礦井通風(fēng)與安全（中國礦業(yè)大學(xué) 課件） 第二章 礦內(nèi)空氣動力學(xué)基礎(chǔ)

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1、秦波濤秦波濤安全工程學(xué)院安全工程學(xué)院礦井通風(fēng)與安全礦井通風(fēng)與安全Mine Ventilation and Safety中國礦業(yè)大學(xué)教學(xué)多媒體課件中國礦業(yè)大學(xué)教學(xué)多媒體課件1第二章第二章 礦內(nèi)空氣動力學(xué)基礎(chǔ)礦內(nèi)空氣動力學(xué)基礎(chǔ)221 流體的概念流體的概念流流體體是是一一種種受受任任何何微微小小剪剪切切力力作作用用時(shí)時(shí)都都能能連連續(xù)續(xù)變變形的物質(zhì)。流體可分為液體和氣體。形的物質(zhì)。流體可分為液體和氣體。氣氣體體的的分分子子分分布布比比液液體體分分子子相相距距大大約約103倍倍。氣氣體體的的分分子子間間距距很很大大，分分子子間間的的吸吸引引力力很很小小，因因而而，氣氣體體分分子子可可以以自自由由運(yùn)運(yùn)動動

2、，故故氣氣體體極極易易變變形形和和流流動動，而且總是充滿它所能夠達(dá)到的全部空間。而且總是充滿它所能夠達(dá)到的全部空間。液液體體的的分分子子間間距距較較小小，分分子子間間的的吸吸引引力力較較大大，在在周周圍圍分分子子的的作作用用下下，液液體體分分子子能能夠夠在在其其他他分分子子間間移移動動，但但不不能能像像氣氣體體分分子子那那樣樣自自由由運(yùn)運(yùn)動動，所所以以，液液體體的的流流動動性性不不如如氣氣體體。此此外外，一一定定質(zhì)質(zhì)量量的的液液體體具具有有一一定定的的體體積積，但但不不像像氣氣體體那那樣樣能能夠夠充充滿滿全全部部空間。空間。3流流體體具具有有流流動動性性，兩兩層層流流體體以以一一定定速速度度作

3、作相相對對運(yùn)運(yùn)動動時(shí)時(shí)，在在兩兩層層的的交交界界面面上上就就要要產(chǎn)產(chǎn)生生內(nèi)內(nèi)摩摩擦擦力力，這這種種內(nèi)內(nèi)摩摩擦擦力力阻阻礙礙各各層層的的流流動動。流流體體中中的的內(nèi)內(nèi)摩摩擦擦力力又又叫叫粘粘滯滯力力，決決定定它它的的因因素素很很復(fù)復(fù)雜雜，因因此此就就造造成成了了研研究究液液體體運(yùn)運(yùn)動動時(shí)時(shí)的的很很大大困困難難，為為了了簡簡化化問問題題，假假定定在在流流體體運(yùn)運(yùn)動動中中并并無無內(nèi)內(nèi)摩摩擦擦力力的的存存在在。一一般般來來說說，流流體體是是可可以以壓壓縮縮的的，當(dāng)當(dāng)壓壓力力改改變變時(shí)時(shí)其其體體積積就就要要改改變變，因因而而密密度度也也隨隨之之必必變變。這這也也增增加加了了研研究究問問題題時(shí)時(shí)的的復(fù)復(fù)雜

4、雜性性，為為此此，又又假假定定流流體體是是不不可可壓壓縮縮的的。這這種種既既沒沒有有內(nèi)內(nèi)摩摩擦又沒有壓縮性的流體，叫做理想流體。擦又沒有壓縮性的流體，叫做理想流體。理想流體理想流體42.2 礦井風(fēng)流的能量方程礦井風(fēng)流的能量方程1.連續(xù)性方程連續(xù)性方程 礦礦井井風(fēng)風(fēng)流流可可以以看看作作是是一一種種連連續(xù)續(xù)的的介介質(zhì)質(zhì)作作不不可可壓壓縮縮的的穩(wěn)穩(wěn)定定流流，礦礦井井巷巷道道的的特特征征是是細(xì)細(xì)長長的的，其其橫橫斷斷面面上上各各點(diǎn)點(diǎn)的的參參數(shù)數(shù)變變化化不不大大，可可以以看看作作是是一一維維流流動動，即即礦礦井井風(fēng)風(fēng)流流的的各各個(gè)個(gè)參參數(shù)數(shù)僅僅限限于于x軸軸變變化化。當(dāng)當(dāng)風(fēng)風(fēng)流流從從A-A斷斷面面流流向

5、向B-B斷斷面面時(shí)時(shí)，設(shè)設(shè)A-A斷斷面面的的風(fēng)風(fēng)速速為為V1，斷斷面面積積為為S1，B-B斷斷面面的的風(fēng)風(fēng)速速為為V2，斷斷面面積積為為S2。當(dāng)當(dāng)兩兩斷斷面面間間并無分支巷道和不漏風(fēng)時(shí)，則有：并無分支巷道和不漏風(fēng)時(shí)，則有：Q=S1V1S2V2常數(shù)，常數(shù)，m3/min 或或G1G2，kg/min52.理想流體的能量方程理想流體的能量方程所所謂謂理理想想流流體體是是指指粘粘性性系系數(shù)數(shù)為為零零的的流流體體，即即這這種種流流體體在在流流動動過過程程中中沒沒有有內(nèi)內(nèi)摩摩擦擦力力的的影影響響。在在粗粗細(xì)細(xì)不不勻勻和和高高低低不不等等的的管管道道中中，取取一一段段正正在在沿沿箭箭頭頭A作作穩(wěn)穩(wěn)定定流流動動

6、的的理理想想流流體體，斷斷面面積積分分別別為為S1、S2，流流速速分分別別為為V1，V2，壓壓強(qiáng)強(qiáng)分分別別為為P1、P2，總總壓壓力力分分別別為為Fl，F(xiàn)2，距距基基準(zhǔn)準(zhǔn)面面的的高高度分別為度分別為Z1、Z2。因因此此在在t時(shí)時(shí)間間里里，外外力力對對這這段段液液體體所所作作的的總總功為：功為：WF1V1tF2V2t P1SV1t P2S2V2t按流體的連續(xù)性方程按流體的連續(xù)性方程S1V1S2V2Q，代入上式得：代入上式得：W(P1P2)S1Vlt(P1P2)Qt(P1P2)v式中式中 v管道管道Sl、S1 間或間或S2、S2間流體的體積。間流體的體積。6按按功功能能定定理理，外外力力對對這這段

7、段流流體體所所作作的的功功等等于于這這段段流流體體機(jī)機(jī)械械能能的的增增量量。但但這這段段液液體體在在經(jīng)經(jīng)過過時(shí)時(shí)間間t后后，機(jī)機(jī)械械能能的的增增量量就就相相當(dāng)當(dāng)于于管管道道S1、S1間間的的液液體體移移動動到到S2、S2間間所增加的機(jī)械能。所增加的機(jī)械能。設(shè)這一小段液體的質(zhì)量為設(shè)這一小段液體的質(zhì)量為m，其位能的增加量為：其位能的增加量為：E位位mgZ2mgZ1mg(Z2Z1)動能的增加量為：動能的增加量為：7于是按功能定理可以列出：于是按功能定理可以列出：由于斷面由于斷面S1、S2是在同一管道中任意選取的，是在同一管道中任意選取的，所以對于任何斷面來說，均有：所以對于任何斷面來說，均有：83.

8、實(shí)際風(fēng)流的能量方程實(shí)際風(fēng)流的能量方程實(shí)際風(fēng)流與理想流體的區(qū)別在于實(shí)際風(fēng)流具有粘實(shí)際風(fēng)流與理想流體的區(qū)別在于實(shí)際風(fēng)流具有粘性，在流動過程中要受到巷道幫壁限制導(dǎo)致的內(nèi)摩擦性，在流動過程中要受到巷道幫壁限制導(dǎo)致的內(nèi)摩擦的作用，這種作用與風(fēng)流的方向相反。其結(jié)果是消耗的作用，這種作用與風(fēng)流的方向相反。其結(jié)果是消耗一部分能量，使風(fēng)流從一個(gè)斷面流向另一斷面時(shí)，總一部分能量，使風(fēng)流從一個(gè)斷面流向另一斷面時(shí)，總的能量逐漸減少。的能量逐漸減少。設(shè)風(fēng)流由設(shè)風(fēng)流由S1、S1 移動到移動到S2、S2的的過程中由巷道幫過程中由巷道幫壁產(chǎn)生的阻力所做的功為壁產(chǎn)生的阻力所做的功為H阻阻1-2，這也是一種外力所，這也是一種外力

9、所做的功，是阻礙風(fēng)流向前運(yùn)動的。這時(shí)外力對風(fēng)流所做的功，是阻礙風(fēng)流向前運(yùn)動的。這時(shí)外力對風(fēng)流所做的功為：做的功為：9 同樣，根據(jù)功能定理：外力對這段流體所同樣，根據(jù)功能定理：外力對這段流體所作的功等于這段流體機(jī)械能的增量?？傻茫鹤鞯墓Φ扔谶@段流體機(jī)械能的增量?？傻茫夯颍哼@這就就是是實(shí)實(shí)際際流流體體的的能能量量方方程程。它它表表明明：在在同同一一巷巷道道的的風(fēng)風(fēng)流流流流動動過過程程中中，各各斷斷面面風(fēng)風(fēng)流流的的能能量量是是逐逐漸漸減減少少的的，其其減減少少的的量量等等于于這這兩兩斷斷面面間間巷巷道道幫幫壁壁對對風(fēng)風(fēng)流流所所作的阻力消耗功。作的阻力消耗功。10將將上式兩端同除以上式兩端同除以v，則

10、得到：則得到：上上式式表表示示的的是是單單位位體體積積實(shí)實(shí)際際風(fēng)風(fēng)流流的的能能量量方方程程。在在這這種種能能量量方方程程表表達(dá)達(dá)式式中中，各各項(xiàng)項(xiàng)的的單單位位是是壓壓力力，第第一一項(xiàng)項(xiàng)是是靜靜壓壓，第第二二項(xiàng)項(xiàng)是是位位壓壓，第第三三項(xiàng)項(xiàng)是是速速壓壓，因因此此這這三三項(xiàng)項(xiàng)之之和和稱稱為為通通風(fēng)風(fēng)壓壓力力。h阻阻1-2是是表表示示1米米3風(fēng)風(fēng)流流的的能能量量損損失失。它它們們的的單單位位常常用用Pa，或或mmH2O來來表表示；故示；故h阻阻1-2也稱為也稱為通風(fēng)阻力通風(fēng)阻力。11 上上式式的的實(shí)實(shí)質(zhì)質(zhì)是是表表示示礦礦井井通通風(fēng)風(fēng)系系統(tǒng)統(tǒng)的的任任一一風(fēng)風(fēng)流流中中兩兩斷斷面面間間1米米3空空氣氣各各種

11、種能能量量的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變關(guān)關(guān)系系，1斷斷面面與與2斷斷面面上上壓壓能能、位位能能和和動動能能可可以以互互相相轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化，其其總總能能量量不不斷斷地地降降低低，降降低低值值就就為為h阻阻l-2。將將上上式式改改為：為：它它表表示示了了壓壓力力的的變變化化與與阻阻力力損損失失的的關(guān)關(guān)系系，也也就就是是1與與2斷斷面面的的通通風(fēng)風(fēng)阻阻力力等等于于此此兩兩斷斷面面的的靜靜壓壓差差、位壓差與速壓差之和。位壓差與速壓差之和。上上式式還還表表明明，風(fēng)風(fēng)流流是是由由總總能能量量大大的的斷斷面面向向總總能能量量小小的的斷斷面面流流動動。僅僅根根據(jù)據(jù)某某一一項(xiàng)項(xiàng)或或兩兩項(xiàng)項(xiàng)能能量量的的大小則不足以判別風(fēng)流的流動方向。

12、大小則不足以判別風(fēng)流的流動方向。12例：某巷道的例：某巷道的1、2斷面上的各參數(shù)如下：斷面上的各參數(shù)如下：S1：P1100000Pa，Z10m，112N/m3，V14m/s;S2：P299898Pa，Z2100m，212N/m3。V24m/s。試試判斷該巷道中風(fēng)流方向。判斷該巷道中風(fēng)流方向。解：設(shè)巷道的風(fēng)流方向由解：設(shè)巷道的風(fēng)流方向由12。兩點(diǎn)的靜壓差為：。兩點(diǎn)的靜壓差為：P1P2100000-99898=102 Pa0,但是但是(1000000V12/(2g)）(99898+10012V22/(2g)1098Pa這這表明總能量是表明總能量是2斷面大于斷面大于1斷面，風(fēng)流由斷面，風(fēng)流由21.1

13、32.3 礦井礦井風(fēng)流能量風(fēng)流能量(機(jī)械能機(jī)械能)與壓力與壓力風(fēng)流任一斷面上的能量（機(jī)械能）由三部分組風(fēng)流任一斷面上的能量（機(jī)械能）由三部分組成，壓能，位能及動能。但在通風(fēng)測量中，他成，壓能，位能及動能。但在通風(fēng)測量中，他們并不以能量的形式出現(xiàn)，而是以壓力的形式們并不以能量的形式出現(xiàn)，而是以壓力的形式出現(xiàn)，這三部分能量分別表示為靜壓，位壓和出現(xiàn)，這三部分能量分別表示為靜壓，位壓和動壓。動壓。14一、壓能一、壓能 力力（N）、壓壓能能（J/m3）、壓壓力力（N/m2，Pa）壓壓頭頭（Pressure head)：如如果果將將密密度度為為 的的某某液液體體注注入入到到一一個(gè)個(gè)斷斷面面為為A的的垂垂

14、直直的的管管中中，當(dāng)液體的高度為當(dāng)液體的高度為 h時(shí)，液體的體積為：時(shí)，液體的體積為：V=hA m315根據(jù)密度的定義，這時(shí)液體的質(zhì)量為：根據(jù)密度的定義，這時(shí)液體的質(zhì)量為：m=V =hA kg液體的重力為：液體的重力為：F=hA g N根據(jù)壓力的定義，根據(jù)壓力的定義，P=F/A,有有 P=F/A=gh N/m2 or Pa 因因此此，如如果果液液體體的的密密度度已已知知，h就就可可代代表表壓力壓力16相對壓力、絕對壓力、大氣壓力17U型型管管水水柱柱計(jì)計(jì)一一種種簡簡單單并并靈靈敏敏的的測測壓壓計(jì)計(jì)。分分垂垂直直與與傾傾斜斜兩兩種種，但但不不管管哪哪一一種種都都是是由由一一根根內(nèi)內(nèi)徑徑相相同同的

15、的玻玻璃璃管管彎彎成成U形形管管，并并在在其其中中裝裝入入蒸蒸餾餾水水(或或酒酒精精)，在在U形形管管中中間間置置一一刻刻度度尺尺所所組組成成。當(dāng)當(dāng)將將它它與與測測點(diǎn)點(diǎn)和和大大氣氣相相連連時(shí)時(shí)，壓壓力大的一側(cè)液面將下降。力大的一側(cè)液面將下降。18在在實(shí)實(shí)際際測測定定時(shí)時(shí)，還還需需借借助助于于能能夠夠接接受受壓壓力力的的接接受受管管與與能能夠夠傳傳遞遞壓壓力力的的傳傳壓壓管管。傳傳壓壓管管多多采采用用橡皮管或特制塑料管。接受管則多用金屬制成。橡皮管或特制塑料管。接受管則多用金屬制成。接接受受管管最最常常用用的的有有兩兩種種，一一為為皮皮托托管管，一一為為靜靜壓壓管管。前前者者可可以以接接受受風(fēng)風(fēng)

16、流流的的點(diǎn)點(diǎn)靜靜壓壓或或點(diǎn)點(diǎn)靜靜壓壓與與點(diǎn)速壓之和，后者則只用以接受風(fēng)流的點(diǎn)靜壓。點(diǎn)速壓之和，后者則只用以接受風(fēng)流的點(diǎn)靜壓。靜壓管沒有中心管，靜壓管沒有中心管，僅在其前部管壁上開有僅在其前部管壁上開有4個(gè)孔徑不大于個(gè)孔徑不大于0.5毫米的毫米的小孔，故當(dāng)管咀平行風(fēng)小孔，故當(dāng)管咀平行風(fēng)流時(shí)，只能接受其點(diǎn)靜流時(shí)，只能接受其點(diǎn)靜壓。壓。19皮皮托托管管如如圖圖所所示示，系系由由內(nèi)內(nèi)外外兩兩小小管管組組成成。內(nèi)內(nèi)管管前前端端有有中中心心孔孔與與標(biāo)標(biāo)有有“十十”號號的的管管腳腳相相通通，外外管管前前端端不不通通，在在其其管管壁壁上上開開有有46個(gè)個(gè)小小孔孔與與標(biāo)標(biāo)有有“”號號的的管管腳腳相相通通。內(nèi)內(nèi)外

17、外管管之之間間互互不不通通連連。操操作作時(shí)時(shí)使使管管咀咀與與風(fēng)風(fēng)流流平平行行，中中心心孔孔正正對對風(fēng)風(fēng)流流，此此時(shí)時(shí)，中中心心孔孔將將接接受受風(fēng)風(fēng)流流的的點(diǎn)點(diǎn)靜靜壓壓與與點(diǎn)點(diǎn)速速壓，而管壁上的小孔則只接受風(fēng)流的點(diǎn)靜壓。壓，而管壁上的小孔則只接受風(fēng)流的點(diǎn)靜壓。20二二.位能（位能（Potential energy）任任何何標(biāo)標(biāo)高高都都可可用用作作位位能能的的基基點(diǎn)點(diǎn)。在在礦礦井井中中，不同的地點(diǎn)標(biāo)高不同，則位能不一樣。不同的地點(diǎn)標(biāo)高不同，則位能不一樣。質(zhì)質(zhì)量量為為 m 的的物物體體位位于于基基點(diǎn)點(diǎn)上上，其其勢勢能能為為0。當(dāng)當(dāng)我們施加其一個(gè)能克服重力向上的力，我們施加其一個(gè)能克服重力向上的力，F(xiàn)

18、,F=mg N 當(dāng)向上移動到高于基點(diǎn)當(dāng)向上移動到高于基點(diǎn) Z m,做的功為做的功為 W=force distance=mgZ J 這就給出了物體在這就給出了物體在Z高度上的勢能。高度上的勢能。21位壓位壓 位位能能表表現(xiàn)現(xiàn)形形式式為為位位壓壓，也也是是一一種種潛潛在在的的壓壓力力，因因而而也也就就不不象象靜靜壓壓與與速速壓壓那那樣樣，可可以以直直接接用用氣氣壓壓計(jì)計(jì)及及壓壓差差計(jì)計(jì)測測得得其其數(shù)數(shù)值值。在在假假設(shè)設(shè)空空氣氣重重率率不不變變的的條條件件下下，欲欲確確定定風(fēng)風(fēng)流流某某點(diǎn)點(diǎn)的的位位壓壓值值，只只能能根根據(jù)據(jù)前前章章所所給給的的重重率率測測算算式式，測測算算出出空空氣氣重重率率，再再測

19、測出出該該點(diǎn)點(diǎn)至至基基準(zhǔn)準(zhǔn)面面的的垂垂高高Zi，然然后后相相乘乘，即即可求得該點(diǎn)的位壓值可求得該點(diǎn)的位壓值heiZi。由由于于所所定定基基準(zhǔn)準(zhǔn)面面不不同同，位位壓壓的的絕絕對對值值亦亦不不同同，但但在在礦礦井井通通風(fēng)風(fēng)中中通通常常是是比比較較兩兩斷斷面面上上的的位位壓壓差差，這這時(shí)時(shí)1、2斷斷面面的的位位壓壓差差等等于于這這段段空空氣氣柱柱在在單單位位面面積積上上的的重重量量(hei(Z1Z2)Z1-2Pa）。）。22值值得得指指出出的的是是：由由于于在在推推導(dǎo)導(dǎo)能能量量方方程程的的過過程程中中礦礦井井空空氣氣均均按按不不可可壓壓縮縮流流體體來來考考慮慮的的，即即重重率率不不變變。這這樣樣推推

20、導(dǎo)導(dǎo)出出來來的的公公式式便便于于應(yīng)應(yīng)用用，比比較較簡簡單單。而而實(shí)實(shí)際際上上的的礦礦井井空空氣氣受受礦礦井井垂垂深深的的影影響響，空空氣氣重重率率還還是是有有些些變變化化，為為了了彌彌補(bǔ)補(bǔ)這這種種由由空空氣氣重重率率帶帶來來的的誤誤差差，常常把把能能量量方方程程寫成如下形式：寫成如下形式：23式中式中其它各項(xiàng)不變。對于其它各項(xiàng)不變。對于和和”有如下規(guī)定：有如下規(guī)定：當(dāng)當(dāng)1、2兩點(diǎn)處于礦井同一側(cè)時(shí)：兩點(diǎn)處于礦井同一側(cè)時(shí)：當(dāng)當(dāng)1、2兩兩點(diǎn)點(diǎn)處處于于礦礦井井進(jìn)進(jìn)、出出風(fēng)風(fēng)井井時(shí)時(shí)，和和”應(yīng)應(yīng)分分別別為為1點(diǎn)點(diǎn)和和2點(diǎn)點(diǎn)到到井井底底水水平平之之間間空空氣氣柱柱的的平平均均重重率率。Z1和和Z2分分別別

21、為測點(diǎn)距井底的高度。將礦井空氣柱的重量差反映出來。為測點(diǎn)距井底的高度。將礦井空氣柱的重量差反映出來。24三三.動能（動能（Kinetic energy）如將一個(gè)質(zhì)量為如將一個(gè)質(zhì)量為m靜止的物體靜止的物體,施加一個(gè)恒施加一個(gè)恒定的力定的力F,在在t時(shí)間內(nèi)加速到時(shí)間內(nèi)加速到u,由于是勻加速，由于是勻加速，其平均速度為：其平均速度為：(0+u)/2=u/2 m/s 移動的距離為：移動的距離為：L=mean velocity time=(u/2)t m 加速度為：加速度為：a=u/time=u/t m/s225施加的力為：F=massacceleration=mu/tN從靜止到速度為u,其做的功為：W

22、D=forcedistanceNm=(mu/t)(u/2)t=mu2/2J這就是質(zhì)量為m的流體所具有的動能.26動壓動壓 任任一一斷斷面面上上單單位位體體積積風(fēng)風(fēng)流流由由于于運(yùn)運(yùn)動動而而具具有有的的動動能能叫叫做做動動壓壓，又又名名速速壓壓。它它是是風(fēng)風(fēng)流流流流動動產(chǎn)產(chǎn)生生的的能能量量，其其作作用用方方向向與與風(fēng)風(fēng)流流流流動動的的方方向向一一致致。在在實(shí)實(shí)際際風(fēng)風(fēng)道道的的任任一一斷斷面面上上，各各點(diǎn)點(diǎn)的的風(fēng)風(fēng)速速并并不不相相同同。在在幫幫壁壁處處，受受風(fēng)風(fēng)流流粘粘性性的的影影響響，風(fēng)風(fēng)速速較較低低，存存在在著著附附面面層層；斷斷面面的的中中心心點(diǎn)點(diǎn)風(fēng)風(fēng)速速最最大大。故故其其中中心心點(diǎn)速壓最大，

23、四周最小，其平均速壓點(diǎn)速壓最大，四周最小，其平均速壓hvi可用下式表示，即可用下式表示，即：ii斷面上風(fēng)流的動能修正系數(shù)，一般可取引斷面上風(fēng)流的動能修正系數(shù)，一般可取引i 1，必要時(shí)可實(shí)測。必要時(shí)可實(shí)測。Vi為平均風(fēng)速為平均風(fēng)速m/s。27 通通風(fēng)風(fēng)管管道道中中的的速速壓壓可可以以采采用用皮皮托托管管測測定定。測測量量時(shí)時(shí)，選選擇擇風(fēng)風(fēng)流流比比較較規(guī)規(guī)整整的的任任一一斷斷面面i，使使皮皮托托管管的的管管咀咀放放置置在在管管道道的的中中心心，正正對對風(fēng)風(fēng)流流，與與風(fēng)風(fēng)流流方方向向平平行行；用用兩兩段段膠膠皮皮管管把把皮皮托托管管的的“+”、“”號號端端分分別別與與壓壓差差計(jì)計(jì)形形管管兩兩端端相相

24、連連。則則管管咀咀的的中中心心孔孔接接受受該該斷斷面面上上風(fēng)風(fēng)流流的的靜靜壓壓和和最最大大速速壓壓，外外管管壁壁上上的的小小眼眼只只接接受受靜靜壓壓，因因而而壓壓差差計(jì)計(jì)兩兩液液面面的的高高差差就就是是i斷斷面面上上風(fēng)風(fēng)流流的的最最大大速速壓壓hvimax值值，再再用用下下式式計(jì)計(jì)算算i斷斷面面上上的最大風(fēng)速的最大風(fēng)速Vimax。28若若預(yù)預(yù)先先測測出出該該斷斷面面上上平平均均Vi與與Vimax的的比比值值b，則用下式計(jì)算平均風(fēng)速則用下式計(jì)算平均風(fēng)速Vi：VibVimax，m/s這時(shí)，這時(shí)，i斷面上風(fēng)流的平均速壓為：斷面上風(fēng)流的平均速壓為：如果知道了通風(fēng)管道的斷面積，則由下式可以如果知道了通風(fēng)

25、管道的斷面積，則由下式可以計(jì)算出通過的風(fēng)量：計(jì)算出通過的風(fēng)量：29b值值的的測測定定要要在在規(guī)規(guī)整整的的斷斷面面上上進(jìn)進(jìn)行行，先先把把皮皮托托管管的的管管嘴嘴置置于于管管道道的的中中心心點(diǎn)點(diǎn)，測測出出最最大大速速壓壓hvimax，計(jì)計(jì)算算出出最最大大風(fēng)風(fēng)速速Vimax；再再沿沿著著管管道道半半徑徑，逐逐漸漸向向邊邊上上移移動動，再再分分別別測測出出，n點(diǎn)點(diǎn)的的風(fēng)風(fēng)速速V1，V2，V3，Vn，然后用下式算出然后用下式算出b值：值：每個(gè)測點(diǎn)距中心點(diǎn)的距離可用下式確定：每個(gè)測點(diǎn)距中心點(diǎn)的距離可用下式確定：30 測測量量巷巷道道中中任任一一斷斷面面上上風(fēng)風(fēng)流流平平均均速速壓壓，常常常常是是人人在在該該

26、斷斷面面上上用用風(fēng)風(fēng)表表測測出出平平均均風(fēng)風(fēng)速速，并并用用儀儀表表測測算算空空氣氣密密度度或重率，然后計(jì)算出該斷面的速壓?；蛑芈?，然后計(jì)算出該斷面的速壓。常常用用的的風(fēng)風(fēng)表表有有葉葉式式風(fēng)風(fēng)表表，用用來來測測量量中中速速(0.5l0m/s)和和低低速速(0.30.5m/s)。杯杯式式風(fēng)風(fēng)表表常常用用來來測測量量高高速速(10m/s)。打打開開開開關(guān)關(guān)時(shí)時(shí)，長長短短指指針針隨隨葉葉片片或或杯杯轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動動，關(guān)關(guān)閉閉開開關(guān)關(guān)時(shí)時(shí)，指指針針不不動動，只只葉葉片片或或杯杯轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動動。長長針針讀讀小小數(shù)數(shù)，短短針針讀讀大大數(shù)數(shù),上有回零裝置。上有回零裝置。31常常用用的的測測法法是是人人背背向向巷巷道道壁壁，

27、伸伸直直持持風(fēng)風(fēng)表表的的手手臂臂，與與風(fēng)風(fēng)流流方方向向垂垂直直，并并使使風(fēng)風(fēng)表表的的背背面面正正對對風(fēng)風(fēng)流流方方向向，在在測測量量斷斷面面上上，按按一一定定的的路路線線，均均勻勻移移動動風(fēng)風(fēng)表表一一分分鐘鐘，即即關(guān)關(guān)閉閉開開關(guān)關(guān)，讀讀取取表表讀讀數(shù)數(shù)Va(m/s)，據(jù)據(jù)Va值查所用風(fēng)表的校正線，得出值查所用風(fēng)表的校正線，得出真風(fēng)速真風(fēng)速Vt(m/s)。32 由于測量者站在巷道斷面內(nèi)，使斷面積減少，由于測量者站在巷道斷面內(nèi)，使斷面積減少，所得所得Vt偏大，故須用下式算出該斷面的偏大，故須用下式算出該斷面的實(shí)際平均風(fēng)實(shí)際平均風(fēng)速速：V=KVt，m/s 式中式中 K校正系數(shù)，據(jù)測風(fēng)的斷面校正系數(shù)，據(jù)

28、測風(fēng)的斷面S(m2)用下用下式計(jì)算：式計(jì)算：K(S一一0.4)/S，式中式中 0.4人體所占去的面積，人體所占去的面積，m2。按以上方法在同一斷面處至少測按以上方法在同一斷面處至少測2次，每次測次，每次測得的得的表讀數(shù)表讀數(shù)Va誤差不得大于誤差不得大于5%。用上法測得的巷道內(nèi)平均風(fēng)速后，巷道的風(fēng)量用上法測得的巷道內(nèi)平均風(fēng)速后，巷道的風(fēng)量為：為：33個(gè)個(gè)別別風(fēng)風(fēng)速速大大于于10m/s的的地地方方，要要用用高高速速杯杯式式風(fēng)風(fēng)表表測測量量；風(fēng)風(fēng)速速0.3m/s的的地地方方，要要用用煙煙霧霧法法測測量量。即即選選定定段段長長約約10m的的巷巷道道，一一人人在在起起點(diǎn)點(diǎn)放放出出煙煙霧霧(使使空空氣氣通

29、通過過粒粒狀狀氯氯化化錫錫或或四四氯氯化化鈦鈦便便能能產(chǎn)產(chǎn)生生濃濃煙煙)，同同時(shí)時(shí)發(fā)發(fā)出出聲聲響響訊訊號號，另另一一人人持持秒秒表表在在末末點(diǎn)點(diǎn)，聽聽到到訊訊號號即即開開動動秒秒表表，看看見見煙煙霧霧到到達(dá)達(dá)末末點(diǎn)點(diǎn)即即停停止止秒秒表表，得得出出煙煙霧霧移移動動的的時(shí)時(shí)間間，然然后下用式計(jì)算風(fēng)速；后下用式計(jì)算風(fēng)速；VKL/t，m/s式中式中 K校正系數(shù)，校正系數(shù)，般為般為0.80.9；L巷道長度，巷道長度，m。34我我 國國 還還 生生 產(chǎn)產(chǎn) 電電 子子 葉葉 式式 中中 速速 風(fēng)風(fēng) 表表。量量 程程 為為 18900m/min，能能自自動動記記錄錄測測量量時(shí)時(shí)間間，用用數(shù)數(shù)字字顯顯示示測測量

30、量結(jié)結(jié)果果。此此外外，還還有有熱熱效效式式風(fēng)風(fēng)速速儀儀。其其中中又又分分熱熱線線式式，熱熱球球式式和和熱熱敏敏電電阻阻式式，都都是是利利用用風(fēng)風(fēng)速速與與氣氣溫溫的的關(guān)關(guān)系系，通通過過溫溫度度感感應(yīng)應(yīng)，變變?yōu)闉殡婋娏苛?，再再顯顯示示出出風(fēng)風(fēng)速速。近近來來我我國國已已制制成成FC1型型超超聲聲波波葉葉式式風(fēng)風(fēng)速速傳傳感感器器，由由產(chǎn)產(chǎn)生生渦渦流流的的阻阻擋擋體體、超超聲聲波波發(fā)發(fā)生生器器和和放放大大、顯顯示示電電路路等等組組成成。阻阻擋擋體體正正對對風(fēng)風(fēng)流流方方向向，使使風(fēng)風(fēng)流流產(chǎn)產(chǎn)生生渦渦流流，渦渦流流的的旋旋渦渦頻頻率率和和風(fēng)風(fēng)速速成成正正比比。利利用用超超聲聲波波束束測測量量旋旋渦渦頻頻率率

31、的的數(shù)數(shù)值值，并并轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換成成相相應(yīng)應(yīng)的的風(fēng)風(fēng)速速值值。具具有有防防爆爆性性能能，可可配配合合遙遙測測系系統(tǒng)統(tǒng)定定點(diǎn)點(diǎn)長長期期連連續(xù)續(xù)檢檢測測風(fēng)風(fēng)速速，且且不不受受井井下下氣氣候候條條件件的的影影響響。量量程程為為0.415m/s，測測量量的的數(shù)數(shù)值值用用數(shù)數(shù)字顯示。字顯示。35四、全壓能四、全壓能 全全壓壓能能通通常常叫叫做做全全壓壓。管管道道內(nèi)內(nèi)單單位位體體積積的的風(fēng)風(fēng)流流，在在流流動動方方向向任任一一測測點(diǎn)點(diǎn)i上上，所所產(chǎn)產(chǎn)生生的的絕絕對靜壓和速壓之和，叫做該測點(diǎn)的對靜壓和速壓之和，叫做該測點(diǎn)的絕對全壓絕對全壓。PtiPsihvi，Pa Pti是是從從零零點(diǎn)點(diǎn)壓壓力力算算起起的的測測點(diǎn)點(diǎn)

32、全全壓壓的的絕絕對對值值，其作用方向和風(fēng)流方向一致。其作用方向和風(fēng)流方向一致。36管管道道內(nèi)內(nèi)風(fēng)風(fēng)流流中中任任一一測測點(diǎn)點(diǎn)i的的相相對對全全壓壓hti就就是是Pti和和Pat之之差差，是是從從管管道道外外與與測測點(diǎn)點(diǎn)同同標(biāo)標(biāo)高高的的大大氣氣壓壓力力Pat算算起起的的測測點(diǎn)點(diǎn)全全壓的相對值。對于抽出式通風(fēng)的管道，因壓的相對值。對于抽出式通風(fēng)的管道，因PtiPat，故得：故得：htiPtiPat把把PtiPsihvi，hsi PsiPat代代入上式，可得：入上式，可得：htihsihvi，Pa 壓入式通風(fēng)條件下測點(diǎn)壓入式通風(fēng)條件下測點(diǎn)i的相對全壓等于相對的相對全壓等于相對靜壓與速壓之和。靜壓與速壓

33、之和。38例例有有一一傾傾斜斜巷巷道道如如圖圖所所示示，用用空空盒盒氣氣壓壓計(jì)計(jì)測測得得1、2兩兩斷斷面面的的絕絕對對靜靜壓壓在在同同一一時(shí)時(shí)間間內(nèi)內(nèi)分分別別為為730與與740毫毫米米水水柱柱，其其標(biāo)標(biāo)高高分分別別為為50與與150米米，設(shè)設(shè)斷斷面面積積相相等等，試試求求這這段段巷巷道道的的風(fēng)風(fēng)壓壓損損失失，并并判判斷斷風(fēng)風(fēng)流流方方向向(11.76N/m3)?解：設(shè)風(fēng)流由解：設(shè)風(fēng)流由1流向流向2點(diǎn)，點(diǎn)，”=11.76N/m3風(fēng)向由向。風(fēng)向由向。39例例2測測點(diǎn)點(diǎn)空空氣氣重重率率11.76N/m3，風(fēng)風(fēng)速速V5m/s，如如用用皮皮托托管管與與水水柱柱計(jì)計(jì)測測定定，問問該該點(diǎn)點(diǎn)速速壓壓hv為為多

34、多少少(g9.81m/s2)?解：40例例3抽抽出出式式風(fēng)風(fēng)筒筒內(nèi)內(nèi)測測點(diǎn)點(diǎn)的的絕絕對對靜靜壓壓Psi752毫毫米米水水銀銀柱柱，壓壓入入式式風(fēng)風(fēng)筒筒內(nèi)內(nèi)測測點(diǎn)點(diǎn)的的絕絕對對靜靜壓壓Psi764毫毫米米水水銀銀柱柱，在在兩兩風(fēng)風(fēng)筒筒內(nèi)內(nèi)測測點(diǎn)點(diǎn)的的平平均均風(fēng)風(fēng)速速20m/s，測測點(diǎn)點(diǎn)的的空空氣氣重重率率均均為為11.76N/m3，g9.81m/s2，風(fēng)風(fēng)筒筒外外面面的的大大氣氣壓壓Pat758mmHg，試試求求各各水水柱柱計(jì)計(jì)所所反反映映兩兩風(fēng)風(fēng)筒筒內(nèi)內(nèi)測測點(diǎn)點(diǎn)的的相相對對全全壓壓hti、相相對對靜靜壓壓hsi及速壓及速壓hvi等值。等值。41解：在抽出式通風(fēng)時(shí)解：在抽出式通風(fēng)時(shí)PtiPsi+

35、hvi75213.69.8+239.7100466.3PahtiPatPti75813.69.8100466.3559.9Pa驗(yàn)驗(yàn) 算算：hti hsi hvi(758-752)13.69.8 239.7559.9Pa壓入式通風(fēng)時(shí)：壓入式通風(fēng)時(shí)：PtiPsi十十hvi76413.69.8+239.7102065.6PahtiPtiPat 102065.675813.69.81039.4PahsiPsiPat(764758)13.69.8799.7Pa驗(yàn)算：驗(yàn)算：htihsihvi799.7239.71039.4Pa42例例4如如圖圖所所示示，進(jìn)進(jìn)風(fēng)風(fēng)下下山山的的1點(diǎn)點(diǎn)與與2點(diǎn)點(diǎn)的的垂垂距距為為

36、100米米，該該兩兩點(diǎn)點(diǎn)處處的的斷斷面面積積分分別別為為S16米米2，S25米米2，空空氣氣重重率率分分別別為為111.56N/m3，2 12.35N/m3。通通 過過 的的 風(fēng)風(fēng) 量量 為為1800m3/min。用用空空盒盒氣氣壓壓計(jì)計(jì)在在2點(diǎn)點(diǎn)測測得得氣氣壓壓為為741.6mmHg，在在同同一一時(shí)時(shí)間間內(nèi)內(nèi)地地面面大大氣氣壓壓為為756.4mmHg，又又 在在 1點(diǎn)點(diǎn) 測測 得得 氣氣 壓壓 為為734.1mmHg時(shí)時(shí)，地地面面大大氣氣壓壓為為756.9mmHg。試試求求該該下下山山克克服服巷巷道道阻阻力力而而損損失失的的風(fēng)風(fēng)壓壓為為多多少少?43解：P1P213.69.8(734.175

37、6.9)-(741.6756.4)1066.24Pa1點(diǎn)的速壓2點(diǎn)的速壓平均空氣重率位壓差(Z1Z2)10011.951195Pa故h阻1-21066.2414.722.681195120.78Pa44壓入式通風(fēng)的壓力分布圖45抽出式通風(fēng)時(shí)的壓力分布圖46通風(fēng)機(jī)安裝在井下時(shí)，其壓力分布如圖47作業(yè)1.通風(fēng)機(jī)做抽壓式工作，在抽出段測得某點(diǎn)的通風(fēng)機(jī)做抽壓式工作，在抽出段測得某點(diǎn)的相對靜壓為相對靜壓為600Pa,動壓為動壓為150Pa;在壓入段測得在壓入段測得相對靜壓為相對靜壓為600Pa,動壓為動壓為150Pa;風(fēng)道外與測點(diǎn)風(fēng)道外與測點(diǎn)同標(biāo)高點(diǎn)的大氣壓力為同標(biāo)高點(diǎn)的大氣壓力為101324Pa,求抽

38、出段和壓求抽出段和壓入段測點(diǎn)相對全壓、絕對靜壓和絕對全壓。入段測點(diǎn)相對全壓、絕對靜壓和絕對全壓。.已知一進(jìn)風(fēng)斜井進(jìn)風(fēng)口處的大氣壓已知一進(jìn)風(fēng)斜井進(jìn)風(fēng)口處的大氣壓101324Pa，12段空氣的平均密度為段空氣的平均密度為=1.25kg/m3,Z12=400m,測測得得hR12=45Pa,hv1=hv2=5Pa,求求2點(diǎn)的點(diǎn)的絕對絕對靜靜壓壓P2.483.在一段斷面不同的水平巷道中，用壓在一段斷面不同的水平巷道中，用壓差計(jì)測得兩斷面的靜壓差為差計(jì)測得兩斷面的靜壓差為70Pa,斷面斷面1的斷面積為的斷面積為8m2,其平均風(fēng)速為其平均風(fēng)速為3.5m/s,斷斷面面2的斷面積為的斷面積為5m2,空氣的平均密度為空氣的平均密度為=1.25kg/m3,求求該該段斷面的通段斷面的通風(fēng)風(fēng)阻力阻力.49