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1、第6章 通风网络风量分配与调节P54中国矿业大学多媒体教学课件2上一章内容第5章 局部通风5.1 局部通风方法5.2 局部通风装备5.3 局部通风系统设计5.4 局部通风技术管理及安全措施6.1 矿井通风系统图的绘制矿井通风系统图的绘制6.2风量分配基本规律 6.3风网的基本形式及通风参数的计算 6.4计算机解算矿井通风网络 6.5矿井风量调节 6.6多台通风机联合运转的相互调节第6章 通风网络风量分配与调节456.1 矿井通风系统图的绘制矿井通风系统图的绘制矿井通风系统图是煤矿安全生产必备的图件。它是根据矿井开拓、采区巷道布置及矿井的通风系统绘制而成的。矿井通风系统图包括矿井通风系统的风流路
2、线与方向，通风设施和安装位置。总体来说，矿井通风系统图包括通风系统平面图、通风系统网络图和通风系统立体图，下面分别对这三类图形的绘制方法进行说明。一、矿井通风系统平面图一、矿井通风系统平面图矿井通风系统平面图是表示矿井通风系统的风流路线与方向、流速、风量及阻力、通风装备和通风设施等情况的总图，由各巷道在水平面上投影绘制而成。根据线型的不同，矿井通风系统平面图可以分为单线图和双线图。二、矿井通风系统网络图二、矿井通风系统网络图矿井通风系统往往是十分复杂的立体结构，巷道数目多、纵横交错、上下重叠，相互关系不易一目了然，直接用实际的通风系统图分析通风问题有很多不便。为克服这些缺点，需要对通风系统网络
3、化，即用反映巷道空间关联的单线条来表示通风系统中各风流(道)的分合关系，将通风系统图抽象成点与线集合的网状线路示意图。此图即是通风系统网络图，简称通风网络图或风网。平面图 网络图在该图中点可以位移、边可以伸缩、曲直、翻转，必要时，还可以对点或边进行简化，但必须反映风流的分合关系。图的几何形状也不是唯一的，可画成长方形（图中分支用直线表示），也可画成椭圆形（图中分支多用弧线），也有画成圆形的。11采用计算机自动生成通风网络图总的要求是：需要人工输入的数据尽可能少，生成以后的人工编辑也要尽可能少，生成的网络图美观，符合一般的使用习惯，通风网络图的具体绘制原则一般为：用一个进风节点代替所有进风节点，
4、布置在网络图的最下边；用一个出风节点代替所有出风节点，布置在网络图的最上边；分支方向基本都应由下向上；分支间的交叉尽可能少；节点与节点之间应有一定的间距；分支与其他分支之间应有一定的间距；12分支曲率优化-样条曲线-第一次尝试 13复杂通风系统网络图自动生成尝试复杂通风系统网络图自动生成尝试-样条曲线样条曲线14使用圆弧、添加相关规则-圆弧15进一步修改完善网络图自动生成规则-圆弧16分支曲率和交叉点优化-圆弧172）通风网络图的绘制步骤通风网络图是点和线的组合图，仅表示风网中分支中各分支的风流方向联接形式，不按比例，不表示空间关系的单线绘制，绘制通风网络图的步骤和要点归纳如下几点：(1)节点
5、编号。在矿井通风系统图上确定风流分合点的位置，并从进风井口开始，沿风流流动方向直到出风井口为止，对各节点进行编号。编号顺序通常是沿风流方向从小到大，也可以按进回风段系统、按翼分采区进行编号，节点编号不能重复。18(2)绘制草图。沿风流方向从进风井口出发至出风井口逐个节点、逐个分支地进行绘制，将有风流连通的节点用单线条联接。在绘制的过程中先连主干风路，后连支流，遇到风流流入或流出时，在节点处应留有分叉，并在分叉上标明流入或流向节点的号码。为了便于区分，正常风路用实线表示，漏风风路和准备开掘的分支用虚线表示，大气节点之间用点划线表示。19(3)图形整理。绘制复杂通风系统的网络图，需先画草图和框架，
6、再经过整理变形，才能完成整形的目的，一是把图形画美观，更主要的是设法将通风系统各独立单元和结构特点突出出来，便于运用。三、通风系统立体图三、通风系统立体图矿井通风系统立体图是根据投影原理把矿井巷道的立体图投影到平面上而形成的图形。它能较好地表达巷道之间的立体关系，是进行通风系统设计和现场施工管理必不可少的资料。一般采用轴侧投影法绘制矿井通风系统立体图。轴侧投影的实质就是把空间物体连同空间坐标轴投影于投影面上，利用三个坐标轴确定物体的三个尺度。其特点是：平行于某一坐标轴的所有线段，其变形系数相等。6.2 风量分配基本规律风量分配基本规律6.2.1 风网的基本术语风网的基本术语l.节点节点:是指两
7、条或两条以上风道的交点；是指两条或两条以上风道的交点；断面或支护方式不同的两条风道，其分界断面或支护方式不同的两条风道，其分界点有时也可称为节点。点有时也可称为节点。2.分支分支:是两节点间的连线，也叫风道，是两节点间的连线，也叫风道，在风网图上，用单线表示分支。其方向即在风网图上，用单线表示分支。其方向即为风流的方向，箭头由始节点指向末节点。为风流的方向，箭头由始节点指向末节点。3路路:是由若干方向相同的分支首尾相是由若干方向相同的分支首尾相接而成的线路，即某一分支的末节点是下接而成的线路，即某一分支的末节点是下一分支的始节点。一分支的始节点。4回路和网孔回路和网孔:是由若干方向并不都相同的
8、分支所构成的闭合线是由若干方向并不都相同的分支所构成的闭合线路，其中有分支者叫回路，无分支者叫网孔。路，其中有分支者叫回路，无分支者叫网孔。5假分支假分支:是风阻为零的虚拟分支。一般是指通风机出口到进风是风阻为零的虚拟分支。一般是指通风机出口到进风井口虚拟的一段分支。井口虚拟的一段分支。6生成树生成树:它包括风网中全部节点而不构成回路或网孔的一部分它包括风网中全部节点而不构成回路或网孔的一部分分支构成的图形。每一种风网都可选出若干生成树。分支构成的图形。每一种风网都可选出若干生成树。7.弦弦:在任一风网的每棵树中，每增加一个分支就构成一个独立在任一风网的每棵树中，每增加一个分支就构成一个独立回
9、路或网孔，这种分支叫做弦回路或网孔，这种分支叫做弦(又名余树弦又名余树弦)。风量分配基本规律风量分配基本规律 风流在通风网络内流动时，除服从能量守恒方风流在通风网络内流动时，除服从能量守恒方程（伯努利方程）外，还遵守以下规律：程（伯努利方程）外，还遵守以下规律：风量平衡定律风量平衡定律风压平衡定律风压平衡定律阻力定律阻力定律风量平衡定律风量平衡定律 根据质量守恒定律，在单位时间内流入一个节点的空气质根据质量守恒定律，在单位时间内流入一个节点的空气质量，等于单位时间内流出该节点的空气质量，由于矿井空气不量，等于单位时间内流出该节点的空气质量，由于矿井空气不压缩，故可用空气的体积流量压缩，故可用空
10、气的体积流量(即风量即风量)来代替空气的质量流量。来代替空气的质量流量。在通风网络中，流进节点或闭合回路的风量等于流出节点在通风网络中，流进节点或闭合回路的风量等于流出节点或闭合回路的风量。即任一节点或闭合回路的风量代数和为零。或闭合回路的风量。即任一节点或闭合回路的风量代数和为零。对于流进节点的情况：对于流进节点的情况：对于流进闭合回路的情况：对于流进闭合回路的情况：或或把上面的式子写成一般的数学式：把上面的式子写成一般的数学式：上式表明；流入节点、回路或网孔的风量与上式表明；流入节点、回路或网孔的风量与流出节点、回路或网孔的风量的代数和等于零。流出节点、回路或网孔的风量的代数和等于零。一般
11、取流入的风量为正，流出的风量为负。一般取流入的风量为正，流出的风量为负。对上图有：对上图有：或或写成一般数学式：写成一般数学式：该式表明：回路或网孔中，不同方向的风流风该式表明：回路或网孔中，不同方向的风流风压或阻力的代数和等于零。一般取顺时针方向的风压或阻力的代数和等于零。一般取顺时针方向的风压为正，逆时针方向的风压为负。压为正，逆时针方向的风压为负。风压平衡定律风压平衡定律 在任一闭合回路中，无通风机工作时，各巷道在任一闭合回路中，无通风机工作时，各巷道风压降的代数和为零。即顺时针的风压降等于反时风压降的代数和为零。即顺时针的风压降等于反时针的风压降。有通风机工作时，各巷道风压降的代针的风
12、压降。有通风机工作时，各巷道风压降的代数和等于通风机风压与自然风压之和。数和等于通风机风压与自然风压之和。写成一般数学式是：写成一般数学式是：上式就是风压平衡定律，上式就是风压平衡定律，其意义为对于任一个网孔或其意义为对于任一个网孔或者回路而言，其风压的代数和与作用在其上的机械风压和者回路而言，其风压的代数和与作用在其上的机械风压和自然风压之差值为零。自然风压之差值为零。上式的适用条件是：上式的适用条件是：取顺时针方向的风流的风压为正；网取顺时针方向的风流的风压为正；网孔或回路中的机械风压和自然风压孔或回路中的机械风压和自然风压(即当图即当图A中的中的时时)的作用方向都是顺时针方向。的作用方向
13、都是顺时针方向。阻力定律阻力定律风流在通风网络中流动，绝大多数属于完全紊流风流在通风网络中流动，绝大多数属于完全紊流状态，遵守阻力定律，即：状态，遵守阻力定律，即：hi=RiQi2式中：式中：hi巷道的风压降；巷道的风压降；Ri巷道的风阻；巷道的风阻；Qi通风巷道的风量。通风巷道的风量。6.3 风网的基本形式及通风参数的计算风网的基本形式及通风参数的计算 6.3.1 通风网络的基本形式通风网络的基本形式通风网络联结形式很复杂，多种多样，但基本联结形式可分为：通风网络联结形式很复杂，多种多样，但基本联结形式可分为：串联通风网络串联通风网络并联通风网络并联通风网络角联通风网络角联通风网络复杂联结通
14、风网络复杂联结通风网络串联通风网络串联通风网络 由两条或两条以上的分支彼此首尾相联，由两条或两条以上的分支彼此首尾相联，中间没有分叉的线路叫做串联风路。中间没有分叉的线路叫做串联风路。并联通风网络并联通风网络由两条或两条以上具有由两条或两条以上具有相同始节点和末节点的相同始节点和末节点的分支所组成的通风网络分支所组成的通风网络称为并联风网称为并联风网 自风流能量相同的节点自风流能量相同的节点分开到能量相同的节点分开到能量相同的节点汇合，形成一个或几个汇合，形成一个或几个网孔。如右图所示。网孔。如右图所示。角联通风网络角联通风网络 在简单并联风网的始节点和末节点之间有一条或几条在简单并联风网的始
15、节点和末节点之间有一条或几条风路贯通的风网叫做角联风网。贯通的分支习惯叫做对角风路贯通的风网叫做角联风网。贯通的分支习惯叫做对角分支。单角联风网只有一条对角分支，多角联风网则有两分支。单角联风网只有一条对角分支，多角联风网则有两条或两条以上的对角分支。条或两条以上的对角分支。复杂联结通风网络复杂联结通风网络 由串联、并联、角联和更复杂的联结方式由串联、并联、角联和更复杂的联结方式所组成的通风网路，统称为复杂通风网路。所组成的通风网路，统称为复杂通风网路。复杂风网6.3.2 风网参数计算风网参数计算包括以下形式：包括以下形式：串联通风网路串联通风网路并联通风网路并联通风网路简单角联通风网路简单角
16、联通风网路复杂风网复杂风网串联网路串联网路1 风量关系式风量关系式Q0=Q1=Q2=Q3=Qn 上式表明：串联风路的总风量等于各条分支的风量。上式表明：串联风路的总风量等于各条分支的风量。2 风压关系式风压关系式h0=h1+h2+h3+hn 上式表明：串联风路的总风压等于其中各条分支的风上式表明：串联风路的总风压等于其中各条分支的风压之和。压之和。3 风阻关系式风阻关系式R0=R1+R2+R3+Rn 上式表明：串联风路的总风阻等于其中各条分支的风上式表明：串联风路的总风阻等于其中各条分支的风阻之和。阻之和。并联网路并联网路1 风量关系式风量关系式Q0=Q1+Q2+Q3+Qn 上式表明：并上式表
17、明：并联风路的总风量等于各分支的风量联风路的总风量等于各分支的风量之和。之和。2 风压关系式风压关系式 h0=h1=h2=h3=hn 上式表明：并联风路的总风压等于各分支的风压。上式表明：并联风路的总风压等于各分支的风压。3 风阻关系式风阻关系式 把上式代入并联风路的风量关系式，再根据风压关把上式代入并联风路的风量关系式，再根据风压关系式得：系式得：因因式中式中 m为为1到到n条风路中的某一条风路。条风路中的某一条风路。上式表明，并联风路的总风阻和各条分支的风阻成上式表明，并联风路的总风阻和各条分支的风阻成复杂的繁分数关系。对于简单并联风网复杂的繁分数关系。对于简单并联风网(n2)，有：，有：
18、*Q0=Q1+Q2+Q3+Qn4 自然分配风量的计算自然分配风量的计算 因因hhm，即，即RQ2=RmQm2将将*式代入上式，可得：式代入上式，可得：如已知并联风网的总风量如已知并联风网的总风量Q和各条分支的风阻和各条分支的风阻Ri，即可用上式算出某一分支的自然分配风量，即可用上式算出某一分支的自然分配风量Qm。在简单并联风网中，第一和第二条分支的自然分在简单并联风网中，第一和第二条分支的自然分配风量的计算式分别为：配风量的计算式分别为：*串联与并联风网的比较在任何一个矿井通风网络中，都同时存在串联风路与并联风网。矿井的进、回风风路多为串联风路，而工作面与工作面之间多为并联风网。从提高工作地点
19、的空气质量及安全性出发，采用并联风网（即分区通风）具有明显的优点。此外，在同样的分支风阻和总风量条件下，若干分支并联时的总阻力也远小于它们串联时的总阻力。因此在有条件的情况下，应尽量采用并联风路，以降低矿井通风阻力。简单角联网路简单角联网路 如上图所示：在单角联风网中，对角分支如上图所示：在单角联风网中，对角分支5的风的风流方向，随着其它四条分支的风阻值流方向，随着其它四条分支的风阻值R1、R2、R3、R4的变化，而有以下三种变化：的变化，而有以下三种变化：当风量当风量Q5向上流时，由风压平衡定律向上流时，由风压平衡定律hlh2，h3h4；由风量平衡定律；由风量平衡定律Q1Q4。则：则：R1Q
20、12R2Q22 R1Q12R2Q42 R3Q32 R4Q42 R3Q12 1，便可判定，便可判定Q5向上流，如向上流，如得得K1，而且，而且K值越大，值越大，Q5向上流就越稳定。故可根据向上流就越稳定。故可根据 实际情况，采取加大实际情况，采取加大R1或或R4，减少，减少R2或或R3的技术措的技术措施，并不断进行调整，使施，并不断进行调整，使K始终保持最大的合理值，始终保持最大的合理值，以保证以保证Q5的方向和数量始终稳定。的方向和数量始终稳定。复杂风网复杂风网 矿井通风的基本任务就是根据井下各个用风地矿井通风的基本任务就是根据井下各个用风地点点(采掘工作面、充电峒室、炸药库、采掘工作面、充电
21、峒室、炸药库、.等等)的需要，的需要，供给它们一定的新鲜风量供给它们一定的新鲜风量(即为按需分配的风量即为按需分配的风量)，这个风量是巳知数。这个风量是巳知数。新风在被送到各用风地点之前，以及各用风新风在被送到各用风地点之前，以及各用风地点用过的回风，都要经过许多风路，这些风路地点用过的回风，都要经过许多风路，这些风路有时形成复杂的风网。有时形成复杂的风网。在风速不超限的条件下，这些复杂风网中各在风速不超限的条件下，这些复杂风网中各条分支通过的风量任其自然分配条分支通过的风量任其自然分配(即为自然分配的即为自然分配的风量风量)，是未知数，需通过计算确定。，是未知数，需通过计算确定。计算复杂风网
22、中自然分配风量的目的 主要是为了掌握复杂风网的通风总阻力和总风阻，若不先求出风网中各分支的自然分配风量，就无法计算复杂风网的通风总阻力和总风阻；其次是为了验算各风道的风速是否符合规程的规定。复复杂杂风风网网中中自自然然分分配配风风量量的的计计算算方方法法很很多多。但但无无论论哪哪种种方方法法都都必必须须使使用用前前述述的的那那些些规规律律建建立立数数学学方方程程，然然后后用用不不同同的的数数学学手手段段计计算算。这这里介绍的计算方法是斯考德一恒斯雷法。里介绍的计算方法是斯考德一恒斯雷法。此此种种方方法法的的实实质质是是：预预先先在在风风网网中中选选择择几几个个网网孔孔或或回回路路，拟拟定定其其
23、中中各各分分支支的的初初始始风风量量，然然后后求求解解其其校校正正值值以以校校正正拟拟定定的的初初始始风风量量，经经过过几几次次迭迭代代计计算算，使使风风量量接接近近真真值值。这这种种思思路路也也是计算机解算风网中自然分配的风量的思路。是计算机解算风网中自然分配的风量的思路。1.基本方程基本方程 任何风网都有任何风网都有N条分支，须列出线性无关的条分支，须列出线性无关的N个个独立方程，以求解独立方程，以求解N条分支中的条分支中的N个风量。个风量。当风路中有当风路中有J个节点时，该风网中独立的网孔或个节点时，该风网中独立的网孔或回路数为回路数为MNJ1，用风压平衡定律可列出，用风压平衡定律可列出
24、M个个线性无关的独立方程。又因为风网有线性无关的独立方程。又因为风网有J个节点，用风个节点，用风量平衡定律可列出量平衡定律可列出(J1)个线性无关的独立方程个线性无关的独立方程(有有一个是和其它方程线性相关的一个是和其它方程线性相关的)。故对于任何风网，可列出线性无关的独立方程故对于任何风网，可列出线性无关的独立方程数为数为NM(J1)个。正好等于网路中的分支数个。正好等于网路中的分支数N。网路中的网孔或回路的确定有很多种不是随意确定的，而是要根据最小树的概念来选择网孔或回路。先在风网中选择风阻值较小的(但不一定是最小的)(J1)条分支为树枝，构成一棵最小树。再选择风阻值较大的M条分支为弦，这
25、样由这颗最小树的树枝和弦所构成的网孔或回路就是所选定的独立网孔或回路。2.计算各分支的自然分配风量计算各分支的自然分配风量 现以并联网路为例计算各分支现以并联网路为例计算各分支自然分配的风量。如右图所示。设自然分配的风量。如右图所示。设并联风路的总风量为并联风路的总风量为Q，风路，风路ACB、ADB的，风阻分别为的，风阻分别为R1、R2，先需，先需求这两条分支的自然分配风量求这两条分支的自然分配风量Qc、Qd。图中有两个节点，用风量平衡图中有两个节点，用风量平衡方程可以列出方程可以列出J1=21个方程：个方程：Q=QcQd 用风压平衡方程可以列出用风压平衡方程可以列出N(J1)2(21)1个方
26、程：个方程：hchd 即即 R1Qc2=R2Qd2 由于由于Qc、Qd是未知的，需要求出。斯考德是未知的，需要求出。斯考德恒斯恒斯雷法首先假定风路雷法首先假定风路ACB、ADB的风量是的风量是Q1和和Q2则有：则有：Q1Q2 QcQdQ Q1与与Qc的差值就是的差值就是Qd与与Q2的差值的差值Q：Q Q1Qc QdQ2 这一差值也是我们要求的这一差值也是我们要求的ACBD网孔中的风量校网孔中的风量校正值。将它代入风压平衡方程：正值。将它代入风压平衡方程：Qc Q1Q，Qd Q2Q R1(Q1Q)2=R2(Q2Q)2展开后略去二阶微展开后略去二阶微量得：量得：有了风量校正值，就可以对这一网路中有
27、了风量校正值，就可以对这一网路中各分支的风量进行校正。其校正式为：各分支的风量进行校正。其校正式为：Q1=Q1Q，Q2=Q2Q 上式中上式中Q1的方向为顺时针方向，的方向为顺时针方向，Q取取正值，正值，Q2的方向为逆时针方向，的方向为逆时针方向，Q取负值。取负值。如果第一次校正后还未达到需要的精度，如果第一次校正后还未达到需要的精度，还同样可以进行第二次，第三次校正还同样可以进行第二次，第三次校正。一般来说，经过三次渐进计算，一般来说，经过三次渐进计算，Q1”与与Qc、Q2”与与Qd就非常接近了。网孔中的风压差值就非常接近了。网孔中的风压差值不超过最小风压的不超过最小风压的5%。这是在网路中只
28、有一个网孔的情况。如果网路中这是在网路中只有一个网孔的情况。如果网路中有有M个这样独立的网孔，就需要求出个这样独立的网孔，就需要求出M个这样的风量个这样的风量校正值，并对网孔中各分支的风量进行校正。校正值，并对网孔中各分支的风量进行校正。如果一个网孔中有如果一个网孔中有n条分支，而不是并联网孔中条分支，而不是并联网孔中的两条分支，则对照前面的风量校正公式，这时的风的两条分支，则对照前面的风量校正公式，这时的风量校正公式为：量校正公式为：该式分子为各分支的风压的代数和，单位为该式分子为各分支的风压的代数和，单位为Pa。风流顺时针为正值，逆时针为负值。风流顺时针为正值，逆时针为负值。若网孔或回路中
29、另有机械风压若网孔或回路中另有机械风压hf和自然风和自然风压压hn存在时，则：存在时，则：式中取顺时针方向的风流的风压为正；网式中取顺时针方向的风流的风压为正；网孔或回路中的机械风压孔或回路中的机械风压hf和自然风压和自然风压hn都是顺都是顺时针方向。时针方向。同样，有了各网孔或回路的风量修正值同样，有了各网孔或回路的风量修正值Qi,可用下式对该网孔或回路中各分支的风可用下式对该网孔或回路中各分支的风量进行修正：量进行修正：QiQiQi 式中取风流顺时针方向流动时的式中取风流顺时针方向流动时的Qi 为正为正值，反之为负值。值，反之为负值。为了加快计算中的收敛速度，须做到：为了加快计算中的收敛速
30、度，须做到：1.在有多个网孔的网路中，选择网孔时须使得网孔的公共在有多个网孔的网路中，选择网孔时须使得网孔的公共分支风阻最小，而非公共分支风阻较大。分支风阻最小，而非公共分支风阻较大。要做到这一点，要做到这一点，可先将风网中风阻值较小的可先将风网中风阻值较小的(J1)条分支为树枝，构成一条分支为树枝，构成一棵最小树。再选择风阻值较大的棵最小树。再选择风阻值较大的M条分支为弦，这样在条分支为弦，这样在由这颗最小树的树枝和弦所构成的由这颗最小树的树枝和弦所构成的M个独立网孔或回路个独立网孔或回路中，风阻最小的分支处于公共分支，而风阻较大的分支中，风阻最小的分支处于公共分支，而风阻较大的分支处于非公
31、共分支上。处于非公共分支上。2.任一闭合网孔或风路的风量校正值求得后，应对本闭合任一闭合网孔或风路的风量校正值求得后，应对本闭合风路的各支风量及时进行校正。风路的各支风量及时进行校正。3.在相邻闭合风路的风量校正值计算中，凡是进行过风量在相邻闭合风路的风量校正值计算中，凡是进行过风量校正的风路均应采用校正后的风量，而不再采用拟定风校正的风路均应采用校正后的风量，而不再采用拟定风量。量。现举例说明手算方法和步骤。在图所示的风现举例说明手算方法和步骤。在图所示的风网中，各分支的风阻分别为：网中，各分支的风阻分别为：R10.38，R20.5；R3=0.2，R40.085；R50.65Ns2/m8。风
32、。风网总风量网总风量Q30m3/s，无附加的机械风压和自然，无附加的机械风压和自然风压。求各分支的自然分配风量和该风网的总风压。求各分支的自然分配风量和该风网的总阻力、总风阻。阻力、总风阻。解：解：1.判别对角分支的风向判别对角分支的风向 故该对角分支中的风流是自故该对角分支中的风流是自b流向流向c。对于其它风。对于其它风网，如事先无法判别其中不稳定风流的方向，可先网，如事先无法判别其中不稳定风流的方向，可先假定，若计算出该假定风向的风量是负值时，则假假定，若计算出该假定风向的风量是负值时，则假定的风向不正确，改正过来即可。定的风向不正确，改正过来即可。2.确定独立网孔或回路的数目确定独立网孔
33、或回路的数目 因该风网的分支数因该风网的分支数N5，节点数，节点数J4，则，则独立网孔或回路数独立网孔或回路数MNJ15412。3.选择独立网孔或回路选择独立网孔或回路 因该风网的树枝数为因该风网的树枝数为J1413，故，故选风阻较小的三条分支选风阻较小的三条分支cd、bd和和ab为为树枝，构成图中实线所示的最小树树枝，构成图中实线所示的最小树cdba。又因弦数又因弦数M2，故选风阻较大的两条分支，故选风阻较大的两条分支ac和和bc为弦。由此确定出为弦。由此确定出1个独立回路个独立回路abdca和和1个独立网孔个独立网孔bdcb来进行迭代来进行迭代计算。计算。4.拟定各分支的初始风量拟定各分支
34、的初始风量 首先把各个网孔看首先把各个网孔看作是并联，用并联网路中自然分配风量计算作是并联，用并联网路中自然分配风量计算公式给出各分支的风量：公式给出各分支的风量：Q2QQ13016.0313.97 m3/s Q4QQ33011.8418.16 m3/s Q5Q1Q316.0311.844.19 m3/s5进行迭代计算进行迭代计算 对所选定的对所选定的1个回路和个回路和1个网孔计算其风量校正值个网孔计算其风量校正值Qi，然后对网孔或回路中的各分支的风量进行校正。，然后对网孔或回路中的各分支的风量进行校正。这种校正要循环进行多次，直到达到规定的精度。这种校正要循环进行多次，直到达到规定的精度。例
35、如，对回路例如，对回路abdca，第一次的，第一次的Qi值用下式值用下式计算：计算：然后，校正计算该回路中各分支的风量。例如，然后，校正计算该回路中各分支的风量。例如，1分支第一次校正后的风量为：分支第一次校正后的风量为：Q1Q1 Qi16.030.00216.028 m3/s2分支第一次校正后的风量为：分支第一次校正后的风量为：Q2Q2Qi13.97+0.00213.972 m3/s回路回路abdca校正完后，就按同样的方法校正计校正完后，就按同样的方法校正计算网孔算网孔bdcb中各分支的风量。其它各项的计算结中各分支的风量。其它各项的计算结果见后表。表中带括号的风量值是上一次校正过的风量果
36、见后表。表中带括号的风量值是上一次校正过的风量值，这样可以加快收敛。值，这样可以加快收敛。6.检验计算结果检验计算结果 将各分支最后一次校正的风量值和算出的相应风压将各分支最后一次校正的风量值和算出的相应风压值均填入表中。经过下表的验算，知一个回路和两个网值均填入表中。经过下表的验算，知一个回路和两个网孔中不同方向的累计风压很接近，误差均小于孔中不同方向的累计风压很接近，误差均小于5%。故表。故表中即为风网各分支的自然分配风量和风压。见下两表。中即为风网各分支的自然分配风量和风压。见下两表。7计算风网的总阻力和总风阻计算风网的总阻力和总风阻 总阻力为：总阻力为：总风阻为：总风阻为：6.4 计算
37、机解算矿井通风网络计算机解算矿井通风网络煤矿实际的通风网络绝大多数为复杂通风网络，复杂通风网络中风量的解算是矿井通风安全技术管理中的一项重要内容。第一个阶段主要是纯数值计算时期。第二个阶段就是通风网络可视化解算时期。其中1998年中国矿业大学通风防灭火课题组推出的通风网络解算软件是具有代表性的矿井通风网络解算软件之一。该软件不仅具有通风网络解算的数据处理功能，而且实现了解算过程和解算结果的可视化。一、迭代方法一、迭代方法Scott-Hinsley法 牛顿法 二、确定余树二、确定余树利用风网树图的余树作为选择回路的基础分支。一般采用构造最小树的“破圈”方法选择余树。程序的操作过程相当于将风网图中
38、的分支去掉，仅保留全部节点，然后从风阻最小的分支开始，逐一向风网图中原来该分支的位置添图以形成最小树。在建立最小树的过程中一旦出现回路，则最后形成回路的分支就是余树。显然余树是该回路的高阻分支，去掉余树形成最小树的过程称为“破圈”具体做法为：（1）从风阻最小的分支开始，在原风网图上用蓝色画出相应分支的位置。（2）开始画的蓝色分支本身构成一子图，该子图的节点标识号为1。（3）如所画的蓝色分支与已有的蓝色分支相连，使已有子图增加一个分支，则该分支的节点标志号取已有子图节点的标志号。68（4）如所画的蓝色分支形成一新的子图，其节点标志号取图中最大标志号加1。.（5）如所画的蓝色分支使已有的二个子图连
39、为一体，则该新子图的节点标志号统一为同一值。（6）如所画蓝色分支位子图中出现回路，则该分支就是余树并涂以红色。对任一风网按上述步骤操作完后，则相连通的蓝色分支组成最小树，红色分支为余树。三、选回路三、选回路选回路是以余树为基础，从风阻最大的分支开始逐一查找可与余树出风节点相连的分支，反复操作直到构成回路为止。程序中规定余树的方向为回路的方向，回路中与余树方向一致的分支为正向分支，否则为反向分支，并逐一记录。要求余树连接的必须是一般分支，因为一个回路只能含有一个余树。四、处理风机特性曲线四、处理风机特性曲线考虑到风机联合工作的相互影响以及风机工作的不稳定问题，对风机性能曲线采用二段曲线拟合法，其
40、中对正常工作段用拉格朗日插值法拟合，如图6-4-3所示，其方程为：为了拟合风机性能曲线的工作段，应在风机性能曲线图上选三点，如图6-4-3，其中第1点成为上限点，第2点接近高效点，第3点为下限点。一般，对于新型风机三个点的效率均应高于70。根据三个点的风量风压值(Qi，Hi)可写出曲线拟合系数的求解公式：因此，只要输入风机性能曲线上三个点的参数即可求出拟合系数，因而只要知道风机的风量就可用(6-4-14)式求出风机产生的风压值，其精度完全能满足需求。对风机性能曲线的不稳定工作段，采用直线拟合，由于这段曲线处于非工作区，而且实际上不稳定工作段的曲线形状很不相同(主要指轴流式风机)。对实际运用没有
41、意义。采用直线代替非工作段曲线主要是计算过程中不使数据偏离太远、另外也为防止二次曲线出现二个交点的问题，如图6-4-3中的虚线所示，有利于计算过程的收敛。73最小二乘法5次多项式拟合H-Q五、赋风量初值在迭代计算之前应对风网图的余树给定风量初值，然后根据风量平衡方程对每一回路中的各分支赋风量初值，做为迭代计算的基础。程序规定：固定风量分支以固定风量为初值，风机分支以风机性能曲线第2点的风量为初值，而其他余树均以10为初值。然后按回路计算各个分支风量。六、迭代计算六、迭代计算 迭代计算是已知风网各分支的风阻、自然风压和风机性能曲线，求解风网的的风量分配。为保证按需配风的固定风量值不变，程序规定含
42、有固定风量的回路不参与迭代计算。由于这类回路中除固定风量分支外，其余分支都是与其他回路共用的分支。因而实际上，都参与了迭代计算。迭代计算以回路为单位，直到所有回路的修正风量都达到预定精度为止。七、计算固定风量分支的阻力和风阻值七、计算固定风量分支的阻力和风阻值由于固定风量分支不参与迭代计算，固定风量分支的阻力是按回路的风压平衡关系计算：故 ，Pa （6-4-15）式中 固定风量分支的阻力，Pa。固定风量分支的风阻为：，kg/m7 （6-4-16）式中Rfix固定风量分支的风量，m3/s。上述风阻值是保证固定风量值不变，固定风量分支必需具有的风阻值，有时该值小于固定风量分支实际的风阻值，供阻力调
43、节时参考。6.5 矿井风量调节矿井风量调节在矿井通风网络中，风流按照巷道风阻的匹配关系，分配到各作业地点的风量，往往不能满足要求，需要采取控制与调节风量的措施。另外，矿井通风网络是一个动态网络，它随生产的推进而不断变化，从网络分支数据到网络拓扑结构都在发生变化，而网络中的各个用风地点的风量需求基本不变，所以经常需要根据网络的变化，对通风网络进行调节，以调配各网络分支的风量。风量调节按照其范围的大小，可分为局部风量调节和矿井总风量调节。6.5.1 局部风量调节局部风量调节主要包括以下方法：主要包括以下方法：增阻调节法增阻调节法降阻调节法降阻调节法增压调节法增压调节法一、一、增阻调节法增阻调节法增
44、阻调节法就是以并联网增阻调节法就是以并联网路中阻力大的风路的阻力路中阻力大的风路的阻力值为基础，在各阻力较小值为基础，在各阻力较小的风路中增加局部阻力的风路中增加局部阻力（安装调节风门、窗），（安装调节风门、窗），使各条风路的阻力达到平使各条风路的阻力达到平衡，以保证各风路的风量衡，以保证各风路的风量按需供给。按需供给。1增阻调节的计算增阻调节的计算 有一并联风网，其中有一并联风网，其中R10.8Ns2/m8，R21.2Ns2/m8。若总风量若总风量Q30m3/s，则该并联风网中自然分配的风量分别，则该并联风网中自然分配的风量分别为：为：则则 Q2QQ1=3016.5=13.5m3/s如按生产
45、要求，如按生产要求，1分支的风量应为分支的风量应为Q15m3/s，2分支的风量应为分支的风量应为Q225m3/s，应该如何，应该如何来调节？来调节？显然自然分配的风量不符合要求，按上述风量要求，两显然自然分配的风量不符合要求，按上述风量要求，两分支的阻力分别为：分支的阻力分别为：为保证按需供风，必须使两分支的风压平衡。为此，需在为保证按需供风，必须使两分支的风压平衡。为此，需在1分分支的回风段设置一调节风门，使它产生一局部阻力支的回风段设置一调节风门，使它产生一局部阻力her=h2h175020730Pa。调节风门的形式如右图所示，在风门或风墙的。调节风门的形式如右图所示，在风门或风墙的上部开
46、一个面积可调的矩形窗口，通过改变调节风门的开口面积上部开一个面积可调的矩形窗口，通过改变调节风门的开口面积来改变调节风门对风流所产生的阻力来改变调节风门对风流所产生的阻力hw，使，使hwhev730Pa。用下式计算调节风门的面积：用下式计算调节风门的面积：式中式中 Rw调节风门的风阻，调节风门的风阻，Rwhw/Q2，Ns2/m8。上式的由来是：上式的由来是：hw主要是由于风流通过调节风门主要是由于风流通过调节风门时，风流收缩到最小断面时，风流收缩到最小断面S2(m2)以后，又突然扩大到巷以后，又突然扩大到巷道断面道断面S(m2)所造成的冲击损失。所造成的冲击损失。或或 在上例中，若在上例中，若
47、1分支设置调节风门处的巷道断面分支设置调节风门处的巷道断面S4m2，则算出调节风门的面积为：，则算出调节风门的面积为：即在即在1分支设置一个面积为分支设置一个面积为0.23m2的调节风门就能保的调节风门就能保证证1和和2分支都得到所需要的风量分支都得到所需要的风量5和和25m3/s。2增阻调节的分析增阻调节的分析1)增阻调节使风网总风阻增加，如果主要通风机特性曲线增阻调节使风网总风阻增加，如果主要通风机特性曲线不变，总风量会减少。因此，在一定条件下可能达不到风不变，总风量会减少。因此，在一定条件下可能达不到风量调节的预期效果。量调节的预期效果。如如右右图图所所示示，已已知知主主要要通通风风机机
48、风风压压曲曲线线I和和两两分分支支的的风风阻阻曲曲线线R1、R2，并并联联风风网网的的总总风阻曲线风阻曲线R。R与与I交交点点a即即为为主主要要通通风风机机的的工工作作点点，自自a作作垂垂线线和和横横坐坐标标相相交交，得得出出矿矿井井总总风风量量Q。从从a作作水水平平线线和和R1、R2交交于于b、c两两点点，由由这这两两点点作作垂垂线线分分别别得得两两风路的风量风路的风量Q1和和Q2。如在如在1风路中安设一风阻为风路中安设一风阻为Rw的调节风门，则该风路的总风阻为的调节风门，则该风路的总风阻为R1R1Rw。在图上绘出。在图上绘出R1曲曲线，并绘出线，并绘出R1和和R2并联的风阻曲并联的风阻曲线
49、线R。由。由R与与I的交点的交点a得出调节得出调节后的矿井总风量后的矿井总风量Q。由。由a作水平线作水平线交交R1和和R2于于b和和c，自这两点得，自这两点得出风量分别为出风量分别为Q1和和Q2。当风机性能不变时，由于矿井总风当风机性能不变时，由于矿井总风阻增加，使总风量减少，其减少值阻增加，使总风量减少，其减少值为为QQQ，安装调节风门的，安装调节风门的分支中风量也减少，其减少值为分支中风量也减少，其减少值为Q1Q1Q1；另一分支风量增；另一分支风量增加，其增加值为加，其增加值为Q2Q2Q2。显然减少的多，增加的少，其差值显然减少的多，增加的少，其差值就等于总风量的减少值，即就等于总风量的减
50、少值，即Q=Q1Q2。如如右右图图所所示示，I为为轴轴流流式式通通风风机机的的风风压压曲曲线线，为为离离心心式式通通风风机机的的风风压压曲曲线线。R、R为为调调节节前前后后的的风风阻阻曲曲线线，与与通通风风机机曲曲线线分分别别交交于于a、b和和a、b；从从这这些些点点的的横横坐坐标标可可得得出出总总风风量量的的减减少少值值Q和和Q。从从图图中中看看出出，QQ，表表明明通通风风机机的的风风压压曲曲线线愈愈陡陡(轴轴流流式式通通风风机机)，总总风风量量的的减减少少值愈小，反之则愈大。值愈小，反之则愈大。2)总风量的减少值与主要通风机性能曲线的陡缓有关。总风量的减少值与主要通风机性能曲线的陡缓有关。