第二章矿井通风压力

1、第二章 矿井通风压力本章要点知识点技能点空气的主要物理性质；风流的能量与压力；通风能量方程的应用。单管倾斜压差计的使用；补偿式微压计的使用；风流点压力的测定任务描述压力是矿井通风的一个重要参数，通过压力的测量可以掌握空矿井通风的状况和矿井阻力的分布，如何测量矿井通风的压力？任务分析通过测量矿井巷道中的压力大小，尤其是点压力的测定，可以判断出通风的状况，阻力的分布状况等。第一节第一节第二节第二节第三节第三节空气的主要物理性质风流能量与压力通风能量方程第一节 空气的主要物理性质一、空气的密度单位体积空气所具有的质量称为空气的密度M-空气的质量，kg;V-空气的体积，m3VM标准大气状况：p=101

2、325Pa,t=0，%0在标准状况下，干空气的密度是1.293kg/m3二、空气的压力压力（压强）p(Pa)空气分子热运动对器壁碰撞的宏观表现空气压力是单位体积内不规则热运动产生的总动能的2/3转化为能对外做功的机械能P 空气的压力是可以测量的)21(322mvn地面空气压力习惯称为大气压。越靠近地表大气压力也越大。此外，大气压力还与当地的气候条件有关，即便是同一地区，也会随季节不同而变化，甚至一昼夜内都有波动矿井常用压强单位：矿井常用压强单位：Pa Pa MPaMPa mmHg mmHg mmHmmH2 20 0 mmbarmmbar bar bar atmatm 等。等。 换算关系：换算关

3、系：1 1 atmatm = 760 mmHg = = 760 mmHg = 1013.25 1013.25 mmbarmmbar = 101325 Pa = 101325 Pa mmbarmmbar = 100 Pa = 10.2 mmH = 100 Pa = 10.2 mmH2 20,0,mmHg = 13.6mmHmmHg = 13.6mmH2 20 = 133.32 Pa0 = 133.32 Pa三、空气的粘性 当流体层间发生相当流体层间发生相对运动时，在流体对运动时，在流体内部两个流体层的内部两个流体层的接触面上，便产生接触面上，便产生粘性阻力粘性阻力(内摩擦力内摩擦力)以阻止相对运

4、动，以阻止相对运动，流体具有的这一性流体具有的这一性质，称作流体的粘质，称作流体的粘性性。在矿井通风中还常在矿井通风中还常用运动粘度用运动粘度 v(m2s)和动力粘度和动力粘度 (Pas)表示表示v=/ 温度是影响流体温度是影响流体粘性的主要因素粘性的主要因素之一，但对气体之一，但对气体和液体的影响不和液体的影响不同。气体的粘性同。气体的粘性随温度的升高而随温度的升高而增大；液体的粘增大；液体的粘性随温度的升高性随温度的升高而减小。而减小。 第第二二节风流节风流的能量与压力的能量与压力 1、当空气的能量对外做功有力的表现时成为压力2、压力是可以测量的，因此，压力可以理解为单位体积空气所具有的能

5、够对外做功的机械能3、在井巷风流任意断面上的静压能、动能、位能通过静压、动压和位压呈现一、风流能量与压力的类型及概念1、静压能与静压1)静压能与静压的概念由空气分子热运动产生的分子动能的一部分转化的能够做功的机械能叫静压能，用E静 表示（J/m3）当空气分子撞击到器壁上时就有了力的效应，这种单位面积上力的效应称为静压力，简称静压，用P表示（N/m2，即Pa）静压能（内涵） 静压（外在表现）静压能与静压是一个事物的两个方面，数值上大小相等2）静压特点无论静止的空气还无论静止的空气还是流动的空气都具是流动的空气都具有静压力有静压力风流中任一点的静风流中任一点的静压各向同值，且垂压各向同值，且垂直于

6、作用面直于作用面风流静压的大小风流静压的大小（可以用仪表测量）（可以用仪表测量）反映了单位体积风反映了单位体积风流所具有的能够对流所具有的能够对外作功的静压能的外作功的静压能的多少。如说风流的多少。如说风流的压力为压力为101332Pa101332Pa，则指风流则指风流1m31m3具有具有101332J101332J的静压能的静压能3)压力的两种测算准则绝对压力 P 以真空为测算零点（比较基准）而以真空为测算零点（比较基准）而测得的压力称之为绝对压力测得的压力称之为绝对压力相对压力 h 以当时当地同标高的大气压力为测以当时当地同标高的大气压力为测算基准算基准( (零点零点) )测得的压力称之为

7、相测得的压力称之为相对压力对压力压力abPa真空P0Pbha(+)hb(-)P0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）和与其对应的大气压（和与其对应的大气压（P P0 0）三者之间的）三者之间的关系如下式所示关系如下式所示： h h = P = P P P0 0 P P静静与与h h静静比较比较绝对静压总是绝对静压总是为正，而相对为正，而相对静压有正负之静压有正负之分分同一断面上各同一断面上各点风流的绝对点风流的绝对静压随高度的静压随高度的变化而变化，变化而变化，而相对静压与而相对静压与高度无关高度无关P P静静 可能大于、可能大于、等于或小于与等于或小于与

8、该点同标高的该点同标高的大气压大气压(P(P0 0) )在压入式通风矿井中，井下空气的绝对压在压入式通风矿井中，井下空气的绝对压力都高于当地当时同标高的大气压力，相力都高于当地当时同标高的大气压力，相对压力是正值，称为对压力是正值，称为正压通风正压通风在抽出式通风矿井中，井下空气的绝对压在抽出式通风矿井中，井下空气的绝对压力都低于当地当时同标高的大气压力，相力都低于当地当时同标高的大气压力，相对压力是负值，又称为对压力是负值，又称为负压通风负压通风 由此可以看出，相对压力有正压和由此可以看出，相对压力有正压和负压之分负压之分2、位能与位压概念单位体积空气由于单位体积空气由于位置高度不同而具位置

9、高度不同而具有的一种能量叫有的一种能量叫位位能能，用，用E位位（J/m3）表示表示位能所呈现的压力位能所呈现的压力叫叫位压位压，用，用P位位（Pa）表示）表示位压的计算 P位位 1-2gZ12，Pa 位压的特点相对基准面而存在位压是一种潜在能量，对外无力的效应，故不可测量位压和静压可以相位压和静压可以相互转换，互转换，当空气从当空气从高处流向低处时，高处流向低处时，位压转换为静压；位压转换为静压；反之，当空气由低反之，当空气由低处流向高处时，部处流向高处时，部分静压将转化成位分静压将转化成位压压3、动能与动压概念 空气做定向流动时具有动能，用空气做定向流动时具有动能，用E动动表示表示（J/m3

10、），），其其动能所呈现动能所呈现的压力的压力称为动压（或速压），称为动压（或速压），用用h动动（或（或h速速）表示，单位）表示，单位Pa动压的计算则单位体积空气所具有的动能为则单位体积空气所具有的动能为E动动： E动动 ，J/m3 E动动对外所呈现的动压为：对外所呈现的动压为： h动动 ，Pa 221v221v动压的特点只有做定向流动的空气才呈现出动压只有做定向流动的空气才呈现出动压动压具有方向性，仅对与风流方向垂直或斜交的动压具有方向性，仅对与风流方向垂直或斜交的平面施加压力。垂直流动方向的平面承受的动压平面施加压力。垂直流动方向的平面承受的动压最大，平行流动方向的平面承受的动压为零最大，平

11、行流动方向的平面承受的动压为零在同一流动断面上，因各点风速不等，其动压各在同一流动断面上，因各点风速不等，其动压各不相同不相同动压无绝对压力与相对压力之分，总是大于零动压无绝对压力与相对压力之分，总是大于零12344、全压、势压与总压（1）全压分绝对全压和相对全压 （2）绝对全压：绝对静压和动压之和P全=P静+h动井巷风流中任意断面的静压、动压、位压之和称为该断面的总压某点的静压与位压之和称之为势压二、井巷风流点压力及其相互关系1、风流的点压力风流的点压力：指测点的单位体积（1m3）空气所具有的压力风流的点压力静压（P静、h静）动压（h动）全压（P全、h全）形成的特征皮托管是一种测压管，它皮托

12、管是一种测压管，它是承受和传递压力的工具。是承受和传递压力的工具。它由两个同心管它由两个同心管(一般为一般为圆形圆形)组成，其结构如图组成，其结构如图2所所示。尖端孔口示。尖端孔口a与标着与标着(+)号的接头号的接头相通，测定相通，测定全压全压；侧壁；侧壁小孔小孔b与标着与标着(一一)号的接头号的接头相通，测定相通，测定静压静压。皮托管2、压入式通风的点压力1、P静P02、P全 P静3、P全P04、h静=P静P06、h动=P全P静8、h全=h静+h动7、h全= P全P03、抽出式通风的点压力1、P静P02、P全 P静3、P全P04、h静=P0P静6、h动=P静P全8、h全=h静h动7、h全=P

13、0 P全例例2-1如图如图22中压入式通风风筒中某点中压入式通风风筒中某点i的的h静静1000Pa, h动动=150Pa，风筒外与，风筒外与i点同标高的点同标高的P0=101 332Pa，求：，求：（1）i点的绝对静压点的绝对静压P静静；（2）i点的相对全压点的相对全压h全全；（3）i点的绝对全压点的绝对全压P全全。解解（1）P静静=P0+ h静静=101 332+1000=102 332 Pa(2) h全全=h静静+h动动=1000+150=1150 Pa(3) P全全=P0+ h全全=101 332+1150=102 482 Pa 例例2-2如图如图22中抽出式通风风筒中某点中抽出式通风风

14、筒中某点i的的h静静=1000Pa, h动动=150Pa,风筒外与风筒外与i点同标高的点同标高的P0=101 332 Pa，求：，求：（1）i点的绝对静压点的绝对静压P静静； （2）i点的相对全压点的相对全压h全全； （3）i 点的绝对全压点的绝对全压P全全。 解解（1）P静静=P0- h静静=101 3321000=100 332Pa （2）h全全=h静静-h动动1000150850 Pa （3）P全全=P0- h全全= 101 332850=100 482 Pa三、通风压力与压差风流在流动过程中，因阻力作用而引起通风流在流动过程中，因阻力作用而引起通风压力的降落，称为压降、压差或称压力风压

15、力的降落，称为压降、压差或称压力损失。压差可表现为总压差、静压差、动损失。压差可表现为总压差、静压差、动压差、位压差和全压差压差、位压差和全压差。1、概念2、静压差与全压差的测量静压差的测量全压差的测量四、压力测量仪器的使用测压仪器测量绝对压力的气压计测量绝对压力的气压计测量相对压力的压差计和皮测量相对压力的压差计和皮托管托管可同时测定绝对压力、相对压可同时测定绝对压力、相对压力的精密气压计或矿井通风综力的精密气压计或矿井通风综合参数检测仪合参数检测仪1、空盒气压计空盒气压计内部结构图1、2、3、4传动机构；5拉杆；6波纹真空膜盒；7指针；8弹簧2、 U型垂直压差计3、 U型倾斜压差计h=Lg

16、sina，Pa 3、单管倾斜压差计单管倾斜压差计YYT200型单管倾斜压差计结构1底座；2水准指示器；3弧形支架；4加液盖；5零位调整旋钮；6三通阀门柄；7游标；8倾斜测压管；9调平螺钉；10大容器；11多向阀门4、补偿式微压计DJM9型补偿式微压计1小容器；2大容器；3读数盘；4指针；5螺盖；6反射镜；7水准器；8调节螺母；9胶皮管；10调平螺钉；11标尺5、矿井通风综合参数检测仪使用方法第三节第三节 通风能量方程通风能量方程一、空气流动的连续性方程M 1M 2质量守恒定律1v1S12v 2S2 对于不可压缩流体，即12，则有 v1 S1v 2S2井巷断面上风流平均流速与过流断面面积成反比。

17、即在流量一定的条件下，空气在断面大的地方流速小，在断面小的地方流速大例：2-3 风流在如图所示的井巷中由断面1流至断面时，已知S1=10m2,S2=8m2,断面1、2的空气密度为1=1.18kg/m3, 2=1.20kg/m3,求（1）断面1、2上通过的质量流量M1、M2;(2)断面1、2上的体积流量Q1、Q2;(3)断面2上的平均流速二、巷道中风流的能量方程）2（）2（22222211211112阻gZvPgZvPh关于能量方程使用的几点说明能量方程的意义是，表示能量方程的意义是，表示1kg1kg（或（或1m1m3 3）空气由）空气由1 1断面断面流向流向2 2断面的过程中所消耗断面的过程中

18、所消耗的能量（通风阻力），等的能量（通风阻力），等于流经于流经1 1、2 2断面间空气总断面间空气总机械能（静压能、动压能机械能（静压能、动压能和位能）的变化量和位能）的变化量风流流动必须是稳定流，风流流动必须是稳定流，即断面上的参数不随时间即断面上的参数不随时间的变化而变化；所研究的的变化而变化；所研究的始、末断面要选在缓变流始、末断面要选在缓变流场上场上12风流总是从总能量（机械能）风流总是从总能量（机械能）大的地方流向总能量小的地大的地方流向总能量小的地方。在判断风流方向时，应方。在判断风流方向时，应用始末两断面上的总能量来用始末两断面上的总能量来进行，而不能只看其中的某进行，而不能只看

19、其中的某一项。如不知风流方向，列一项。如不知风流方向，列能量方程时，能量方程时，应先假设风流应先假设风流方向方向，如果计算出的能量损，如果计算出的能量损失（通风阻力）失（通风阻力）为正为正，说明，说明风流方向假设正确；如果风流方向假设正确；如果为为负负，则风流方与假设相反，则风流方与假设相反正确选择求位能时的基准正确选择求位能时的基准面面34利用公式计算时，应注意动压中1、2与位压中 1、2的选取方法。动压中的1、2分别取1、2断面 风流的空气密度，位压中的1、2视基准面的选取情况按下述方法计算：当1、2断面位于矿井最低水平的同一侧时，如图可将位压的基准面选在较低的2断面，如精度不高时可取12

20、（12）/2（1、2为1、2两断面风流的空气密度当1、2断面分别位于矿井最低水平的两侧时，如图应将位压的基准面（00）选在最低水平，当高差不大或精度不高时，可取10（10）/2，20（20）/2。三、能量方程在矿井通风中的应用1、计算井巷通风阻力并判断风流方向例例24某倾斜巷道如图所示，已某倾斜巷道如图所示，已知断面知断面-和断面和断面-的的p静静1 =100421Pa，p静静2 =100782Pa；1=4m/s,2=3m/s；11.21kg/m3, 21.20kg/m3；断面和断面和断面的高差为断面的高差为Z60m。试求。试求两断面间的通风阻力，并判断风流两断面间的通风阻力，并判断风流方向方

21、向解设风流方向是由解设风流方向是由断面流向断面流向断面，基断面，基准面选定为通过准面选定为通过断面中心的水平面。根据通风能断面中心的水平面。根据通风能量方程，两断面之间的通风阻力为两断面的总压力之差，量方程，两断面之间的通风阻力为两断面的总压力之差，即即：（1004219.7）（）（1007825.4709.3）100430.7101496.71066 Pa因为通风阻力为负值，说明因为通风阻力为负值，说明断面的总压力小于断面的总压力小于断面的总压力，原假设的风流方向是错误的，实际断面的总压力，原假设的风流方向是错误的，实际风流方向应从风流方向应从断面流向断面流向断面，其通风阻力断面，其通风阻力

22、为为1066 Pa)2()2(22222211211121gpgph阻例例25将图将图2-20所示的倾斜巷道改为水平巷道，如图所所示的倾斜巷道改为水平巷道，如图所示，而其他条件不变时，试求两断面间的通风阻力，并判示，而其他条件不变时，试求两断面间的通风阻力，并判断风流方向断风流方向解设风流方向是解设风流方向是由由断面流向断面流向断断面面，基准面选定为，基准面选定为通过巷道轴线的水平面。通过巷道轴线的水平面。 因为是水平巷道。且因为是水平巷道。且、 两断面之间的两断面之间的空气密度近似相等，故两断面的微压差为零，此空气密度近似相等，故两断面的微压差为零，此时两断面的通风阻力就是两断面的绝对全压差

23、，时两断面的通风阻力就是两断面的绝对全压差， h阻阻2-1=p全全2-p全全1 =（p静静2+2v22/2）-（ p静静1+ 1v12/2） =356.7pa 计算结果为正，说明原假设风流方向正确，通风阻力计算结果为正，说明原假设风流方向正确，通风阻力为为356.7pa 例例26将图将图2-20所示的倾斜巷道改为水平巷道，且断面所示的倾斜巷道改为水平巷道，且断面面积相等，即面积相等，即S1=S2如图所示，而其他条件不变时，试求两如图所示，而其他条件不变时，试求两断面间的通风阻力，并判断风流方向断面间的通风阻力，并判断风流方向解设风流方向是由解设风流方向是由断面流向断面流向断断面，基准面选定为通过巷道轴线的水平面。面，基准面选定为通过巷道轴线的水平面。 因为因为S1=S2，所以所以 v1=v2 又又、 两断面之间的空气密度