安全工程通风安全学.ppt

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1、第二章 矿井空气流动基本理论第四章 通风动力通 风 安 全 学第二章 矿井空气流动基本理论河南工程学院河南工程学院安全工程系安全工程系1.1.主要内容主要内容 矿井空气成分，矿井空气中主要成分的质量（浓度）标准、矿井矿井空气成分，矿井空气中主要成分的质量（浓度）标准、矿井中有毒、有害气体的基本性质和危害性及安全浓度标准。矿井气候中有毒、有害气体的基本性质和危害性及安全浓度标准。矿井气候条件平衡量指标（干球温度、湿球温度、等效温度、同感温度、卡条件平衡量指标（干球温度、湿球温度、等效温度、同感温度、卡他度）。他度）。2.2.解决的实际问题解决的实际问题 （1 1）要保证作业人员健康，井下空气质量

2、和数量的最低要求；）要保证作业人员健康，井下空气质量和数量的最低要求；（2 2）矿井空气中氧气（）矿井空气中氧气（O O2 2），二氧化碳（），二氧化碳（COCO2 2）的浓度要求；）的浓度要求；（3 3）各种有害气体的危害性与最高允许浓度标准；）各种有害气体的危害性与最高允许浓度标准；（4 4）矿井气候条件衡量方法与指标，保证有一个舒适的作业环境。）矿井气候条件衡量方法与指标，保证有一个舒适的作业环境。上一章内容回顾第一节第一节 空气的主要物理参数空气的主要物理参数第二节第二节 风流的能量与压力风流的能量与压力第三节第三节 矿井通风中的能量方程矿井通风中的能量方程第四节第四节 能量方程在矿井

3、通风中的应用能量方程在矿井通风中的应用本章主要内容重点：重点：空气的物理参数空气的物理参数-T-T、P P、；风流的能量与点压力风流的能量与点压力-静压，静压能；动压、动能；位静压，静压能；动压、动能；位能；全压；抽出式和压入式相对静压、相对全压与动压的能；全压；抽出式和压入式相对静压、相对全压与动压的关系；关系；能量方程能量方程-连续性方程、单位质量能量方程、单位体积连续性方程、单位质量能量方程、单位体积能量方程；能量方程；能量方程在矿井中的应用能量方程在矿井中的应用-边界条件、压力坡度图。边界条件、压力坡度图。难点：难点：点压力之间的关系点压力之间的关系能量方程及其在矿井中的应用能量方程及

4、其在矿井中的应用本章重点难点1 1、一年中冬季还是夏季大气压力大？一天中那个时间大气压力最、一年中冬季还是夏季大气压力大？一天中那个时间大气压力最小？小？2 2、温度与压力相同时，干空气密度大还是湿空气密度大？、温度与压力相同时，干空气密度大还是湿空气密度大？3 3、为什么位能不能用仪表直接测量？、为什么位能不能用仪表直接测量？4 4、测定风流点压力时，水柱计放置位置对测值有影响吗？、测定风流点压力时，水柱计放置位置对测值有影响吗？5 5、为什么会在正压通风会出现相对静压为负值的区段？、为什么会在正压通风会出现相对静压为负值的区段？6 6、风机全压主要是来克服哪些能量的？、风机全压主要是来克服

5、哪些能量的？7 7、为什么抽出式风机要加扩展器？、为什么抽出式风机要加扩展器？思考题矿井空气沿井巷流动过程中宏观力学参数的变化规律矿井空气沿井巷流动过程中宏观力学参数的变化规律以及能量的转换关系。以及能量的转换关系。介绍空气的主要物理参数、性质，讨论空气在流动过介绍空气的主要物理参数、性质，讨论空气在流动过程中所具有的能量（压力）及其能量的变化。程中所具有的能量（压力）及其能量的变化。根据热力学第一定律和能量守恒及转换定律，结合矿根据热力学第一定律和能量守恒及转换定律，结合矿井风流流动的特点，推导了矿井空气流动过程中的能井风流流动的特点，推导了矿井空气流动过程中的能量方程。量方程。能量方程在矿

6、井通风中的应用。能量方程在矿井通风中的应用。需掌握知识点一、温度 温度是描述物体冷热状态的物理量。测量温度的标尺简称温标。矿井表示气候条件的主要参数之一。国际单位为：热力学温标，其单位为K(kelvin),用符号T来表示，单位为K，热力学温标规定纯水三相态点温度（气、液、固三相平衡态时的温度）为基本定点，定义为273.15K。常用的摄氏温标为实用温标，用符号t表示，单位为摄氏度。摄氏温标的每1与热力学温标的每1K完全相同，它们之间的关系为：T=273.15+t 温度是矿井表征气候条件的主要参数，规程规定：生产矿井采掘工作面的空气温度不得超过26，机电硐室的空气温度不得超过30。第一节 空气的主

7、要物理参数二、压力（压强）在矿井通风学中，习惯把压强称为压力。大气压力：地球表面一层很厚的空气层对地面所形成的压力。其大小取决于重力场中位置（相对高度），空气相对温度、湿度（相对湿度）和气体成分等参数。空气的压力也称为空气的静压，用符号P表示。它是空气分子热运动对器壁碰撞的宏观表现。计算公式为：P=2/3n(1/2mv2)气体的静压力是单位体积内气体分子不规则热运动总动能的2/3转化为能对外做功的机械能的宏观表现，故压力的大小表示单位体积气体的压能的数量，这是气体所具有的普遍的物理性质，其大小可以用仪器来测量，空盒气压计、水银气压计、水柱计、精密气压计等可以用来测量压力。第一节 空气的主要物理

8、参数由于重力的影响，空气的密度与压力均随着由于重力的影响，空气的密度与压力均随着离地表的高度而减小离地表的高度而减小。大气大气层的存在和大气压力随高度而变化的规律层的存在和大气压力随高度而变化的规律是是分子热运动和地球引力作用分子热运动和地球引力作用两者两者协调的结果。协调的结果。在物理学中，单位体积气体的分子数在物理学中，单位体积气体的分子数n n，在重力场中随高度分布的规律，在重力场中随高度分布的规律用用波尔兹曼公式波尔兹曼公式表示：表示：n no o-海平面（海平面（z=oz=o）单位体积的分子数；）单位体积的分子数；-空气的摩尔质量，空气的摩尔质量，28.97kg/kmol28.97k

9、g/kmol；Z-Z-海拔高度，海拔高度，m m；T-T-空气温度，空气温度，T=273.15+tT=273.15+t，K K；g-g-重力加速度，重力加速度，9.80665m/s9.80665m/s2 2；R RO O-通用气体常数（摩尔气体恒量），通用气体常数（摩尔气体恒量），8.314 J/(molK)8.314 J/(molK)；第一节 空气的主要物理参数大气压力随高度的变化规律大气压力随高度的变化规律如下如下 不同标高处的空气压力比值不同标高处的空气压力比值 标高标高z/mz/m+1000+100000-1000-1000p/pp/po o0.8880.8881.01.01.1261

10、.126 实际上各地的大气压力还和实际上各地的大气压力还和地表气象因素地表气象因素有关，一年四季，甚至有关，一年四季，甚至一昼夜内都有明显的变化。例如：淮南一昼夜内气压变化一般为一昼夜内都有明显的变化。例如：淮南一昼夜内气压变化一般为270270400Pa400Pa有时可达有时可达1300Pa1300Pa，一年中大气压变化可高达，一年中大气压变化可高达400040005300Pa5300Pa。一般来讲，在一般来讲，在同一水平面，不大的范围内，可以认为空气压力是同一水平面，不大的范围内，可以认为空气压力是相同相同的。的。第一节 空气的主要物理参数矿井常用压强单位：Pa(帕斯卡)、MPa(兆帕)、

11、mmHg(毫米汞柱)、mmH20(毫米水柱)、bar(巴)、atm(标准大气压)等。换算关系：1atm=760mmHg=1.01325bar=101325Pa 1mmHg=13.595mmH20=133.32 Pa 1mmH20=9.81 Pa具体可以参考教材P434附录一第一节 空气的主要物理参数三、湿度三、湿度 表示空气中所含水蒸汽量的多少或潮湿程度。表示空气中所含水蒸汽量的多少或潮湿程度。空气湿度的表示方法空气湿度的表示方法：绝对湿度、相对温度和含湿量三种。绝对湿度、相对温度和含湿量三种。、绝对湿度、绝对湿度 每每立立方方米米空空气气中中所所含含水水蒸蒸汽汽的的质质量量叫叫空空气气的的绝

12、绝对对湿湿度度。其其单单位位与与密密度度单单位位相相同同（kg/mkg/m3 3），其其值值等等于于水水蒸蒸气气在在其其分分压压力力与与温温度度下下的的密密度度，用用符符号号 v v表表示示，v v=M=Mv v/V/V。饱饱和和空空气气：在在一一定定的的温温度度和和压压力力下下，单单位位体体积积空空气气所所能能容容纳纳水水蒸蒸汽汽量量是是有有极极限限的的，超超过过这这一一极极限限值值，多多余余的的水水蒸蒸汽汽就就会会凝凝结结出出来来。这这种种含含有有极极限限值值水水蒸蒸汽汽的的湿湿空空气气叫叫饱饱和和空空气气，这这时时水水蒸蒸气气分分压压力力叫叫饱饱和和水水蒸蒸分分压压力力P PS S，其所

13、含的水蒸汽量叫，其所含的水蒸汽量叫饱和湿度饱和湿度 s s 。、相对湿度、相对湿度 单单位位体体积积空空气气中中实实际际含含有有的的水水蒸蒸汽汽量量（V V）与与其其同同温温度度下下的的饱饱和和水水蒸蒸汽汽含含量量（S S）之比称为空气的相对湿度）之比称为空气的相对湿度 V V S S 反映空气中所含水蒸汽量接近饱和的程度反映空气中所含水蒸汽量接近饱和的程度。绝对湿度只能说明空气中绝对湿度只能说明空气中实际含有水蒸气量实际含有水蒸气量，并不能说明其，并不能说明其干湿程干湿程度度。如如1818的空气，饱和水蒸气量为的空气，饱和水蒸气量为s s=0.01536kg/m=0.01536kg/m3 3

14、，在在3030时，时，s s=0.03037kg/m=0.03037kg/m3 3。当温度为当温度为3030时，若仍含有时，若仍含有0.01536kg/m0.01536kg/m3 3水蒸气时，水蒸气时，则还有相当大的容纳水分的能力，而认为是比较干燥的空气。所以则还有相当大的容纳水分的能力，而认为是比较干燥的空气。所以此时在实际上常用此时在实际上常用相对湿度相对湿度来表示空气的干湿程度。来表示空气的干湿程度。第一节 空气的主要物理参数愈小愈小 空气愈干爆，空气愈干爆，0 0 为干空气；为干空气；愈大愈大 空气愈潮湿，空气愈潮湿，为饱和空气为饱和空气。温度下降，其相对湿度增大，冷却到温度下降，其相

15、对湿度增大，冷却到=1=1时的温度称为时的温度称为露点露点例如：甲地：例如：甲地：t=18t=18，V V0.0107 Kg/m0.0107 Kg/m3,3,乙地：乙地：t=30t=30，V V0.0154 Kg/m0.0154 Kg/m3 3解：查表解：查表 当当t t为为1818，s s 0.0154 Kg/m0.0154 Kg/m3 3,当当t t为为3030，s s 0.03037 Kg/m0.03037 Kg/m3 3，甲地：甲地：V V S S0.70.770%70%乙地：乙地：V V S S0.510.5151%51%乙地的绝对湿度大于甲地，但甲地的相对湿度大于乙地，故乙地的空气

16、乙地的绝对湿度大于甲地，但甲地的相对湿度大于乙地，故乙地的空气吸湿能力强吸湿能力强。露点露点：将不饱和空气冷却时，随着温度逐渐下降，相对湿度逐渐增大，当：将不饱和空气冷却时，随着温度逐渐下降，相对湿度逐渐增大，当达到达到100100时，此时的温度称为露点。时，此时的温度称为露点。上例上例 甲地、乙地的露点分别为多少？甲地、乙地的露点分别为多少？第一节 空气的主要物理参数第一节 空气的主要物理参数1 kg 理想气体理想气体、含湿量、含湿量 含有含有1kg1kg干空气的湿空气中所含水蒸汽的质量（干空气的湿空气中所含水蒸汽的质量（kgkg）称为空）称为空气的含湿量。气的含湿量。将将 ，代入得：代入得

17、：第一节 空气的主要物理参数井下空气湿度的变化规律井下空气湿度的变化规律进风路线进风路线回风路线回风路线采掘采掘工作工作面面湿湿度度夏夏冬冬 进风线路进风线路有可能出现有可能出现冬干夏冬干夏湿湿的现象。进风井巷有淋水的情的现象。进风井巷有淋水的情况除外。在采掘工作面和回风线况除外。在采掘工作面和回风线路上，气温长年不变，湿度也长路上，气温长年不变，湿度也长年不变，一般都接近年不变，一般都接近100100，随，随着矿井排出的污风，每昼夜可从着矿井排出的污风，每昼夜可从矿井内带走数吨甚至上百吨的地矿井内带走数吨甚至上百吨的地下水。下水。第一节 空气的主要物理参数四、焓四、焓 焓是一个复合的状态参数

18、，它是内能u和压力功PV之和，焓也称热焓。单位质量物质的焓称为比焓（有时也将比焓简称为焓），即有：i=id+diV=1.0045t+d(2501+1.85t)实际应用焓-湿图（I-d)第一节 空气的主要物理参数水蒸气分压力（水蒸气分压力（102Pa）含湿量（含湿量（g/kg干空气）干空气）温温度度焓（焓（kJ/kgkJ/kg干空气）干空气）12 13 1422 23 24510150201512相对湿度相对湿度=60%=100%354045P=101325Pa(760mmHg)t=20=60%应用焓应用焓-湿图（湿图（i-d)求其他参数求其他参数焓焓i=42.5i=42.5水蒸气分压力水蒸气分

19、压力=1380=1380含湿量含湿量=8.8=8.8湿球温度湿球温度=15=15露点露点=12=12当前温度下的饱和当前温度下的饱和水蒸气分压力水蒸气分压力=2300=2300第一节 空气的主要物理参数五、粘性五、粘性 当流体层间发生相对运动时，在流体内部两个流体层的接触面上，便产生粘当流体层间发生相对运动时，在流体内部两个流体层的接触面上，便产生粘性阻力（内摩擦力）以阻止相对运动，流体具有的这一性质，称作流体的粘性阻力（内摩擦力）以阻止相对运动，流体具有的这一性质，称作流体的粘性。其大小主要取决于温度。性。其大小主要取决于温度。根据牛顿内摩擦定律有：根据牛顿内摩擦定律有：式中：式中：比例系数

20、，代表空气粘性，称为比例系数，代表空气粘性，称为动力粘性动力粘性或或绝对粘度绝对粘度。其国际单。其国际单位：帕位：帕.秒，写作：秒，写作：Pa.SPa.S。运动粘度为：运动粘度为：温度是影响流体粘性主要因素，气体，随温度升高而增大，液体反之。温度是影响流体粘性主要因素，气体，随温度升高而增大，液体反之。V y粘性取决于分子间的吸引力和热运动动量交换。温度升高，则分子间的吸引力降低，动量会增加。对于液体，分子间的吸引力为主要影响因素；对于气体，分子间热运动产生动量交换是决定性因素。第一节 空气的主要物理参数 六、密度六、密度 单位体积空气所具有的质量称为单位体积空气所具有的质量称为空气的密度，与

21、空气的密度，与P P、t t、湿度等有、湿度等有关。湿空气密度为干空气密度和关。湿空气密度为干空气密度和水蒸汽密度之和，即：水蒸汽密度之和，即：根据气体状态方程，可推出空气根据气体状态方程，可推出空气密度计算公式：密度计算公式：式中：式中：P P为大气压，为大气压，P Ps s为饱和水蒸为饱和水蒸气压，单位：气压，单位：PaPa；为相对湿度；为相对湿度；t t为空气温为空气温度，度，。第一节 空气的主要物理参数七、密度计算七、密度计算例例1 1：测知某巷道内空气压力为：测知某巷道内空气压力为P=100017PaP=100017Pa，干温度，干温度t td d=18.3,=18.3,湿温度为湿温

22、度为t tw w=18.1,=18.1,求空气密度。求空气密度。解：解：经查可知：经查可知：Ps=2102Pa，=98%第一节 空气的主要物理参数第一节 空气的主要物理参数干温度干温度td=18.3，湿温度为，湿温度为tw=18.1=98%第一节 空气的主要物理参数七、七、矿内空气的热力变化过程矿内空气的热力变化过程 矿井空气热力学和自然风压计算等课题都要求对矿井空气热力学和自然风压计算等课题都要求对井下空气的状态变化给予具体分析。井下空气的状态变化给予具体分析。气体状态方程：气体状态方程：1)1)等容过程等容过程 在比容保持不变的情况下所进行的热力变化过程。当v=常数，由气体状态方程可知：等

23、容过程是v不变而绝对压力和绝对温度成正比变化的过程。因v不变，即dv=0，则Pdv=0,热力学第一定律得：第一节 空气的主要物理参数 在这个过程中，空气不对外做功，空气所吸收或放出的热量等于内能的增加或减少。因 不变，空气密度也不变，则通风常用的积分式的变化(即压能变化)为：第一节 空气的主要物理参数2)2)等压过程等压过程 当当P=P=常数时，则常数时，则v/T=R/P=v/T=R/P=常数。表明等压过程是常数。表明等压过程是P P不变而不变而v v和和T T成正比变化的过程。成正比变化的过程。对外界作功为：对外界作功为：热量变化为：热量变化为：在此过程中，空气所吸收或放出的热量等于空气焓的

24、增加在此过程中，空气所吸收或放出的热量等于空气焓的增加或减少。或减少。因因 不变，压能变化为：不变，压能变化为：第一节 空气的主要物理参数3)3)等温过程等温过程 当当T=T=常数时，则常数时，则 表明等温过程是表明等温过程是T T不变不变而而P P和和v v成反比变化的过程。因成反比变化的过程。因 ,则对外作功为：则对外作功为：因因T T不变，内能不变，内能u u不变，故热量变化为：不变，故热量变化为：第一节 空气的主要物理参数 在此过程中，空气从外界获得的热量，等于空气对外界作在此过程中，空气从外界获得的热量，等于空气对外界作出的功；或者说空气向外界放出的热量，等于空气从外界获得出的功；或

25、者说空气向外界放出的热量，等于空气从外界获得的功。因：的功。因：故压能变化为：故压能变化为：第一节 空气的主要物理参数4)4)绝热过程绝热过程 绝热过程是空气和外界没有热量交换的情况下绝热过程是空气和外界没有热量交换的情况下dpdp=0=0，所进，所进行的膨胀或压缩的过程，空气的行的膨胀或压缩的过程，空气的T T、v v都发生变化，而且变化规都发生变化，而且变化规律很复杂。分析得出：在此过程中空气对外界作出的功等于空律很复杂。分析得出：在此过程中空气对外界作出的功等于空气内能的减少；空气从外界获得的功等于空气内能的增加。其气内能的减少；空气从外界获得的功等于空气内能的增加。其状态变化规律为：状

26、态变化规律为：式中：式中：k k绝热指数，对于空气，绝热指数，对于空气，k k=1.41=1.41则压能变化为：则压能变化为：第一节 空气的主要物理参数5)5)多变过程多变过程 这是多种变化过程，这个过程的状态变化规律为这是多种变化过程，这个过程的状态变化规律为:n n多变指数，不同的多变指数，不同的n n值决定不同的状态变化规律，描值决定不同的状态变化规律，描述不同的变化过程；述不同的变化过程；例如当例如当n=0n=0时，时，P=P=常数，表示等压过程；常数，表示等压过程；n=1 n=1时，时，Pv=Pv=常数，表示等温过程；常数，表示等温过程；n=K n=K时，时，PvPvk k=常数，表

27、示绝热过程；常数，表示绝热过程；n=n=时，时，v=v=常数，表示等容过程。常数，表示等容过程。则压能变化为：则压能变化为：第一节 空气的主要物理参数6)6)实际气体的状态方程实际气体的状态方程 实验证明：只有在低压下，气体的性质才近似符合理想气实验证明：只有在低压下，气体的性质才近似符合理想气体状态方程式，在高压低温下，任何气体对此方程都出现明显体状态方程式，在高压低温下，任何气体对此方程都出现明显的偏差，而且压力愈大，偏离愈多。实际气体的这种偏离，通的偏差，而且压力愈大，偏离愈多。实际气体的这种偏离，通常采用与常采用与RTRT的比值来说明这个比值称为压缩因子，以符号的比值来说明这个比值称为

28、压缩因子，以符号Z Z表表示，定义式为：示，定义式为：显然，理想气体的显然，理想气体的Z Z1 1，实际气体的，实际气体的Z Z一般不等于一般不等于1 1，而是，而是Z Z1 1或或Z Z1 1。Z Z值偏离值偏离1 1的大小，是实际气体对理想气体性质偏离的大小，是实际气体对理想气体性质偏离程度的一个度量。程度的一个度量。第一节 空气的主要物理参数 能量与压力是通风工程中两个重要的基本概念，压力可以理解为：单位体积空气能量与压力是通风工程中两个重要的基本概念，压力可以理解为：单位体积空气所具有的能够对外作功的机械能。所具有的能够对外作功的机械能。一、风流的能量与压力一、风流的能量与压力1.1.

29、静压能静压静压能静压（1 1）静压能与静压的概念）静压能与静压的概念 空气的分子无时无刻不在作无秩序的热运动。这种由分子热运动产生的分子动能空气的分子无时无刻不在作无秩序的热运动。这种由分子热运动产生的分子动能的一部分转化的能够对外作功的机械能叫的一部分转化的能够对外作功的机械能叫静压能，静压能，J Jm m3 3，在矿井通风中，压力的，在矿井通风中，压力的概念与物理学中的压强相同，即单位面积上受到的垂直作用力。概念与物理学中的压强相同，即单位面积上受到的垂直作用力。静压静压Pa=N/mPa=N/m2 2也可也可称为静压能称为静压能，值相等。，值相等。（）静压特点（）静压特点 a.a.无论静止

30、的空气还是流动的空气都具有静压力；无论静止的空气还是流动的空气都具有静压力；b.b.风流中任一点的静压各向同值，且垂直于作用面；风流中任一点的静压各向同值，且垂直于作用面；c.c.风风流流静静压压的的大大小小（可可以以用用仪仪表表测测量量）反反映映了了单单位位体体积积风风流流所所具具有有的的能能够够对对外外作作功功的的静静压压能能的的多多少少。如如说说风风流流的的压压力力为为101332Pa101332Pa，则则指指风风流流1m1m3 3具具有有101332J101332J的的静静压压能。能。区别：能量区别：能量 促使空气流动的根本原因是能量差促使空气流动的根本原因是能量差 压力压力 对外做功

31、有力的表现对外做功有力的表现联系联系:风流任一风流任一 断面上都有压能、位能和动能，而这三种能量又分断面上都有压能、位能和动能，而这三种能量又分别可用相应的静压、位压和动压（速压）来体现。别可用相应的静压、位压和动压（速压）来体现。第二节 风流的能量与压力（）压力的两种测算基准（表示方法（）压力的两种测算基准（表示方法）根据压力的测算基准不同，压力可分为：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.绝绝对对压压力力：以以真真空空为为测测算算零零点点（比比较较基基准准）而而测测得得的的压压力力称称之之为为绝绝对对压压力力，用用 P P 表示。表示。b.b.相

32、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。风风流流的的绝绝对对压压力力（P P）、相相对对压压力力（h h）和和与与其其对对应应的的大大气气压压（P P0 0）三三者者之之间的关系如下式所示：间的关系如下式所示：h =P h =P P P0 0Pa真空P0Pbha(+)hb(-)abP0第二节 风流的能量与压力2 2、重力位能、重力位能（1)1)重力位能的概念重力位能的概念 物物体体在在地地球球重重力力场场中中因因地地

33、球球引引力力的的作作用用，由由于于位位置置的的不不同同而而具具有有的的一一种种能能量量叫叫重力位能重力位能，简称位能，用，简称位能，用 E EPOPO 表示。表示。如如果果把把质质量量为为M M（kgkg）的的物物体体从从某某一一基基准准面面提提高高Z Z（m m），就就要要对对物物体体克克服服重重力力作作功功（J J），物物体体因因而而获获得得同同样样数数量量（）的的重重力力位位能能。即即：E EPOPO=M.g.Z =M.g.Z 重力位能是一种潜在的能量，它只有通过计算得其大小，而且是一个重力位能是一种潜在的能量，它只有通过计算得其大小，而且是一个相对相对值值 。实际工作中一般计算位能差。

34、实际工作中一般计算位能差。(2)(2)位能计算位能计算 重力位能的计算应有一个重力位能的计算应有一个参照基准面参照基准面。E Ep012p012=i igdzgdzi i如下图如下图1-21-2两断面之间的位能差：两断面之间的位能差：dzi第二节 风流的能量与压力（3)3)位能与静压的关系位能与静压的关系 当当空空气气静静止止时时（v=0v=0），由由空空气气静静力力学学可可知知：各各断断面面的的机机械械能能相相等等。设设以以2-22-2断断面面为为基准面：基准面：1-1 1-1断面的总机械能断面的总机械能 E E1 1=E=EPO1PO1+P+P1 1 2-2 2-2断面的总机械能断面的总机

35、械能 E E2 2=E=EPO2PO2+P+P2 2 由由E E1 1=E=E2 2得：得：E EPO1PO1+P+P1 1=E=EPO2PO2+P+P2 2 由于由于E EPO2PO2=0=0（2-22-2断面为基准面），断面为基准面），E EPO1PO1=1212.g.Z.g.Z1212，所以：所以：P P2 2=E=EPO1PO1+P+P1 1=1212.g.Z.g.Z1212+P+P1 1 说明：说明：a.a.位能与静压能之间可以互相转化。位能与静压能之间可以互相转化。b.b.在矿井通风中把某点的静压和位能之和称之为在矿井通风中把某点的静压和位能之和称之为势能势能。（4)4)位能的特点

36、位能的特点 a.a.位位能能是是相相对对某某一一基基准准面面而而具具有有的的能能量量，它它随随所所选选基基准准面面的的变变化化而而变变化化。但但位位能能差差为为定值。定值。b.b.位位能能是是一一种种潜潜在在的的能能量量，它它在在本本处处对对外外无无力力的的效效应应，即即不不呈呈现现压压力力，故故不不能能象象静静压压那样用仪表进行直接测量。那样用仪表进行直接测量。c.c.位能和静压可以相互转化，在进行能量转化时遵循能量守恒定律。位能和静压可以相互转化，在进行能量转化时遵循能量守恒定律。dzi第二节 风流的能量与压力3.3.动能动压动能动压(1)(1)动能与动压的概念动能与动压的概念 当当空空气

37、气流流动动时时，除除了了位位能能和和静静压压能能外外，还还有有空空气气定定向向运运动动的的动动能能，用用E Ev v表表示示，J/mJ/m3 3；其其动动能能所所转转化化显显现现的的压压力力叫叫动动压压或或称称速压速压，用符号，用符号h hv v表示，单位表示，单位PaPa。(2)(2)动压的计算动压的计算 单位体积空气所具有的动能为：单位体积空气所具有的动能为：E Evi vi i ivv2 20.5 0.5，J/m3 式中：式中：i ii i点的空气密度，点的空气密度，kg/mkg/m3 3；v vi i点的空气流速，点的空气流速，m/sm/s。E Evivi对外所呈现的动压对外所呈现的动

38、压h hvivi，其值相同。，其值相同。第二节 风流的能量与压力(3)动压的特点 a.只有作定向流动的空气才具有动压，因此动压具有方向性。b.动压总是大于零。垂直流动方向的作用面所承受的动压最大（即流动方向上的动压真值）；当作用面与流动方向有夹角时，其感受到的动压值将小于动压真值。c.在同一流动断面上，由于风速分布的不均匀性，各点的风速不相等，所以其动压值不等。d.某断面动压即为该断面平均风速计算值。第二节 风流的能量与压力（）全压（）全压 风道中任一点风流，在其流动方向上同时存在静压和动压，两者之和称之风道中任一点风流，在其流动方向上同时存在静压和动压，两者之和称之为该点风流的为该点风流的全

39、压全压，即：，即：全压静压动压全压静压动压。由于静压有绝对和相对之分，故全压也有由于静压有绝对和相对之分，故全压也有绝对和相对绝对和相对之分。之分。a.a.绝对全压（绝对全压（P Ptiti）P Ptiti P Pi ih hvivi b.b.相对全压（相对全压（h htiti）h htiti h hi ih hvivi P Ptiti P Poioi 说明说明：a.a.相对全压有正负之分；相对全压有正负之分；b.b.无论正压通风还是负压通风，无论正压通风还是负压通风，P PtitiPPi i h htiti h hi i。二、风流的点压力之间相互关系二、风流的点压力之间相互关系 风流的点压力

40、是指测点的单位体积风流的点压力是指测点的单位体积(1m(1m3 3)空气所具有的压力。通风管道中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：动的风流的点压力可分为：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 hti ti =h=hi i +h+hvivi 。第二节 风流的能量与压力压入式通风（正压通风）压入式通风（正压通风）：风流中任一点的：风流中任一点的相对

41、全压恒相对全压恒为正。为正。P Ptiti and P and Pi i P Poioi h hi i，h htiti 0 0 且且 h htiti h hi i ，h hti ti =h=hi i +h+hvivi 压入式通风的实质是使风机出口风流的能量增加，即出口风流的绝对压力大于风压入式通风的实质是使风机出口风流的能量增加，即出口风流的绝对压力大于风机进口的压力机进口的压力。抽出式通风（负压通风）：抽出式通风（负压通风）：风流中任一点的相对全压恒为负，对于抽出式通风由风流中任一点的相对全压恒为负，对于抽出式通风由于于h htiti 和和 h hi i 为负，实际计算时取其绝对值进行计算。

42、为负，实际计算时取其绝对值进行计算。P Ptiti and P and Pi i P Po io i h htiti0 0 且且 h htitih hi i，但，但|h|htiti|h|hi i|实际应用中，因为负通风风流的相对全压和相对静压均为负值，故在计算过程中实际应用中，因为负通风风流的相对全压和相对静压均为负值，故在计算过程中取其绝对值进行计算。取其绝对值进行计算。即：即：|h|htiti|=|h|=|hi i|h hvivi 抽出式通风的实质是使风机入口风流的能量降低，即入口风流的绝对压力小于风抽出式通风的实质是使风机入口风流的能量降低，即入口风流的绝对压力小于风机出口的压力机出口的

43、压力。第二节 风流的能量与压力hvhtb(-)hb(-)风流点压力间的关系风流点压力间的关系abPa真空真空P0Pbha(+)P0Ptahvhta(+)Ptb抽出式通风抽出式通风压入式通风压入式通风压入式通风压入式通风抽出式通风抽出式通风第二节 风流的能量与压力例例题题2-2-1 2-2-1 如如图图压压入入式式通通风风风风筒筒中中某某点点i i的的h hi i=1000Pa=1000Pa，h hvivi=150Pa=150Pa，风风筒筒外外与与i i点点同同标标高高的的P P0i0i=101332Pa=101332Pa，求：，求：(1)i(1)i点的绝对静压点的绝对静压P Pi i；(2)i

44、 (2)i点的相对全压点的相对全压h htiti；(3)i (3)i点的绝对全压点的绝对全压P Ptiti。解：解：(1)P(1)Pi i=P=P0i0i+h+hi i=101332+1000=102332Pa=101332+1000=102332Pa (2)h (2)htiti=h=hi i+h+hvivi=1000+150=1150Pa=1000+150=1150Pa (3)P (3)Ptiti=P=P0i0i+h+htiti=P=Pi i+h+hvivi=101332.32+1150=Pa=101332.32+1150=Pa例例题题2-2-2 2-2-2 如如图图抽抽出出式式通通风风风风

45、筒筒中中某某点点i i的的h hi i=1000Pa=1000Pa，h hvivi=150Pa=150Pa，风风筒筒外外与与i i点点同同标标高高的的P P0i0i=101332Pa=101332Pa，求：，求：(1)i(1)i点的绝对静压点的绝对静压P Pi i；(2)i (2)i点的相对全压点的相对全压h htiti；(3)i (3)i点的绝对全压点的绝对全压P Ptiti。解：解：(1)P(1)Pi i=P=P0i0i+h+hi i=101332.5-1000=100332Pa=101332.5-1000=100332Pa (2)|h (2)|htiti|=|h|=|hi i|h hvi

46、vi 1000-150=850Pa1000-150=850Pa h hti ti 850 Pa 850 Pa (3)P (3)Ptiti=P=P0i0i+h+htiti=101332.5-850=100482Pa=101332.5-850=100482Paii第二节 风流的能量与压力三、风流点压力的测定三、风流点压力的测定、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（）绝对压力测量：空盒气压计、精密气压计、水银气压计等。气压计等。（）压差及相对压力测量：恒温气压计、（）压差及相对压力测量：恒温气压计、“”水柱水柱计、补偿式微压计、倾斜单管

47、压差计。计、补偿式微压计、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。、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hiz第二节 风流的能量与压力3.3.点压力测定原理点压力测定原理 测定布置如下图所示，以水柱计的等压面测定布置如下图所示，以水柱计的等压面0 00 0为基准面，设为基准面，设i i点至基准面的高度为点至基准面的高度为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点同标高的大点同标高的大气压气压P

48、 P0 0。则水柱计等压面。则水柱计等压面0 00 0两侧的受力分别为：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：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：由等压面的定义有：由等压面的定义有：P左左 P右右 ，即：，即：hiz设 ，且忽略 这一微小量，经整理得：第二节 风流的能量与压力作业作业2-12-12-32-32-42-4测得风筒内某点测得风筒内某点i i相对压力如图所示，求动压，并判断相对压力如图所示，求动压，并判断通风方式通风方式zP0 i100150hv第二节 风流的能量与压力本节课重点本节课重点能量方程及在矿井中的应用能量方程及在矿井

49、中的应用问题：问题：1 1、单位质量与单位体积流量能量方程有哪些不同特点？、单位质量与单位体积流量能量方程有哪些不同特点？2 2、我国矿井通风中为何习惯使用单位体积流量能量方程？、我国矿井通风中为何习惯使用单位体积流量能量方程？3 3、抽出式通风的风机出口为什么要外接扩散器？、抽出式通风的风机出口为什么要外接扩散器？第二节 风流的能量与压力 当空气在井巷中流动时，将会受到通风阻力的作用，消耗其能量；为保证空气当空气在井巷中流动时，将会受到通风阻力的作用，消耗其能量；为保证空气连续不断地流动，就必需有通风动力对空气作功，使得通风阻力和通风动力连续不断地流动，就必需有通风动力对空气作功，使得通风阻

50、力和通风动力相平衡。相平衡。一、空气流动连续性方程一、空气流动连续性方程 在矿井巷道中流动的风流是连续不断的介质，充满它所流经的空间。在在矿井巷道中流动的风流是连续不断的介质，充满它所流经的空间。在无点无点源或点汇源或点汇存在时，存在时，根据质量守恒定律根据质量守恒定律：对于稳定流，：对于稳定流，流入某空间的流体质量流入某空间的流体质量必然等于流出其的流体质量。必然等于流出其的流体质量。如图井巷中风流从如图井巷中风流从1 1断面流向断面流向2 2断面，作定常流动时，有：断面，作定常流动时，有：M Mi i=const=const V V1 1 S S1 1 V V S S 、2 2 1 1、2