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1、第四章第四章 矿井风流的自然分配矿井风流的自然分配本章主要内容及重点和难点本章主要内容及重点和难点1 1、风量分配基本定律、风量分配基本定律-三大定律三大定律2 2、网络图及网络特性、网络图及网络特性1)1)简单网络简单网络2)2)角联及复杂网络角联及复杂网络3 3、网络的动态分析、网络的动态分析4 4、计算机解算复杂网络、计算机解算复杂网络矿井通风系统是由纵横交错的井巷构成的一个复杂系统。用图论的方法对通风矿井通风系统是由纵横交错的井巷构成的一个复杂系统。用图论的方法对通风系统进行抽象描述，把通风系统变成一个由线、点及其系统进行抽象描述，把通风系统变成一个由线、点及其属性属性组组成成的系统，
2、的系统，称为称为通风网路通风网路。第一节第一节 串联通风网路串联通风网路在没有漏风的情况下，通过每条井巷的风量在没有漏风的情况下，通过每条井巷的风量Q Q 都相等；从进风点到出风点的压差就等于各条都相等；从进风点到出风点的压差就等于各条井巷风流压差之和。这种没有分支风流的连接，叫井巷风流压差之和。这种没有分支风流的连接，叫串联通风网路串联通风网路。如图。如图4-2-14-2-1所示，由所示，由1 1，2 2，3 3，4 4，5 5五条分支组成串联风路。五条分支组成串联风路。（一）（一）串联风路特性串联风路特性 1.1.总风量等于各分支的风量，即总风量等于各分支的风量，即 M MS S=M=M1
3、 1=M=M2 2=M Mn n 当各分支的空气密度相等时，当各分支的空气密度相等时，Q QS S=Q=Q1 1=Q=Q2 2=Q Qn n2.2.总风压（阻力）等于各分支总风压（阻力）等于各分支 风压（阻力）之和，即风压（阻力）之和，即:458123679123456789第四章第四章 矿井风流的自然分配矿井风流的自然分配3.3.总风阻等于各分支风阻之和，即：总风阻等于各分支风阻之和，即：4.4.串联风路等积孔与各分支等积孔间的关系串联风路等积孔与各分支等积孔间的关系 （二）串联风路等效阻力特性曲线的绘制（二）串联风路等效阻力特性曲线的绘制 根据以上串联风路的特性，可以绘制串联风路等效阻力特
4、性曲线。根据以上串联风路的特性，可以绘制串联风路等效阻力特性曲线。方法：方法：、首先在、首先在hQhQ坐标图上分别作出串联风路坐标图上分别作出串联风路1 1、2 2的阻力特的阻力特性曲线性曲线R R1 1、R R2 2；、根据串联风路根据串联风路“风量相等，阻力叠加风量相等，阻力叠加”的原则，作平行于的原则，作平行于h h轴轴的若干条等风量线，在等风量线上将的若干条等风量线，在等风量线上将1 1、2 2分支阻力分支阻力h h1 1、h h2 2叠加，叠加，得到串联风路的等效阻力特性曲线上的点；得到串联风路的等效阻力特性曲线上的点；、将所有等风量线上的点联成曲线、将所有等风量线上的点联成曲线R
5、R3 3，即为串联风路的等效阻力即为串联风路的等效阻力特性曲线。特性曲线。1R1R2R1R2R1+R2QH第二节第二节 并联通风网路并联通风网路 由由两两条条或或两两条条以以上上具具有有相相同同始始节节点点和和末末节节点点的的分分支支所所组组成成的的通通风风网网络，称为络，称为并联风网并联风网。如图所示并联风网由。如图所示并联风网由5 5条分支并联条分支并联（一）并联风路特性：（一）并联风路特性：1.1.总风量等于各分支的风量之和，即总风量等于各分支的风量之和，即 当各分支的空气密度相等时当各分支的空气密度相等时,2.2.总风压等于各分支风压，即总风压等于各分支风压，即注注意意：当当各各分分支
6、支的的位位能能差差不不相相等等，或或分分支支中中存存在在风风机机等等通通风风动动力力时时，并联分支的阻力并不相等。并联分支的阻力并不相等。12346123453.3.并联风网总风阻与各分支风阻的关系并联风网总风阻与各分支风阻的关系 又又 即：即：4.4.并联风网总等积孔等于各分支等积孔之和，即并联风网总等积孔等于各分支等积孔之和，即 5.5.并联风网的风量分配并联风网的风量分配 若已知并联风网的总风量，在不考虑其它通风动力及风流密度变若已知并联风网的总风量，在不考虑其它通风动力及风流密度变化时，可由下式计算出分支化时，可由下式计算出分支i i的风量。的风量。即即R1R2.RiRnQS（二）并联
7、风路等效阻力特性曲线的绘制（二）并联风路等效阻力特性曲线的绘制 根据以上并联风路的特性，可以绘制并联风路等效阻力特性曲线。根据以上并联风路的特性，可以绘制并联风路等效阻力特性曲线。方法方法：、首先在、首先在hQhQ坐标图上分别作出并联风路坐标图上分别作出并联风路1 1、2 2的阻力特性曲线的阻力特性曲线R R1 1、R R2 2；、根据并联风路根据并联风路“风压（阻力）相等，风量叠加风压（阻力）相等，风量叠加”的原则，作平行于的原则，作平行于Q Q轴轴的若干条等风压线，在等风压线上将的若干条等风压线，在等风压线上将1 1、2 2分支阻力分支阻力h h1 1、h h2 2叠加，得到并叠加，得到并
8、联风路的等效阻力特性曲线上的点；联风路的等效阻力特性曲线上的点；、将所有等风压线上的点联成曲线、将所有等风压线上的点联成曲线R R3 3，即为并联风路的等效阻力特性曲线。即为并联风路的等效阻力特性曲线。2112R1R2R1R2R1+R2QH（三）串联风路与并联风网的比较（三）串联风路与并联风网的比较 在在任任何何一一个个矿矿井井通通风风网网络络中中，都都同同时时存存在在串串联联与与并并联联风风网网。在在矿矿井井的的进进、回风风路多为串联风路，而采区内部多为并联风网。回风风路多为串联风路，而采区内部多为并联风网。并并联联风风网网的的优优点点：、从从提提高高工工作作地地点点的的空空气气质质量量及及
9、安安全全性性出出发发，采采用用并并联风网具有明显的优点。联风网具有明显的优点。、在同样的分支风阻条件下，分支并联时的总风阻小于串联时的总风阻。、在同样的分支风阻条件下，分支并联时的总风阻小于串联时的总风阻。例如：若例如：若R R1 1=R=R2 2=0.04 kg/m=0.04 kg/m7 7，串联：串联：R Rs s=R=R1 1+R+R2 2=0.08 kg/m=0.08 kg/m7 7 并联：并联：R Rs s ：R Rs s：即在相同风量情况下，串联的能耗为并联的即在相同风量情况下，串联的能耗为并联的 8 8 倍。倍。1R1R22112R1R2第三节第三节 角联风网角联风网（一）几个概
10、念（一）几个概念 角联风网角联风网：是指内部存在角联分支的网络。是指内部存在角联分支的网络。角角联联分分支支（对对角角分分支支）：是是指指位位于于风风网网的的任任意意两两条条有有向向通通路路之之间间、且不与两通路的公共节点相连的分支，如图。且不与两通路的公共节点相连的分支，如图。简单角联风网：简单角联风网：仅有一条角联分支的风网。仅有一条角联分支的风网。复杂角联风网复杂角联风网：含有两条或两条以上角联分支的风网。含有两条或两条以上角联分支的风网。213456复杂角联风网复杂角联风网简单角联风网简单角联风网1（二）角联分支风向判别（二）角联分支风向判别 原则：原则：分支的风向取决于其始、末节点间
11、的压能值。风流由能位高的分支的风向取决于其始、末节点间的压能值。风流由能位高的节点流向能位低的节点；当两点能位相同时，风流停滞；当始节点节点流向能位低的节点；当两点能位相同时，风流停滞；当始节点能位低于末节点时，风流反向。能位低于末节点时，风流反向。判别式（以简单角联为例判别式（以简单角联为例）：）：1 1、分支分支5 5中无风中无风 Q Q5 5=0=0 Q Q1 1=Q=Q3 ,3 ,Q Q2 2=Q=Q4 4 由风压平衡定律：由风压平衡定律：h h1 1=h=h2 ,2 ,h h3 3=h=h4 4 由阻力定律：由阻力定律：两式相比得：两式相比得：即即 或写为：或写为：11、当分支、当分
12、支5 5中风向由中风向由2323 节点节点的压能高于节点的压能高于节点，则，则 h hR2R2 h hR1 R1 即：即：即即同理，同理，h hR3R3 h hR4R4即即又又 即：即：或写为：或写为：风流、分支、分支5 5中的风向由中的风向由3232 同理可得：同理可得：或写为：或写为：改变角联分支两侧的边缘分支的风阻就可以改变角联分支的风向。改变角联分支两侧的边缘分支的风阻就可以改变角联分支的风向。对图示简单角联风网，可推导出如下角联分支风流方向判别式：对图示简单角联风网，可推导出如下角联分支风流方向判别式：11风流第四节第四节 矿井通风网路风量自然分配的总规律矿井通风网路风量自然分配的总
13、规律1.1.风量规律风量规律 串串联联时时，两两条条互互相相联联接接风风流流的的风风量量相相等等；联联接接点点（简简称称结结点点）流流进进的的风风量量等等于于流流出出的的风风量量。并并联联和和角角联联时时，虽虽然然风风流流分分支支，但但对对于于结结点点来来说说，仍仍然是流进的风量与从结点流出的风量都是相等的。然是流进的风量与从结点流出的风量都是相等的。若若流流进进的的风风量量为为正正，流流出出的的风风量量为为负负，则则其其共共同同规规律律为为：风风流流的的任任何何一一个结点，其风量之代数和为零，称为风量平衡定律，用下式表示。个结点，其风量之代数和为零，称为风量平衡定律，用下式表示。2.2.压差
14、规律压差规律 串联时，任何一条风路的总压差为分压差之和。并联时，它的闭合回路串联时，任何一条风路的总压差为分压差之和。并联时，它的闭合回路中各风流总压差相等。角联的闭合回路的各风流的总压差也是相等的。这中各风流总压差相等。角联的闭合回路的各风流的总压差也是相等的。这是一个普遍的规律，如下图有：是一个普遍的规律，如下图有：在闭合回路中，若顺时针方向的风流压差为正，反时针方向为负，则其在闭合回路中，若顺时针方向的风流压差为正，反时针方向为负，则其共同规律为：在任何一个闭合回路风流中，其压差的代数和为零，称为共同规律为：在任何一个闭合回路风流中，其压差的代数和为零，称为压差平衡定律，用下式表示。压差
15、平衡定律，用下式表示。矿井通风系统中有很多风流结点及闭合回路，它们都遵循着上述规律。矿井通风系统中有很多风流结点及闭合回路，它们都遵循着上述规律。风流运动过程，包括漏风在内。这个平衡规律就是风量自然分配的根本风流运动过程，包括漏风在内。这个平衡规律就是风量自然分配的根本规律。规律。综上所述，矿井风流的运动，包括压差、风量分配以及能量的关系等，综上所述，矿井风流的运动，包括压差、风量分配以及能量的关系等，受到下列四个规律支配。受到下列四个规律支配。第五节第五节 复杂通风网路解算复杂通风网路解算 通风网路中的任何一个闭合回路必然是压差的代数和为零。假如风量分通风网路中的任何一个闭合回路必然是压差的
16、代数和为零。假如风量分配不符合于自然分配的规律，则计算出的结果必然是压差代数和不等于零。配不符合于自然分配的规律，则计算出的结果必然是压差代数和不等于零。图下图是通风网路中的第图下图是通风网路中的第M M个回路，试求出其风量的自然分配值个回路，试求出其风量的自然分配值Q Q1 1及及Q Q2 2。在总。在总风量风量Q Q及风阻及风阻R R1 1、R R2 2已知的前提下，若任意初拟的风量已知的前提下，若任意初拟的风量Q Q1 1及及Q Q2 2不符合于自然分配不符合于自然分配值时，则必然出现值时，则必然出现 或或 设风量任意分配后其误差为设风量任意分配后其误差为 （第（第M M回路中出现的误差
17、）。在该闭合回路中回路中出现的误差）。在该闭合回路中对初拟的风量，按风流的顺时针方向加对初拟的风量，按风流的顺时针方向加 ，逆时针方向减，逆时针方向减 ，则：，则：第五节第五节 用电子计算机解算通风网路用电子计算机解算通风网路 目的目的：已知风网各分支风阻和主通风机的特性，求算主要通风机的工况点，各分：已知风网各分支风阻和主通风机的特性，求算主要通风机的工况点，各分支的风量和风向，以便验算各用风地点的风量和风整速是否符合规程要求。支的风量和风向，以便验算各用风地点的风量和风整速是否符合规程要求。原理：原理：依据风量平衡定律、风压平衡定律、阻力定律依据风量平衡定律、风压平衡定律、阻力定律 方法：
18、方法：回路法回路法 假设风网中每一回路内各分支的风向和风量开始，逐渐修正风量，假设风网中每一回路内各分支的风向和风量开始，逐渐修正风量，使之满足风压平衡定律。使之满足风压平衡定律。节点法节点法 假设风网中每一回路内各分支节点压力值开始，逐渐修正压力分布，使假设风网中每一回路内各分支节点压力值开始，逐渐修正压力分布，使之满足风量平衡定律。之满足风量平衡定律。一、改进的斯考德恒斯雷试算法回路法一、改进的斯考德恒斯雷试算法回路法 回路风量：回路风量：把风流在风网中的流动看成是在一些互不重复的独立的闭合回路中各把风流在风网中的流动看成是在一些互不重复的独立的闭合回路中各有一定的风量在循环，这种风量称为
19、回路风量。有一定的风量在循环，这种风量称为回路风量。如图：回路：如图：回路：ABDEF(ABDEF(风量风量q q1 1)、BCDB(qBCDB(q2 2)、DCED(qDCED(q3 3)独立分支：独立分支：只属于一个回路的分支。反之，为非独立分支。且满足：独立分支只属于一个回路的分支。反之，为非独立分支。且满足：独立分支(M)(M)分支总数分支总数(B)(B)节点数节点数(J)(J)如：如：BCBC、CECE、EFABEFAB独立分支，独立分支，BDBD、DEDE、CDCD非独立分支非独立分支基本思路：基本思路：初拟风网中各回路风量初拟风网中各回路风量(如如q q1 1 q q2 2 q
20、q3 3)，使其满足风网中节使其满足风网中节 点风量风量平衡定律，然后利用点风量风量平衡定律，然后利用 风压平衡定律对其逐一进行修正，风压平衡定律对其逐一进行修正，从而得各分支假设风量，经把迭从而得各分支假设风量，经把迭 代计算修正，各回路风压逐渐趋代计算修正，各回路风压逐渐趋 于平衡，这样各分支风量逐渐接真实值。于平衡，这样各分支风量逐渐接真实值。回路风量修正值（回路风量修正值（Q Q）：）：回路中各分支阻力代数和，当分支流向与回路流向一致时，取回路中各分支阻力代数和，当分支流向与回路流向一致时，取“”，反之，取，反之，取“”。当回路中有当回路中有 H Hf f 和和 H Hn n 时：时：故分支风量为：故分支风量为：ABCDEFq2q1q3Hf第四章第四章 习题习题 4-1,4-5,4-6,4-7,4-12,4-13,4-144-1,4-5,4-6,4-7,4-12,4-13,4-14