开，对于，对于转弯转弯， H Hf f和和h hl l可分开；可分开； 突然扩大突然扩大， H Hf f占比重少，局部区段占比重少，局部区段h hR R= h= hl l 正面阻力正面阻力：罐笼、矿车、采煤机：罐笼、矿车、采煤机 第三节 局部风阻与阻力 例例1 1：某巷道：某巷道突然扩大段突然扩大段，砌碹支护，断面，砌碹支护

35、，断面S S1 1=6m=6m2 2，S S2 2=24m=24m2 2， 通过风量通过风量Q=48mQ=48m3 3/s/s，空气密度，空气密度=1.25kg/m=1.25kg/m3 3，求突然扩大局部，求突然扩大局部 阻力。阻力。 解：解：设砌碹巷道设砌碹巷道=0.005kg/m=0.005kg/m3 3 =(1-S =(1-S1 1/S/S2 2) )2 2=(1-6/24)=(1-6/24)2 2=0.563=0.563 =( 1+/0.01)=0.563(1+0.005/0.01)=0.845 =( 1+/0.01)=0.563(1+0.005/0.01)=0.845 h hL L=

36、 V= V1 12 2/2= (Q/S/2= (Q/S1 1) )2 2/2/2 = 0.845 = 0.8451.25(48/6)1.25(48/6)2 2/2=33.8Pa/2=33.8Pa 第三节 局部风阻与阻力 例例2 2：某回风道，断面高某回风道，断面高2.8m2.8m，宽，宽2.5m2.5m，混凝土棚支护，混凝土棚支护， =0.02kg/m=0.02kg/m3 3，有一直角转弯，内角没有弧度，求转弯处的，有一直角转弯，内角没有弧度，求转弯处的 局部阻力系数局部阻力系数 解：解：表表3-3-13-3-1， 0 0=0.93=0.93，由表，由表3-3-23-3-2，=1.0=1.0

37、H/b=2.8/2.5=1.12, H/b=2.8/2.5=1.12, =( =(0 0+28)b/H +28)b/H =(0.93+28 =(0.93+280.02) 2.5/2.8 0.02) 2.5/2.8 1=1.331=1.33 若若V=6m/sV=6m/s，=1.2kg/m=1.2kg/m3 3, , 则：则：h hL L=V=V2 2/2=1.33/2=1.331.21.26 66/2=57Pa6/2=57Pa 第三节 局部风阻与阻力 例例3 3：某直角分叉巷道，某直角分叉巷道，2 2=0=0， 3 3=90=90， =0.015kg/m=0.015kg/m3 3， V V1 1

38、=8m/s, V=8m/s, V2 2=6m/s, V=6m/s, V3 3=3m/s, =1.25kg/m=3m/s, =1.25kg/m3 3, ,求求h hL1-2 L1-2, h , hL1-3 L1-3 解：解：已知已知=0.015kg/m=0.015kg/m3 3，K K =1.35 =1.35 h hL1-2 L1-2=K =K /2 /2 (V(V1 12 2-2V-2V1 1 V V2 2coscos2 2+ V+ V2 22 2) ) =1.35 =1.351.25/2(81.25/2(82 2-2-28 86 61 +61 +62 2) ) =3.37Pa =3.37Pa

39、 h hL1-3 L1-3=K =K /2 /2 (V(V1 12 2-2V-2V1 1 V V3 3coscos3 3+ V+ V3 32 2) ) =1.35 =1.351.25/2(81.25/2(82 2-2-28 83 30 +30 +32 2) ) =71.59Pa =71.59Pa 2 3 12 3 第三节 局部风阻与阻力 例例4 4：某直角汇流巷道，某直角汇流巷道，1 1=0=0，2 2=90=90，=0.015kg/m=0.015kg/m3 3， V V1 1=5m/s, V=5m/s, V2 2=6m/s, V=6m/s, V3 3=8m/s, =1.25kg/m=8m/s

40、, =1.25kg/m3 3, , 求求h hL1-3 L1-3, h , hL2-3 L2-3 解：解：已知已知=0.015kg/m=0.015kg/m3 3，K K =1.35 =1.35 coscos1 1=1, cos=1, cos2 2=0,=Q=0,=Q1 1V V1 1coscos1 1/Q/Q3 3=3.125=3.125 h hL1-3 L1-3=K =K /2 /2 (V(V1 12 2-2V-2V3 3 + V + V3 32 2) ) = 1.35 = 1.351.25/2(51.25/2(52 2-2-28 83.125 +83.125 +82 2)=39Pa)=39

41、Pa h hL2-3 L2-3=K =K /2 /2 (V(V2 22 2-2 V-2 V3 3 + V+ V3 32 2) ) = 1.35 = 1.351.25/2(61.25/2(62 2-2-28 833.125 +833.125 +82 2) =42Pa) =42Pa 1 2 第三章 井巷通风阻力 第四节第四节 矿井总风阻与矿井总风阻与 矿井等积孔矿井等积孔 第四节 矿井总风阻与矿井等积孔 一、井巷阻力特性一、井巷阻力特性 在紊流条件下，摩擦阻力和局部阻力均与风量的平方成正在紊流条件下，摩擦阻力和局部阻力均与风量的平方成正 比。故可写成一般形式：比。故可写成一般形式：h hRQRQ2

42、 2 Pa Pa 。 对于特定井巷，对于特定井巷，R R为定值。用纵坐标表示通风阻力为定值。用纵坐标表示通风阻力( (或压或压 力力) )，横坐标表示通过风量，当风阻为，横坐标表示通过风量，当风阻为R R时，则每一风量时，则每一风量Q Qi i值，值， 便有一阻力便有一阻力h hi i值与之对应，根据值与之对应，根据 坐标点（坐标点（Q Qi i,h,hi i）即可画出一条抛物）即可画出一条抛物 线。线。这条曲线就叫该井巷的这条曲线就叫该井巷的阻力特阻力特 性曲线。风阻性曲线。风阻R R越大，曲线越陡。越大，曲线越陡。 Q h R 第四节 矿井总风阻与矿井等积孔 二、矿井总风阻二、矿井总风阻

43、从入风井口到主要通风机入口，把顺序连接的各段井巷从入风井口到主要通风机入口，把顺序连接的各段井巷 的通风阻力累加起来，就得到矿井通风总阻力的通风阻力累加起来，就得到矿井通风总阻力h hRm Rm，这就是井 ，这就是井 巷通风阻力的叠加原则。巷通风阻力的叠加原则。 已知矿井通风总阻力已知矿井通风总阻力h hRm Rm和矿井总风量 和矿井总风量Q Q，即可求得矿井总，即可求得矿井总 风阻：风阻： N.sN.s2 2/m/m8 8 R Rm m是反映矿井通风难易程度的一个指标。是反映矿井通风难易程度的一个指标。R Rm m越大，矿井通越大，矿井通 风越困难；风越困难； 2 Q h R Rm m 第四

44、节 矿井总风阻与矿井等积孔 三、矿井等积孔三、矿井等积孔 矿井等积孔作为衡量矿井通风难易矿井等积孔作为衡量矿井通风难易 程度的指标。程度的指标。 假定在无限空间有一薄壁，在薄壁假定在无限空间有一薄壁，在薄壁 上开一面积为上开一面积为A A(m(m2 2) )的孔口。当孔口通的孔口。当孔口通 过的风量等于矿井风量，且孔口两侧的过的风量等于矿井风量，且孔口两侧的 风压差等于矿井通风阻力时，则孔口面风压差等于矿井通风阻力时，则孔口面 积积A A称为该矿井的等积孔。称为该矿井的等积孔。 A I II P2, v2 P2, v2 第四节 矿井总风阻与矿井等积孔 设风流从设风流从I III II，且无能量

45、损失，且无能量损失， 则有：则有： 得：得： 风流收缩处断面面积风流收缩处断面面积A A2 2与孔口面积与孔口面积A A之比称为之比称为收缩系数收缩系数，由水，由水 力学可知，一般力学可知，一般=0.65=0.65，故，故A A2 2=0.65=0.65A A。则。则v v2 2Q/AQ/A2 2=Q/0.65=Q/0.65A A， 代入上式后并整理得：代入上式后并整理得： 2 22 2 11 22 vPvP RmRm hvhvPP /2 , 2 2 2 221 Rm h Q A /265. 0 第四节 矿井总风阻与矿井等积孔 取取=1.2kg/m=1.2kg/m3 3，则：，则： 因因R R

46、m m= =h h m m 2 2， 故有故有 Rm h Q A19. 1 m R A 19.1 A是是Rm的函数，的函数，故可以表示故可以表示 矿井通风的难易程度。矿井通风的难易程度。 当当A，容易；，容易； A 2，中等；，中等； A困难。困难。 第四节 矿井总风阻与矿井等积孔 对于多风井通风系统，应根据各风机系统的通风阻力hRi和 风量Qi，按风量加权平均求出全矿井总阻力： 式中n风机台数 hRm意义是全矿井各系统平均m3空气所消耗能量。 n i i n i iRi Rm Q Qh h 1 1 )( )( 19.1 1 2/3 1 iRi n i n i i Qh Q A 多风井系统的矿

47、井等级孔多风井系统的矿井等级孔A计算式：计算式： 第四节 矿井总风阻与矿井等积孔 例例1 1：某矿井为中央式通风系统，测得矿井通风总阻力：某矿井为中央式通风系统，测得矿井通风总阻力 h hRm Rm=2800Pa =2800Pa，矿井总风量，矿井总风量Q Q=70m=70m3 3/s/s，求矿井总风阻，求矿井总风阻R Rm m和等积孔和等积孔A A， 评价其通风难易程度。评价其通风难易程度。 解解 8222 /571. 070/2800/mNsQhR mRm 2 57. 1571. 0/19. 1/19. 1mRA m 第四节 矿井总风阻与矿井等积孔 例例2 2：某对角式通风矿井，东风井的阻力

48、：某对角式通风矿井，东风井的阻力hR1=280hR1=280* *9.81Pa9.81Pa，风，风 量量Q1=80m3/sQ1=80m3/s；西风井的阻力；西风井的阻力hR2=100hR2=100* *9.81Pa9.81Pa，风量，风量Q2=60m3/sQ2=60m3/s； 求矿井总等级孔。求矿井总等级孔。 解解 3/20.5 11 3/2 1.19() (8060) 1.19 2809.81801009.8160 3.73 nn iRii ii AQh Q 第三章 井巷通风阻力 第五节第五节 井巷通风阻力测定井巷通风阻力测定 第五节 井巷通风阻力测定 一、通风阻力hR测算 阻力测定目的：1

49、、阻力分布，降阻增风；2、提供阻力系数 和R，为设计、网络解算、改造、均压防火；能力核定。 1)测定路线的选择和测点布置 如果测定的目的是为了了解通风系统的阻力分布，则必须选 择最大阻力路线； 如果测量的目的是为了获取摩擦阻力系数和分支风阻，则应 选择不同支护形式、不同类型的典型巷道。 第五节 井巷通风阻力测定 测点布置应考虑： 1、测点间的压差不小于1020Pa； 2、尽量避免靠近井筒和风门； 3、选择风量较稳定的巷道内； 4、局部阻力物前3倍巷宽，后812倍巷宽； 5、风流稳定，无汇合交叉，测点前后3m巷道支护完好。 2)一段巷道的通风阻力hR测算 两种方法：压差计法和气压计法 第五节 井

50、巷通风阻力测定 (1)压差计法压差计法测量原理测量原理 Z1 Z2 1 2 用压差计法测定通风阻力的实质：用压差计法测定通风阻力的实质： 测量风流两点间的测量风流两点间的势能差势能差和和动压差动压差 压差计两侧所受压力分别为：压差计两侧所受压力分别为： 1112m Pg ZZ 222m PgZ 则压差计所示测值为：则压差计所示测值为： 1112222mm hPg ZZPgZ 设设 1122212mmm g ZZgZgZ且且 mm 则则 1212m hPPgZ 第五节 井巷通风阻力测定 (1)压差计法压差计法测量原理测量原理 Z1 Z2 1 2 则则1、2间巷道通风阻力为：间巷道通风阻力为： 该

51、式成立的前提是：胶皮管内的空气平均密度与井巷中该式成立的前提是：胶皮管内的空气平均密度与井巷中 的空气平均密度相等。的空气平均密度相等。 22 12 1212 22 R hh 为此，在测量前，应将胶皮管放置在巷道相应位置上保存为此，在测量前，应将胶皮管放置在巷道相应位置上保存 一段时间，或用打气筒将巷道空气转换掉胶皮管中空气。一段时间，或用打气筒将巷道空气转换掉胶皮管中空气。 第五节 井巷通风阻力测定 单管气压计放置位置对测量效果的影响：单管气压计放置位置对测量效果的影响： Z1 Z2 1 2 现假设单管气压计放置在两测点中间现假设单管气压计放置在两测点中间 111m PgZ 则：左右侧液面承

52、压分别为：则：左右侧液面承压分别为： 222m PgZ 121122mm hPPg ZZ 则压差计计数为：则压差计计数为： 同理：同理： 112212mmm ZZZZ 且且 mm 则则1、2间巷道通风阻力为：间巷道通风阻力为： 22 12 1212 22 R hh 第五节 井巷通风阻力测定 (2)(2)气压计法气压计法 原理：用此方法测定通风阻力，实质是用精密气压计测出测原理：用此方法测定通风阻力，实质是用精密气压计测出测 点间的绝对静压差，再加上动压差和位能差，以计算通风阻力。点间的绝对静压差，再加上动压差和位能差，以计算通风阻力。 用气压计测绝对静压用气压计测绝对静压P P1 1、P P2

53、 2，同时测定，同时测定t t1 1、t t2 2和和11、 22； 用风表测每断面平均风速用风表测每断面平均风速v v1 1、v v2 2；查测点标高；查测点标高Z Z1 1、Z Z2 2 ； P P1 1-P-P2 2 测准，两台温漂相同仪器同时测量，逐点和双测点测定测准，两台温漂相同仪器同时测量，逐点和双测点测定 2 1 A B 22 12 12121212 22 Rm hPPgZ 第五节 井巷通风阻力测定 气压计法的测定步骤：气压计法的测定步骤： 1 1、在、在1 1号测点号测点A A、B B仪器同时仪器同时P PA1 A1、 、P PB1 B1； ； 2 2、A A仪器不动，仪器不动

54、，B B仪器移到仪器移到2 2， 3 3、同时约定时间同时读数，、同时约定时间同时读数，P PA2 A2、 、 P PB2 B2 4 4、P P1 1-P-P2 2= (P= (PB1 B1-P -PB2 B2)+ (P )+ (PA2 A2-P -PA1 A1), ), 5 5、将、将P P1 1-P-P2 2代入上页公式即可。代入上页公式即可。 2 1 A B 思考：思考： 1 1、为什么要用两、为什么要用两 台气压计？用一台台气压计？用一台 气压计先测气压计先测1 1号点，号点， 再测再测2 2号点不行吗？号点不行吗？ 第五节 井巷通风阻力测定 3)3)摩擦阻力系数测算摩擦阻力系数测算

55、(1)(1)测试方法测试方法压差计法；压差计法； (2)(2)支护方式和测段一致，无变化；支护方式和测段一致，无变化； (3)(3)测点位置在局部阻力物前测点位置在局部阻力物前3535巷宽，后巷宽，后812812倍；倍； (4)(4)系统稳定系统稳定 (5)h(5)hf f和和Q Q测准测准 R Rf f=h=hf f/Q/Q2 2 =R =Rf fS S3 3/LU/LU 第五节 井巷通风阻力测定 二、局部阻力测算 用压差计测出1-2段阻力hR1-2和1-3段阻力hR1-3,若断面一致， 则 hf与长度L成正比。则单纯巷道转弯的局部阻力hL。 h hL L=h=hR1-3 R1-3- h -

56、 hR1-2 R1-2L L1313/L /L12 12 R RL L=h=hL L/Q/Q2 2 =2S2R RL L/ 1 2 3 第五节 井巷通风阻力测定 三、井筒通风阻力测定三、井筒通风阻力测定 1 1、进风井筒阻力测定、进风井筒阻力测定 1)1)压差计法压差计法吊测法吊测法 50m,80m,100m,120m,150m,(H)50m,80m,100m,120m,150m,(H) h h1 1 , h , h2 2 , h , h3 3 ,h ,h4 4, h, h5 5 H Hf f=a+bH=a+bH h hR R=h=hf f+2h+2hL L 2)2)气压计法气压计法 从地表开

57、始，每隔从地表开始，每隔50m50m，测量，测量P P，t,tt,t 静压差静压差PiPi，高差，高差Z Z， h hR R= = PiPi+ + m m Zg-0.5 VZg-0.5 V2 2 井筒 单管压差计 测绳 胶皮管 静压重锤 第五节 井巷通风阻力测定 2 2、回风井筒阻力测定、回风井筒阻力测定 1)1)压差计法压差计法-吊测法吊测法 防爆盖上打孔；或在安全门内防爆盖上打孔；或在安全门内 2)2)气压计法气压计法 在井底用气压计读出相对压力，在安全在井底用气压计读出相对压力，在安全 门内再读出相对压力，两者差值门内再读出相对压力，两者差值PP， h hR R= = P+ P+ m m ZgZg +0.5 V +0.5 V2 2底 底-0.5 V -0.5 V2