煤矿风流的能量与能量方程

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1、第二章风流的能量与能量方程一、教学内容1、空气的主要物理参数；2、风流的能量与点压力；3、压力测算基准、测量方法以及压力之间的关系；4、矿井通风能量方程及其应用。二、难点重点：1、风流的能量与压力之间的关系；2、压力测算基准、测量方法以及压力之间的关系；3、矿井通风能量方程及其应用。三、教学要求：1、了解风流能量与压力之间的关系；2、掌握风流的三种点压力的性质、测量方法以及不同压力测算基准下压力之间的关系；3、掌握矿井通风能量方程，会应用方程解决风流方向的判定以及不同断面之间阻力的计算。第一节空气的主要物理参数一、空气的密度单位体

2、积空气所具有的质量称为空气的密度，用ρ来表示。即：（2-1）式中ρ——空气的密度，kg/m3；M——空气的质量，m；V——空气的体积，m3。在标准大气状况下（P＝101325Pa，t＝O℃，＝O%），干空气的密度为1.293kg/m3。湿空气密度的计算公式为：ρ湿＝0.003484（1－0.378）(2-2)式中P——空气的压力，Pa；T——热力学温度（T＝273+t），K；t——空气的温度，℃；——相对湿度，%；P饱——温度为t（℃）时的饱和水蒸气压力(见表1-9)，pa。由上式可见，当压力和温度一定时，湿空气的密度总是小于干空

3、气的密度。一般将空气压力为101325Pa，温度为20℃，相对湿度为60%的矿井空气称为标准矿井空气，其密度为1.2kg/m3。二、空气的比容单位质量空气所占有的体积叫空气的比容，用υ（m3/kg）表示，比容和密度互为倒数，它们是一个状态参数的两种表达方式。即：（2-3）三、空气的压力（压强）矿井通风中，习惯将压强称为空气的压力。根据物理学的分子运动理论可导出理想气体作用于容器壁的空气压力关系式为：P＝（2-4）式中n——单位体积内的空气分子数；——分子平移运动的平均动能。空气压力的单位为帕斯卡（Pa），简称帕，1Pa=1N/m2

4、。压力较大时还有千帕（KPa）、兆帕（MPa），1MPa=103KPa=106Pa。有的压力仪器也用百帕（hPa）表示，1hPa=100Pa。其它旧的压力单位及换算见表2-1所示。表2-1压力单位换算表单位名称帕斯卡Pa巴Bar公斤力/米2mmH2O公斤力/厘米2（工程大气压）at毫米汞柱mmHg标准大气压atmPammH2OmmHgatm19.80665133.32210132510-59.80665×10-51.33322×10-31.013250.101972113.59510332.30.101972×10-41×10-4

5、1.3595×10-31.033237.50062×10-37.35559×10-217609.86923×10-69.67841×10-51.31579×10-31注：英制压力单位采用磅力/英寸2（1bf/in2），11bf/in2=6894.7Pa，1kPa=103Pa；1atm=101.325kPa；1at=98.0665kPa（千帕）；1bar(巴)=1000mbar（毫巴）地面空气压力习惯称为大气压。越靠近地表大气压力也越大。此外，大气压力还与当地的气候条件有关，即便是同一地区，也会随季节不同而变化，甚至一昼夜内都有波动

6、。四、空气的粘性任何流体都有粘性。当流体以任一流速在管道中流动时，相邻两流层之间的接触面上便产生粘性阻力（内摩擦力），以阻止其相对运动。流体具有的这一性质，称为流体的粘性。根据牛顿内摩擦力定律，流体分层间的内摩擦力为：F=μS（2-5）式中F——内摩擦力，N；μ——动力粘性系数，Pa·s；S——流层之间的接触面积，m2；dv/dy——垂直于流动方向上的速度梯度，s-1。不论流体是否流动，流体具有粘性的性质是不变的。在矿井通风中，除了用动力粘性系数μ表示空气粘性大小外，还常用运动粘性系数ν（m2/s）来表示，与动力粘性系数的关系为：

7、（2-6）式中ρ——空气的密度，kg/m3。流体的粘性随温度和压力的变化而变化。对空气而言，粘性系数随温度的升高而增大，压力对粘性系数的影响可以忽略。当温度为20℃，压力为0.1MPa时，空气的动力粘性系数μ=1.808×10-5Pa·s；运动粘性系数ν=1.501×10-5m2/s。第二节风流的能量与压力矿井通风系统中，风流在井巷某断面上所具有的总机械能（包括静压能、动能和位能）及内能之和叫做风流的能量。风流之所以能够流动，其根本原因是系统中存在着能量差，所以风流的能量是风流流动的动力。单位体积空气所具有的能够对外做功的机械能就

8、是压力。能量与压力即有区别又有联系，除了内能是以热的形式存在于风流中外，其它三种能量一般通过压力来体现，也就是说井巷任一通风断面上存在的静压能、动能和位能可用静压、动压、位压来呈现。一、静压能—静压1、静压能与静压的概念由空气分子热运动而使单位体积