3第三章井巷通风阻力(教案)

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1、第三章井巷通风阻力本讲的要求及重点难点：【口的要求】通过本章的学习，要求学牛掌握矿井通风阻力的分类、产生、计算以及降低通风阻力的措施。【重点】井巷通风阻力分类、计算。【难点】矿井通风阻力定律、降低矿井通风阻力的措施。矿井通风阻力的产生：当空气沿井巷运动时，由于风流的粘滞性和惯性以及井巷壁面等对风流的阻滞、扰动作用而形成通风阻力，它是造成风流能量损失的原因。井巷通风阻力可分为两类：摩擦阻力（也称为沿程阻力）和局部阻力。第一节井巷断面上风速分布一、风流流态风流的流动状态冇层流和紊流两种：层流-一-指流体各层的质点互不混合

2、，质点流动的轨迹为直线或有规则的平滑曲线并为管道轴线方向基本平行。紊流-一-指流体的质点强烈互相混合，质点的流动轨迹极不规则，除了岩流动总方向发牛位移外，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住，时而消失的漩涡。井下风流多数是完全紊流，只有一部分风流处于向完全紊流过渡的状态，只有风速很小的漏风风流才可能出现层流。。1、管道流同一流体在同一管道小流动时，不同的流速会形成不同的流动状态。当流速较低时，流体质点互不混杂，沿着与管轴平行的方向作层状运动，称为层流（或滞流）。当流速较人时,流体质点的运动速度在人小和

3、方向上都随时发牛变化，成为互相混杂的紊乱流动，称为紊流（或湍流）。（1）雷诺数一ReRe=込°/式中：平均流速V、管道直径d和流体的运动粘性系数Yo在实际工程计算中，为简便起见，通常以Rg二2300作为管道流动流态的判定准数，即:化W2300层流，化＞2300紊流(2)当虽直径..Sde=4—U对丁非圆形断面的井巷，屁数小的管道直径〃应以井巷断面的当量直径〃来表示:4诂vt7因此,非圆形断面井巷的雷诺数可用下式表示:对于不同形状的井巷断面，其周长〃与断而积s的关系，町用下式表示:u=c/s式中：断而形状系数：梯形6M

4、.16；三心拱6-3.85；半圆拱03.90。2、孔隙介质流RevKIv在采空区和煤层等多孔介质中风流的流态判别准数为：式屮：K—冒落带渗流系数，卅；滤流带粗糙度系数，mo层流，尺W0.25；紊流，化＞2.5；过渡流0.250X2.5。二、井巷断面上风速分布(1)紊流脉动风流中各点的流速、压力等物理参数随时间作不规则变化。(2)时均速度瞬时速度必随时间7•的变化。其值虽然不断变化，但在一足够长的时间段T内，流速叭总是围绕着某一平均值上下波动。(3)巷道风速分布由于空气的粘性和井巷壁而摩擦影响，井巷断而上风速分布是不均

5、匀的。层流边层：在贴近壁面处仍存在层流运动薄层，即层流边层。其厚度$随Re增加而变薄，它的存在对流动阻力、传热和传质过程有较大影响。在层流边层以外，从巷壁向巷道轴心方向，风速逐渐增大，呈抛物线分布。平均风速：式屮：巷道通过风量Q。贝ij：Q=VXSVmax风速分布系数:断血上平均风速？与最大风速仏y的比值称为风速分布系数（速度场系数），用&表示：巷壁愈光滑，乩值愈人，即断面上风速分布愈均匀。砌磴巷道，A>0.8〜0.86；木棚支护巷道，/TfO.68〜0.82；无支护巷道，A>0.74〜0.81。第二节摩擦风阻与阻力

6、一、摩擦肌力风流在井巷中作沿程流动时，山于流体层间的摩擦和流体与井巷壁面之间的摩擦所形成的阻力称为摩擦阻力（也叫沿程阻力）0—2LV2hf=A—•p—fd2由流体力学可知，无论层流还是紊流，以风流压能损失来反映的摩擦阻力可用下式来计第（Pa）入一一无因次系数，即摩擦阻力系数，通过实验求得。d——圆形风管直径，非圆形管用当量宜径；1.尼古拉兹实验实际流休在流动过程中，沿程能量损失一方面（内因）取决于粘滞力和惯性力的比值,用雷诺数屁来衡量；另一方面（外因）是固体壁面对流体流动的阻碍作用，故沿程能量损失又与管道长度、断而形

7、状及大小、壁面粗糙度有关。其中壁而粗糙度的影响通过久值来反映。1932〜1933年间，尼古拉兹把经过筛分、粒径为£的砂粒均匀粘贴于管壁。砂粒的玄径£就是管壁凸起的高度，称为绝对糙度；绝对糙度£与管道半径/的比值e/r称为和对糙度。以水作为流动介质、对相对糙度分别为1/15、1/30.6、1/60、1/126、1/256、1/507輕不同的管道进行试验研究。对实验数据进行分析整理，在对数坐标纸上画出入与屁的关系曲线，如图3-2-1所示。结论分析:I区——层流区。当屁<2320（即lgRe<3.36=时，不论管道粗糙度如

8、何，其实验结果都集中分布于直线I上。这表明久与相对糙度£/r无关，只与屁有关，且入二64/屁。与相对粗糙度无关II区——过渡流区。2320W*eW4000（即3.36Wlg屁W3.6）,在此区间内，不同相对糙度的管内流体的流态由层流转变为紊流。所何的实验点几乎都集屮在线段II±ox随屁增Ill区——水力光滑管区。在此区段内，管内流动虽然都已处于