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1、第二章 矿井风流的压力矿井风流的压力 在一条凤道中的两点空气能量不同，空气必然从能量高的地点流向能量低的地点，从而形在一条凤道中的两点空气能量不同，空气必然从能量高的地点流向能量低的地点，从而形成凤流。这说明空气流动必须具备两个条件成凤流。这说明空气流动必须具备两个条件: :一是有通路，一是能量不同。空气本身能量的变一是有通路，一是能量不同。空气本身能量的变化是造成风流流动的根本原因。为了掌握空气运动的规律，首先应了解有关空气压力的一些问化是造成风流流动的根本原因。为了掌握空气运动的规律，首先应了解有关空气压力的一些问题。题。第一第一 节节 矿井风流的压力矿井风流的压力一、空气的密度一、空气的
2、密度 单位体积空气所具有的质量称为空气的密度，单位体积空气所具有的质量称为空气的密度， 与与P P、t t、湿度等有关。湿空气密度为干空、湿度等有关。湿空气密度为干空气密度和水蒸汽密度之和，即：气密度和水蒸汽密度之和，即： 根据气体状态方程，可推出空气密度计算公式：根据气体状态方程，可推出空气密度计算公式： kg/mkg/m3 3 式中：式中：P P为大气压，为大气压，satsat为饱和水蒸汽压，单位：为饱和水蒸汽压，单位：PaPa； 为相对湿度为相对湿度；为空气绝对温度，为空气绝对温度，T= t + 273 , KT= t + 273 , K。 )1(003484.0378.0PPTPsat
3、vad.kg/m3)1(46457.0378.0PPTPsat式中：式中：P为大气压，为大气压，sat为饱和水蒸汽压，单位：为饱和水蒸汽压，单位：mmHg。注意：注意：和和sat 单位一致单位一致。 空气比容空气比容： =V/M=1/ 二、空气压力及其单位二、空气压力及其单位 单位体积空气包围着地球的大气，受地心吸引力的作用，对其底部单位面积上所具单位体积空气包围着地球的大气，受地心吸引力的作用，对其底部单位面积上所具有的重力称为大气压力，也称为气压。所以大气压力是一个压强的概念。有的重力称为大气压力，也称为气压。所以大气压力是一个压强的概念。 由于气压随海拔高而变，所以空气的密度也随海拔高而
4、改变。由于气压随海拔高而变，所以空气的密度也随海拔高而改变。 在我国法定计量单位在我国法定计量单位( (亦即国际单位制亦即国际单位制) )中以帕斯卡作为压强单位，简称帕，以中以帕斯卡作为压强单位，简称帕，以PaPa表表示。它的物理意义是每平方米面积所承受多少牛顿示。它的物理意义是每平方米面积所承受多少牛顿(N)(N)的压力，也可用的压力，也可用N/mN/m2 2表示其单位。表示其单位。而而1N1N表示可以使质量为表示可以使质量为1Kg1Kg的物体获得的物体获得1m/s1m/s2 2的加速度的力。三、风流中的点压力的加速度的力。三、风流中的点压力 风流的点压力是指测点的单位体积风流的点压力是指测
5、点的单位体积(1m(1m3 3) )空气所具有的压力。通风管道中流动的风流空气所具有的压力。通风管道中流动的风流的点压力可分为：的点压力可分为：静压、动压和全压。静压、动压和全压。 风流中任一点风流中任一点i i的动压、绝对静压和绝对全压的关系为：的动压、绝对静压和绝对全压的关系为：h hvivi= =P Ptiti-P-Pi i h hvivi、h hI I和和h htiti三者之间的关系为：三者之间的关系为：h htiti = h= hi i + + h hvivi 。第二节第二节 矿井通风的压差矿井通风的压差一、绝对压力和相对压力一、绝对压力和相对压力 根据压力的测算基准不同，压力可分为
6、：根据压力的测算基准不同，压力可分为：绝对压力和相对压力绝对压力和相对压力。 A A、绝对压力：绝对压力：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，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，用用 P P 表示。表示。 B B、相对压力：相对压力： 以当时当地同标高的大气压力为测算基准以当时当地同标高的大气压力为测算基准( (零点零点) )测得的压力称测得的压力称之为相对压力，即通常所说的表压力，用之为相对压力，即通常所说的表压力，用 h h 表示。表示。 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
7、（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 = P h = P P P0 0 abPa真空P0Pbha(+)hb(-)P0二、风流中两点间的压力差二、风流中两点间的压力差1 1、水平等断面风流、水平等断面风流A A点的风流的全压为点的风流的全压为 ，B B点的风流的全压为点的风流的全压为 。当当A A点的全压大于点的全压大于B B点，则风流由点，则风流由A A向向B B。它们之间的差值如下式：。它们之间的差值如下式：2 2、等断面垂直风流、等断面垂直风流可用下式进行计算：可用下式进行计算： 若风流断面相等，风速若风流断面相等，风速vA等于等于vB，并且密度，并且密
8、度 近似于近似于 则则 BA第三节第三节 伯努里方程式在矿井通风中的应用伯努里方程式在矿井通风中的应用一、压入式通风矿井的能量互换关系一、压入式通风矿井的能量互换关系 A A点的能量等于点的能量等于B B点的能量加两点间的能量差点的能量加两点间的能量差h h。即：即：则：则：式中：式中： 上式就是矿井通风的能量互换关系，亦即通风动力与阻力间的关系。应该说上式就是矿井通风的能量互换关系，亦即通风动力与阻力间的关系。应该说明，这一关系只适用于空气在流动过程中密度变化不大的情况，而对于不是很深明，这一关系只适用于空气在流动过程中密度变化不大的情况，而对于不是很深的矿井，矿井通风基本符合这一变化规律。
9、这里先引入一个概念，所谓扇风机出的矿井，矿井通风基本符合这一变化规律。这里先引入一个概念，所谓扇风机出风口的全压与扇风机入风口全压之差值。风口的全压与扇风机入风口全压之差值。二、抽出式通风矿井的能量互换关系二、抽出式通风矿井的能量互换关系A A、B B两点的能量互换关系为：两点的能量互换关系为：三、主要扇风机安设在井下的能量互换关系三、主要扇风机安设在井下的能量互换关系从地表到扇风机入口从地表到扇风机入口A A的通风阻力为的通风阻力为h h1 1，其能量互换关系为：，其能量互换关系为：式中：式中：同理，从扇风机出口同理，从扇风机出口B B到地表的通风阻力为到地表的通风阻力为h2h2，其能量互换
10、关系为：，其能量互换关系为：式中式中整个矿井的通风阻力为上述两段阻力之和，即整个矿井的通风阻力为上述两段阻力之和，即h hh h1 1h h2 2，即，即实际上实际上 就是井下这台扇风机的全压，就是井下这台扇风机的全压，以以h hc c表示，则：表示，则：得出的结论，仍然和主要扇风机安装在地表是一样的。得出的结论，仍然和主要扇风机安装在地表是一样的。第四节第四节 矿内空气压力的测定矿内空气压力的测定、矿井主要压力测定仪器仪表、矿井主要压力测定仪器仪表 （）绝对压力测量：空盒气压计、精密气压计、水银气压计等。（）绝对压力测量：空盒气压计、精密气压计、水银气压计等。 （）压差及相对压力测量：恒温气
11、压计、（）压差及相对压力测量：恒温气压计、“”水柱计、补偿式微压计水柱计、补偿式微压计、倾斜单管压差计。、倾斜单管压差计。 （）感压仪器：皮托管，承受和传递压力，（）感压仪器：皮托管，承受和传递压力，+ - + - 测压测压、压力测定、压力测定 （）绝对压力直接测量读数。（）绝对压力直接测量读数。 （）相对静压（）相对静压( (以如图正压通风为例以如图正压通风为例) ) （注意连接方法）：（注意连接方法）：hP0zP0 ii 推导如图推导如图 h = hh = hi i ? ? 以水柱计的等压面以水柱计的等压面0 0 0 0 为基准面，为基准面， 设设: : i i点至基准面的高度为点至基准面
12、的高度为 Z Z ，胶皮管内的空气平均密度为胶皮管内的空气平均密度为m m，胶皮管外的空气平均密度为胶皮管外的空气平均密度为m m；与；与i i点同标高的大气压点同标高的大气压P P0i0i。 则水柱计等压面则水柱计等压面 0 0 00两侧的受力分别为：两侧的受力分别为： 水柱计左边等压面上受到的力：水柱计左边等压面上受到的力： P P左左 P P+ + 水水ghgh P P0i 0i + + m mg(z-h)+ g(z-h)+ 水水ghgh 水柱计右边等压面上受到的力：水柱计右边等压面上受到的力： P P右右 P Pi i+m mgzgz 由等压面的定义有：由等压面的定义有： P P左左
13、P P右右 ，即：，即： P P0i0i+mg(z-h)+ +mg(z-h)+ 水水ghgh P P0i0i+m mgzgz 若若 m m m m 有有： 水水 m m （PaPa） （mmHmmH2 20 0） 对于负压通风的情况请自行推导（注意连接方法）：对于负压通风的情况请自行推导（注意连接方法）：ghmiipp水0iiiiiihghgppghpp)(00水z zP P0 i0 ih h0 00 0说明：（说明：（I I）水柱计上下移动时，水柱计上下移动时，h hi i 保持不变；保持不变； （IIII）在风筒同一断面上、下移动皮托管，水柱计读数不变，说明在风筒同一断面上、下移动皮托管，水柱计读数不变，说明同一断面上同一断面上 h hi i 相同。相同。（）相对全压、动压测量（）相对全压、动压测量 测定连接如图（测定连接如图（说明连接方法及水柱高度变化说明连接方法及水柱高度变化）h ht tz zP P0 i0 ih hi ih hv v第二章第二章 习题习题 2-5 2-8 2-10 2-13 2-15 2-17