3.矿井通风阻力

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1、中国矿业大学多媒体教学课件矿井通风与安全矿井通风与安全MineVentilationandSafety安全工程学院1中国矿业大学多媒体教学课件第第33章章矿井通风阻力矿井通风阻力2上一章内容上一章内容•第22章矿内空气动力学基础•2.1流体的概念•2.2风流能量与能量方程•2.3风流压力及压力坡度�3上一章内容上一章内容学习目标学习目标•1、流体的概念•2、风流能量与能量方程•3、风流压力及压力坡度重点与难点重点与难点•1、点压力之间的关系•2、能量方程及其在矿井中的应用4第第33章章矿井通风阻力矿井通风阻力•风流必须具有一定

2、的能量，用以克服井巷对风流所呈现的通风阻力。通常矿井通风阻力分为摩擦阻力与局部阻力两类，它们与风流的流动状态有关。一般情况下，摩擦阻力是矿井通风总阻力的主要组成部分。5第第33章章矿井通风阻力矿井通风阻力•第3章矿井通风阻力•3.1风流的流动状态�•3.2摩擦阻力�•3.3局部阻力�•3.4通风阻力定律和特性�•3.5通风阻力测量�6学习目标、重点与难点学习目标、重点与难点学习目标学习目标11、、风流的流动状态风流的流动状态22、、摩擦阻力摩擦阻力33、局部阻力、局部阻力44、通风阻力定律和特性、通风阻力定律和特性55、通风阻

3、力测量、通风阻力测量重点与难点重点与难点11、、摩擦阻力产生的原因和测算22、、局部阻力产生的原因和测算73.13.1流体的概念流体的概念•风流的流动状态分为层流与紊流。层流是指流体各层的质点互不混合，质点流动的轨迹为直线或有规则的平滑曲线，并与管道轴线方向基本平行。•紊流是指流体的质点强烈互相混合，质点的流动轨迹极不规则，除了沿流动总方向发生位移外，还有垂直于流动总方向的位移，且在流体内部存在着时而产生、时而消失的旋涡。•流体的流动状态受流体的速度、粘性和管道尺寸等影响。流体的速度越大，粘性越小，管道的尺寸越大，则流体越易成

4、为紊流，反之，越易成为层流。8□•可用一个无因次参数Re（雷诺数）来表示上述三因素的综合作用，对于圆形管道•Vd（3-1-1）Re=ν•式中V为管道中流体的平均速度，m/s；d为圆形管道的直径，m；v为流体的运动粘性系数，与流体的温度、压力有关。•设r为流体的水力半径，指流体的断面S（m2）与流体的周界U（m）之比，即r＝S/U，m。因风流充满管道，故在直径为d的圆形管道中，风流的水力半径为：2•r=πd(πd)=d4，或d=4r=4SU，m（3-2-2）4•代入（3-1-1）式，得出用于非圆形巷道风流雷诺数的计算式为：Re=

5、4VSUυ（3-1-3）•式中S为巷道的断面，m2；U为巷道的周界，m。9•据前人的实验，水流在各种粗糙壁面、平直的圆管内流动，当时，水流呈层流状态；约在时，水流开始向紊流过渡，故称2000为临界雷诺数；当时，水流呈完全紊流。把这些数值近似应用于风流，便可大致估计出风流在各种流态下的平均风速。例如某巷道的断面S＝2.5m2，周界U＝6.58m，风流的＝14.410－6m2/s。则用（3-1-3）式估算出风流开始向紊流过渡的平均风速为：−6V=RUeν4S=20006.5814.410×××(42.5×)≈0.019•井巷中最低

6、风速都在0.15～0.25m/s以上，且大多数井巷的断面都大于2.5m2，故大多数井巷中的风流不会出现层流，只有风速很小的漏风风流，才可能出现层流。又如在上例中，Re＝100000时，该巷道内风流呈现完全紊流的平均风速约为：10•V＝100000×6.58×14.4×10-6/（4×2.5）＝0.95m/s.3.23.2摩擦阻力摩擦阻力•3.2.1摩擦阻力的意义和理论基础•风流在井巷中作均匀流动时，沿程受到井巷固定壁面的限制，引起内外摩擦而产生的阻力称作摩擦阻力。所谓均匀流动是指风流沿程的速度和方向都不变，而且各断面上的速度分

7、布相同。流态不同的风流，摩擦阻力hfr的产生情况和大小也不同。•前人实验得出水流在圆管中的沿程阻力公式是：2λρLVh=fr2d•式中λ为实验比例系数，无因次；ρ为水流的密度，kg/m3；L为圆管的长度，m；d为圆管的直径，m；V为圆管内水流的平均速度，m/s。•上式是矿井风流摩擦阻力计算式的基础，它对于不同流态的风流都能应用，只是流态不同时，式中λ的实验表达式不同。11□•又据前人在壁面能分别胶结各种粗细砂粒的圆管中，实验得出流态不同的水流，λ系数和管壁的粗糙度、Re的关系。实验是用管壁平均突起的高度（即砂粒的平均直径）k（

8、m）和管道的直径d（m）之比来表示管壁的相对光滑度。并用阀门不断改变管内水流的速度，实验结果如图3-2-1所示，图中表明以下几种情况：•（1）在lgRe≤3.3（即Re≤2000）以下，即当流体作层流运动时，由左边斜线可以看出，相对光滑度不同的所有试验点都分布于其上，λ随Re