3井下空气压力测定和分析ppt课件

1、井下空气压力测定与分析1 测定并分析空气压力 一、空气的主要物理参数一、空气的主要物理参数 （一空气的密度（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，用单位体积空气所具有的质量称为空气的密度，用来表示。即：来表示。即： （3-1）式中式中 空气的密度，空气的密度，kg/m3； M空气的质量，空气的质量，kg； V空气的体积，空气的体积，m3。VM=在标准大气状况下P101325Pa，tO， 0% ） ， 干空气的密度为1.293 kg/m3。 湿空气密度的计算公式为：湿空气密度的计算公式为： 湿0.003484 （10.378TPPP饱式中 P空气的压力，Pa； T热力学温度T273

2、+t），K； t 空气的温度，； 相对湿度，%； P饱温度为t（）时的饱和水蒸气压力，pa。 由上式可见，压力越大，温度越低，空气密度越大。当压力和温度一定时，湿空气的密度总是小于干空气的密度。 一般将空气压力为101325Pa，温度为20，相对湿度为60%的矿井空气称为标准矿井空气，其密度为1.2kg/m3。 （二空气的比容（二空气的比容 单位质量空气所占有的体积叫空气的比容，用单位质量空气所占有的体积叫空气的比容，用 m3/kgm3/kg表示，比容和密度互为倒数，它们是一个状表示，比容和密度互为倒数，它们是一个状态参数的两种表达方式。即：态参数的两种表达方式。即： 1MV （三空气的压力压

3、强） 气体作用在单位面积上的力称为空气的压力，用P表示。 空气压力的单位为帕斯卡Pa），简称帕，1 Pa=1N/m2。压力较大时还有千帕KPa）、兆帕MPa），1MPa=103KPa=106 Pa。有的压力仪器也用百帕hPa）表示，1hPa=100Pa。 地面空气压力习惯称为大气压。由于地球周围大气层的厚度高达数千千米，越靠近地表空气密度越大，空气分子数越多，分子热运动的平均动能越大，所以大气压力也越大。 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。 （四空气的粘性（四空气的粘性 当流体以任一流速在管道中流动时，靠近管道中心当流体以任一流速

4、在管道中流动时，靠近管道中心的流的流层流速快，靠近管道壁的流层流速慢，相邻两流层之间层流速快，靠近管道壁的流层流速慢，相邻两流层之间的的接触面上便产生粘性阻力内摩擦力），以阻止其相对接触面上便产生粘性阻力内摩擦力），以阻止其相对运动，运动，流体具有的这一性质，称为流体的粘性。流体具有的这一性质，称为流体的粘性。 在矿井通风中，用动力粘性系数在矿井通风中，用动力粘性系数和运动粘性系数和运动粘性系数（m2/s表示空气粘性大小。表示空气粘性大小。 流体的粘性随温度和压力的变化而变化。对空气而流体的粘性随温度和压力的变化而变化。对空气而言，言，粘性系数随温度的升高而增大，压力对粘性系数的影响粘性系数随

5、温度的升高而增大，压力对粘性系数的影响可以可以忽略。忽略。 当温度为当温度为20，压力为，压力为0.1MPa时，空气的动力粘性时，空气的动力粘性系数系数=1.80810-5 Pas；运动粘性系数；运动粘性系数 =1.50110-5 m2/s。 二二 、风流的能量及压力、风流的能量及压力 矿井通风系统中，风流在井巷某断面上所具有的总机械能包括静压能、动能和位能及内能之和叫做风流的能量。 单位体积空气所具有的能够对外做功的机械能就是压力。 能量与压力即有区别又有联系，除了内能是以热的形式存在于风流中外，其它三种能量一般通过压力来体现，也就是说井巷任一通风断面上存在的静压能、动能和位能可用静压、动压

6、、位压来呈现。 （一静压能（一静压能静压静压 1、静压能与静压的概念、静压能与静压的概念 由分子热运动理论可知，不论空气处于静止状态还是流由分子热运动理论可知，不论空气处于静止状态还是流动状态，空气分子都在做无规则的热运动。这种由空气分动状态，空气分子都在做无规则的热运动。这种由空气分子热运动而使单位体积空气具有的对外做功的机械能量叫子热运动而使单位体积空气具有的对外做功的机械能量叫静压能，用静压能，用E静表示静表示J/m3）。）。 空气分子热运动不断地撞击器壁所呈现的压力压强空气分子热运动不断地撞击器壁所呈现的压力压强称为静压力，简称静压，用称为静压力，简称静压，用P静表示静表示N/m2，即

7、，即Pa）。）。 由于静压是静压能的体现，二者分别代表着空气分子热由于静压是静压能的体现，二者分别代表着空气分子热运动所具有的外在表现和内涵，所以在数值上大小相等，运动所具有的外在表现和内涵，所以在数值上大小相等，静压是静压能的等效表示值。静压是静压能的等效表示值。 2、静压的特点 （1只要有空气存在，不论是否流动都会呈现静压； （2由于空气分子向器壁撞击的机率是相同的，所以风流中任一点的静压各向同值，且垂直作用于器壁； （3静压是可以用仪器测量的，大气压力就是地面空气的静压值. 3、空气压力的两种测算基准（1绝对压力：以真空为基准测算的压力称为绝对压力，用P表示。由于以真空为零点，有空气的地

8、方压力都大于零，所以绝对压力总是正值。（2相对压力：以当地当时同标高的大气压力为基准测算的压力称为相对压力，用h表示。对于矿井空气来说，井巷中空气的相对压力h就是其绝对压力P与当地当时同标高的地面大气压力P0的差值。 （二动能（二动能动压动压 1、动能与动压的概念、动能与动压的概念 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动表示动表示J/m3），其），其动能所呈现的压力称为动压或速压），用动能所呈现的压力称为动压或速压），用h动或动或h速速表示，单位表示，单位Pa。 2、动压的计算式、动压的计算式 设某点空气密度为设某点空气密度为kg/m3），定向流动的流速为），定向流动的流

9、速为vm/s），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动对外动对外所呈现的动压为：所呈现的动压为： h动221vPa 3 3、动压的特点、动压的特点 （1 1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； （2 2动压具有方向性，仅对与风流方向垂直或斜动压具有方向性，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交的平面施加压力。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，平行流动方向的平面承受的动压为零； （3 3在同一流动断面上，因各点风速不等，其动在同一流动断面上，因各点风速不等，

10、其动压各不相同；压各不相同； （4 4动压无绝对压力与相对压力之分，总是大于动压无绝对压力与相对压力之分，总是大于零。零。 （三位能（三位能位压位压 1、位能与位压的概念、位能与位压的概念 单位体积空气在地球引力作用下，由于位置高度不同而单位体积空气在地球引力作用下，由于位置高度不同而具有的一种能量叫位能，用具有的一种能量叫位能，用E位位J/m3表示。表示。 位能所呈现的压力叫位压，用位能所呈现的压力叫位压，用P位位Pa表示。表示。 需要说明的是，位能和位压的大小，是相对于某一个需要说明的是，位能和位压的大小，是相对于某一个参照基准面而言的，是相对于这个基准面所具有的能量或参照基准面而言的，是

11、相对于这个基准面所具有的能量或呈现的压力。呈现的压力。2 2、位压的计算式、位压的计算式 VMgZP1212位12gZ12，Pa 3 3、位压的特点、位压的特点（1 1位压只相对于基准面存在，是该断面相对于基准面位压只相对于基准面存在，是该断面相对于基准面的位压差。基准面的选取是任意的，因此位压可为正值，的位压差。基准面的选取是任意的，因此位压可为正值，也可为负值。为了便于计算，一般将基准面设在所研究系也可为负值。为了便于计算，一般将基准面设在所研究系统风流的最低水平。统风流的最低水平。（2 2位压是一种潜在的压力，不能在该断面上呈现出来。位压是一种潜在的压力，不能在该断面上呈现出来。在静止的

12、空气中，上断面相对于下断面的位压，就是下断在静止的空气中，上断面相对于下断面的位压，就是下断面比上断面静压的增加值，可通过测定静压差来得知。面比上断面静压的增加值，可通过测定静压差来得知。（3 3位压和静压可以相互转化。当空气从高处流向低处位压和静压可以相互转化。当空气从高处流向低处时，位压转换为静压；反之，当空气由低处流向高处时，时，位压转换为静压；反之，当空气由低处流向高处时，部分静压将转化成位压。部分静压将转化成位压。（4 4不论空气是否流动，上断面相对于下断面的位压总不论空气是否流动，上断面相对于下断面的位压总是存在的。是存在的。 （四全压、势压和总压力（四全压、势压和总压力 矿井通风

13、中，为了研究方便，常把风流中某点的静矿井通风中，为了研究方便，常把风流中某点的静压与动压之和称为全压；压与动压之和称为全压； 将某点的静压与位压之和称为势压；将某点的静压与位压之和称为势压； 把井巷风流中任一断面点的静压、动压、位压之把井巷风流中任一断面点的静压、动压、位压之和称为该断面点的总压力。和称为该断面点的总压力。 井巷风流中两断面上存在的能量差即总压力差是风井巷风流中两断面上存在的能量差即总压力差是风流之所以能够流动的根本原因，空气的流动方向总是从流之所以能够流动的根本原因，空气的流动方向总是从总压力大处流向总压力小处，而不是取决于单一的静压、总压力大处流向总压力小处，而不是取决于单

14、一的静压、动压或位压的大小。动压或位压的大小。三、空气压力的测定三、空气压力的测定 （一测压仪器（一测压仪器 在矿井通风测量仪器中，测定空气压力的便携式仪在矿井通风测量仪器中，测定空气压力的便携式仪 器有三类：器有三类： 1 1测量绝对压力的气压计；测量绝对压力的气压计； 2 2是测量相对压力的压差计和皮托管；是测量相对压力的压差计和皮托管； 3 3可同时测定绝对压力、相对压力的精密气压计或可同时测定绝对压力、相对压力的精密气压计或 矿井通风综合参数检测仪等。矿井通风综合参数检测仪等。1、绝对压力测量仪器 最常用的是空盒气压计 空盒气压计空盒气压计 常用的DYM3型空盒气压计的测压范围为800

15、00108000Pa，最小分度为10Pa，经过校正后的测量误差不大于200Pa。因精度较低，一般只适用于粗略测量和空气密度测算。2 2、相对压力测量仪器、相对压力测量仪器 测量井巷中或管道内某点的相对压力或两点的压力测量井巷中或管道内某点的相对压力或两点的压力差时，一般需要用皮托管配合压差计来进行。压差计有差时，一般需要用皮托管配合压差计来进行。压差计有U U形压差计、单管倾斜压差计、补偿式微压计等。形压差计、单管倾斜压差计、补偿式微压计等。1 1皮托管皮托管 皮托管是承受和传递压力的工具。它由两个同心圆管相皮托管是承受和传递压力的工具。它由两个同心圆管相套组成，其结构如图所示。内管前端有中心

16、孔，与标有套组成，其结构如图所示。内管前端有中心孔，与标有“+”+”号的接头相通；外管前端侧壁上分布有一组小孔，号的接头相通；外管前端侧壁上分布有一组小孔，与标有与标有“-”-”号的接头相通，内外管互不相通。号的接头相通，内外管互不相通。 U型倾斜压差计型倾斜压差计2 2U U形压差计形压差计有有U U形垂直压差计和形垂直压差计和U U形倾斜压差计两种，构造如图所示。形倾斜压差计两种，构造如图所示。单管倾斜压差计单管倾斜压差计3 3单管倾斜压差计单管倾斜压差计 补偿式微压计补偿式微压计4 4补偿式微压计补偿式微压计 矿井通风参数检测仪矿井通风参数检测仪3 3、矿井通风综合参数检测仪、矿井通风综

17、合参数检测仪 技术参数技术参数测量范围测量范围测量分辨率测量分辨率测量精度测量精度绝对压力（绝对压力（PaPa）8000012000010100压差（压差（PaPa）29230.989.8温度（温度（）-30+400.10.5相对湿度（相对湿度（%）50991.04.0风速（风速（m/sm/s）0.6150.10.64(0.22%风速值)415(0.52%风速值)时间时间月、日、时、分、秒JFYJFY型矿井通风综合参数检测仪技术参数表型矿井通风综合参数检测仪技术参数表 （二风流点压力的测量及压力关系（二风流点压力的测量及压力关系1、风流点压力、风流点压力 点压力点压力静压静压动压动压全压全压绝

18、对静压绝对静压P静静)相对静压相对静压h静）静）h动无绝对、相对之分）动无绝对、相对之分）绝对全压绝对全压P全）全）相对全压相对全压h全）全） 2、绝对压力的测量及其相互关系、绝对压力的测量及其相互关系 1绝对静压绝对静压P 静的测定静的测定 井巷风流中某点的绝对静压一般用空盒气压计、精密井巷风流中某点的绝对静压一般用空盒气压计、精密气压计或矿井通风综合参数测定仪测定。气压计或矿井通风综合参数测定仪测定。 2动压动压h 动的测定动的测定 有两种方法：有两种方法： （1在通风井巷中，一般用风在通风井巷中，一般用风表测出该点的风速，利用式表测出该点的风速，利用式2-9计算动压。计算动压。 （2在通

19、风管道中，可利用皮在通风管道中，可利用皮托管和压差计直接测出该点的动压。托管和压差计直接测出该点的动压。如下图。如下图。 3 3绝对全压的测定绝对全压的测定 测出某点的绝对静压测出某点的绝对静压P P静和动压静和动压h h动之后，用下式计算动之后，用下式计算该点的绝对全压该点的绝对全压P P全：全： 不论抽出式通风还是压入式通风，某一点的绝对全压等于绝对静压与动压的代数和。因动压为正值，所以绝对全压大于绝对静压。 P P全全P P静静h h动动3 3、相对压力的测量及其相互关系、相对压力的测量及其相互关系 风流中某点的相对压力常用皮托管和压差计测定，其布置风流中某点的相对压力常用皮托管和压差计

20、测定，其布置方法如图所示。方法如图所示。 左图为压入式通风，右图为抽出式通风。左图为压入式通风，右图为抽出式通风。 1 1压入式通风中相对压力的测量及相互关系压入式通风中相对压力的测量及相互关系相对静压：相对静压：h h静静P P静静P0 P0 相对全压：相对全压：h h全全P P全全P0 P0 动动 压：压：h h动动P P全全P P静静 相对全压：相对全压：h h全全P P全全P0P0 （P P静静h h动）动）P0P0 （P P静静P0P0）h h动动 h h静静h h动动 结论：就相对压力而言，压入式通风风流中某点的相对全结论：就相对压力而言，压入式通风风流中某点的相对全压等于相对静压

21、与动压的代数和。压等于相对静压与动压的代数和。 2 2抽出式通风中相对压力的测量及相互关系抽出式通风中相对压力的测量及相互关系h h静静P0P0P P静静 或或 -h-h静静P P静静P0P0h h全全P0P0P P全全 或或 -h-h全全P P全全P0P0h h动动P P全全P P静静 h h全全P0P0P P全全 P0P0（P P静静h h动）动） （P0P0P P静）静）h h动动 h h静静h h动动 结论：就相对压力而言，抽出式通风风流中某点的结论：就相对压力而言，抽出式通风风流中某点的相对全压等于相对静压减去动压。相对全压等于相对静压减去动压。 例1、在压入式通风风筒中，测得风流中某点的相对静压h静1200Pa，动压h动100Pa，风筒外与该点同标高的大气压力P098000Pa，求该点的P静、h全、P全分别是多少？解：（1P静P0