矿井通风阻力.ppt

1、太原理工高等院校阳泉学院资源系、通风安全学第三章井巷通风阻力、本章的主要内容第一节井巷截面中的风速分布一、风流流化态二、井巷截面中的风速分布第二节摩擦阻力一、摩擦阻力二、摩擦阻力系数和摩擦风阻力三、井巷摩擦阻力补正方法第三节局部阻力一、局部阻力及其补正二、局部阻力系数和局部风阻力、 本章的主要内容第四节坑道总风压和等级孔一、井巷阻力特性二、坑道总风压三、坑道等级孔第五节井巷通风阻力校正测一、通风阻力hR校正测二、局部阻力校正测三、井筒阻力校正测四、校正测结果分析第六节坑道通风阻力降低措施一、井巷摩擦阻力降低措施二、局部阻力降低措施、 本章主要讲述本章的重点和难点：摩擦阻力和局部阻力的产生原因和

2、推定、第三章井巷通风阻力、空气沿井巷运动时风流的粘性和惯性以及井巷壁面等风流的阻摇滾乐、声干扰作用形成通风阻力，从而导致风流能量损失。 井架通风阻力可以分为、摩擦阻力(也称为沿途阻力)和局部阻力2种。 第一节井巷截面中的风速分布、第一节井巷截面中的风速分布、一、风流状态1、管路流层流：同一流体在同一管路中流动时，不同的流速形成不同的流化态。 流速低时，流体质点不相互混合，在与管轴平行的方向上进行层状运动，称为层流(或停滞流)。 第一节井巷截面中的风速分布、湍流：流速大的情况下，流体质点的运动速度随大小和方向随时变化，成为相互混合的湍流，称为湍流(或湍流)。 研究层流和紊流的主要意义是两种流态有

3、不同的阻力规律。 第一节井巷截面中的风速分布、风流状态判断、()雷诺数Re平均流速v、管径d及流体的运动粘滞系数。 在实际的工序修正计算中，通常将Re=2300作为管路流化态的判定基准数，即，对于Re2300层流、Re2300湍流、第一节井巷截面的风速分布、()当量直径非圆形截面的井巷，Re数的管径d应由井巷截面的当量直径de表示的三芯拱C=3.85； 半圆拱C=3.90。 第一节井巷截面中的风速分布、(3)、空孔介质流在采空区或煤层等多孔介质中流动的风流的流状态判别基准数为式中： k落下的渗流系数、m2； l过滤带粗糙度系数，m。 层流、Re0.25； 湍流，Re2.5； 过渡流0.2523

4、00，湍流巷道条件同上，Re=2300层流临界风速： v=reu/4 s=23004.1631510-6/(49 )=0.012 m/s 0.15，第一节井巷截面中的风速分布，二，井巷截面中的风速分布()湍流脉动风流中的各点的流速、压力等其值不断变化，但在一盏茶较长的时间段t内流速vx总是围绕某平均值上下变动。 第一节井巷截面的风速分布、()巷道风速分布由于空气粘性和井巷壁面摩擦的影响，井巷截面的风速分布不均匀。 层流边缘层：在壁面附近的表兄弟附近存在层流运动薄层，即层流边缘层。 其厚度随Re的增加而变薄，其存在对流动阻力、传热及传递过程有较大影响。 第一节井巷截面中的风速分布，除层流边层以外

5、，风速从巷壁向巷道轴心方向逐渐增大，呈抛物线分布。 第一节井巷截面中的风速分布、平均风速：式中：巷道通过风量q。即，QVS风速分布系数：将截面上的平均风速v与最大风速vmax之比称为风速分布系数(速度场系数)，用Kv表示巷壁越平滑Kv值越大、即截面上的风速分布越均匀。 铺路矶巷，Kv=0.80.86； 木架支护巷道，Kv=0.680.82无支护巷道，Kv=0.740.81。 速度分布非对称最大风速不在轴线上！第三章井巷通风阻力、第二节摩擦风阻力和阻力、第二节摩擦风阻力和阻力，一、摩擦阻力风流流经井巷时，流体层间的摩擦和流体与井巷壁面的摩擦产生的阻力称为摩擦阻力(也称为沿道阻力)。 从流体动力学

6、可以看出，无论层流还是湍流，由风流压能量损失所反映的摩擦阻力可以通过实验求出Pa无量纲系数，即摩擦阻力系数。 d圆形管道直径、非圆形管道等效直径、第二节摩擦风阻力和阻力、1尼古拉斯实验能量损失原因：内因：取决于黏滞力和惯性力的比，用雷诺数Re测定的外因：是对固体壁面流体流动的阻碍作用，与管道长度、截面形状及大小、壁面粗糙度等有关。 壁面粗糙度的影响以值反映。 绝对粗糙度：磨料直径为管壁突起高度，相对粗糙度：绝对粗糙度与管半径r之比/r，第二节摩擦风阻力与阻力，1尼古拉斯实验19321933年间，尼古拉斯经筛分，将粒径磨料均匀地贴在管壁上。 以水为流动介质，分别对相对粗糙度为1/15、1/30.

7、6、1/60、1/126、1/256、1/507的6种不同管道进行了试验研究。 分析整理实验数据，在对数坐标纸上描绘与Re的关系曲线，示于下一页(本书中为图321 )。第二节摩擦风电阻和电阻、区层流区当为Re2320 (即lgRe3.36 )时，仅与Re有关，=64/Re。 与/r无关，区过渡流区。 2320Re4000 (即3.36lgRe3.6 )表示不同的管内流体从层流变成湍流。 Re随增大而增大，与/r无显着关系。 区水力平滑管区。 湍流状态(Re4000 )仍与Re无关，仅与Re有关，区湍流转捩区，不同相对粗糙度实验点分别呈波状曲线分布，值与Re和/r两者有关。第二节摩擦风阻力和阻力

8、，2层流摩擦阻力流体在圆形管道中层流流动时，理论上可以推导出摩擦阻力的修正公式：=得到圆管层流时的边缘阻力。 层流摩擦阻力与平均流速的一次侧成比例。 第二节摩擦风阻力和阻力、3、湍流摩擦阻力对湍流运动、=f (Re，/r )关系复杂。 用等效直径de=4S/U代替d，代入阻力公式，可得到湍流状态下井架的摩擦阻力修正公式：第二节摩擦阻力和阻力、二、摩擦阻力系数和摩擦阻力1摩擦阻力系数的多个通风井架风流的Re值已经进入阻力平方区，值只与相对粗糙度有关，对几何尺寸和分支进行标准状况定指令：称为摩擦阻力系数，单位为kg/m3或N.s2/m4。 第二节摩擦风阻力和阻力，标准摩擦阻力系数：通过大量的实验和

9、实测得到的标准状况(0=1.2kg/m3 )下的井架的摩擦阻力系数，所谓的标准值为0值，井架中的空气密度为1.2kg/m3时，值应该修正的木架、工字钢、u形架等，纵口径=l/d0 考虑到工字钢心脏支架在巷道中流动的状态，实验曲线、第二节摩擦风电阻和电阻、2摩擦风电阻Rf对于已经给出的井架来说，l、u、s都是已知的工程单位： kgf .s2/m8或k、1N.s2/m8=9.8 k、第二节摩擦风电阻和电阻、Rff (、s、u、l )。 如果供水井通道的空气密度在正常条件下没有变化，那么R f可以被认为是反映供水井通道的几何特征的残奥计。 在湍流状态下得到的井架的摩擦阻力修正算式中，该式是完全湍流(

10、进入阻力平方区)中的摩擦阻力的规律。 Rf和hf的区别： Rf是风流韵事的阻抗残奥仪，hf是流动过程的能量损失。第二节摩擦风阻力和阻力、三、井巷摩擦阻力补正方法新建坑道：显示查找表0补正Rf补正hf补正总阻力损失选择通风设备生产坑道： hf补正Rf补正0指导生产、第二节摩擦风阻力和阻力、例题3-3某设补正胡同为梯形断面、s=。 修正架台断面高度d0=14cm、纵口径=5、通过风量Q=1200m3/min，求出预想巷道的空气密度=1.25kg/m3、该段巷道的通风阻力。 解基于给出的d0、s值，从附录4附表4-4中查找了：0=284.21040.88=0.025 NS2/M4实际摩擦阻力系数Ns

11、2m4巷道摩擦风阻力巷道摩擦阻力、第2节摩擦风阻力和阻力、的第三章井巷通风阻力、第三节局部风阻力、第三节局部风由于井巷截面、方向变化及分支或汇合等原因，均匀流动受到局部地辖区的影响而被破坏，从而引起风流速度场分布变化和涡流发生等，引起风流能量损失，将该阻力称为局部阻力。 由于局部电阻引起的风流速度场分布的变化比较复杂，因此局部电阻的校正计算采用经验方程。第三节局部风阻和阻、一、局部阻和其改正与摩阻类似，局部阻hl也一般用动压倍数表示：局部阻系数，无因次。 层流：要校正局部电阻，确定局部电阻系数很重要，因为v=Q/S，确定后可以利用：第三节局部风电阻和电阻，几种常见的局部电阻类型：突然变异湍流通

12、过突然变异部分时，由于惯性作用，会出现主流和边壁脱离的现象因为V hv p，差压的作用方向与流动方向相反，在边壁附近流速本来就很小，朝向0，在这些个的地方主流和边壁面脱离，出现与主流相反的流动，形成漩涡。 第三节局部风阻力和阻力、拐角流体质点在拐角处受到离心力作用，外侧出现减速增压，出现涡流。 分支和汇合上述整合。 局部电阻的产生主要与涡流区有关，涡流区越大，能量损失越多，局部电阻越大。、第三节局部电阻和电阻、二、局部电阻系数和局部电阻(一)局部电阻系数湍流局部电阻系数一般取决于局部电阻物的形状，边壁的粗糙度是次要的要素。 第三节局部电阻和电阻、1突然地放大或v1、v2分别是小截面和大截面的平

13、均流速、m/s； S1、S2分别为小截面和大截面面积，m； m空气平均密度，kg/m3。 对于粗糙度大的井架，可以修正：第三节局部风阻力和阻力，2急缩小是对应小断面的动压，值可以用下式修正：第三节局部风阻力和阻力，3逐渐扩大的局部阻力比急扩大小得多，其能量损失被认为是由沿程水头损失和扩张损失两部分组成。 在20情况下，渐增级的局部阻力系数为风路的摩擦阻力系数、Ns2/m4、能够由下式求出的n风路的大小、小截面积之比即21； 扩展角。第3节局部风阻和阻力、4回路地转弯时的局部阻力系数(考虑粗糙度)为：当胡同高度和胡同宽度之比H/b=0.21.0、H/b=12.5时0假定边壁完全平滑时，可以修正为

14、90的胡同的摩擦阻力系数、N.s2/m4； 巷道转弯角度的影响系数，请参照教材表3-3-2。第三节局部风电阻和电阻、5风流分支和合流1 )风流分支典型的分支路地理图所示，12级局部电阻hl2和13级局部电阻hl3分别由下式修正：第三节局部风电阻和电阻、2 )风流合流图所示，在13级和23级的局部电阻hl3 (2)局部风电阻局部电阻修正公式中，公式中的该式表示，即使在湍流条件下，局部阻力也与风量的平方成比例，第三节局部阻力和阻力，hR=hf hl一般Hf和hl难以分离，相对于旋转，Hf和hl可以分离。 突然地扩大，Hf所占比重小，局部区域hR=hl的正面阻力：罐笼、矿山车、采煤机、第三节局部风阻力和阻力，例1 :某巷道突然地扩大，碹支护，断面S1=6m2，S2=24m2解：铺路通=0.005 kg/m3=(1- S1/S2 ) 作为0.01)=0.551的例2 :某回路、截面高度2.8m、宽度2.5m、混凝土架支护、=0.