通风安全学第三章井巷通风阻力.ppt

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1、《通风安全学》第三章井巷通风阻力河南工程学院安全工程学院空气的物理性质：温度、密度（比容）、重度(重率)、湿度(绝对湿度、相对湿度、含湿量)、压力（压强）、粘性、焓；风流的点压力及其相互关系；矿井通风能量方程(空气流动连续性方程、单位质量流量能量方程、单位体积流量能量方程)及通风能量（压力）坡度线。上一章所讲的主要内容本章的主要内容：井巷断面的风速分布，摩擦阻力系数、摩擦风阻及阻力计算，尼古拉兹实验，矿井局部阻力系数、局部风阻与阻力，矿井总风阻与等积孔、降低矿井通风阻力的措施。第三章井巷通风阻力第一节井巷断面上的风速分布第二节摩擦风阻与阻力第三节局部风阻与阻力第四节矿井总风阻与矿井等积孔第五

2、节降低矿井通风阻力的措施第三章井巷通风阻力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。第三章井巷通风阻力一、风流流态1、管道流同一流体在同一管道中流动时，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)。当流速较大时，流体质点的运动速度在大小和方向上都随时发生变化，成为互相混杂的紊乱流动，称为紊流(或湍流)。（1）雷诺数－Re式中：平均流速v、管道直径d和流体的运动粘性系数，当空气温度为

3、150℃时，其值为14.4x10-6m2/s。第一节井巷断面上风速分布雷诺实验示意图实验表明：Re≤2320层流（下临界雷诺数）Re＞4000紊流（上临界雷诺数）中间为过渡区。实际工程计算中，为简便起见，通常用Re=2300来判断管路流动的流态。Re≤2300层流，Re＞2300紊流（２）当量直径对于非圆形断面的井巷，Re数中的管道直径d应以井巷断面的当量直径de来表示：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U与断面积S的关系，可用下式表示：式中：C—断面形状系数：梯形C=4.16；三心拱C=4.10；半圆拱C=3.84；圆形拱C=3.54。第一节井巷断面上

4、风速分布例：某梯形巷道，采用工字钢支护，断面S=9m2，巷道中风量为Q=240m3/min，试判别风流流态。解：故巷道中风流为紊流。例：巷道条件同前，求相应于Re＝2300时的层流临界风速。解：《规程》规定，井巷中最低允许风速为0.15m/s，由此可见，矿井内所有通风井巷中的风流均呈紊流状态。只有在采区冒落带，煤岩柱裂隙中的漏风风流才有可能出现层流状态，用孔隙介质流来判断。第一节井巷断面上风速分布2、孔隙介质流在采空区和煤层等多孔介质中风流的流态判别准数为：式中：K—冒落带渗流系数，m2；l—滤流带粗糙度系数，m。层流，Re≤0.25；紊流，Re＞2.5；过渡流0.25

5、巷断面上风速分布二、井巷断面上风速分布（１）紊流脉动和时均速度风流中各点的流速、压力等物理参数随时间作不规则,瞬时速度vx随时间τ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vx总是围绕着某一平均值上下波动。Tvxvxt第一节井巷断面上风速分布(2）巷道风速分布由于空气的粘性和井巷壁面摩擦影响，井巷断面上风速分布是不均匀的。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δ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：式中：巷道通过风量Q,则：Q＝V×Sδvvmaxvmax第

6、一节井巷断面上风速分布风速分布系数：断面上平均风速v与最大风速vmax的比值称为风速分布系数(速度场系数)，用Kv表示：巷壁愈光滑，Kv值愈大，即断面上风速分布愈均匀。砌碹巷道，Kv=0.8～0.86；木棚支护巷道，Kv=0.68～0.82；无支护巷道，Kv=0.74～0.81。实际中，由于受井巷断面形状和支护形式的影响，及局部阻力物的存在，最大风流不一定在井巷的轴线上。风速分布也不一定是有对称性。第一节井巷断面上风速分布一、摩擦阻力风流在井巷中作沿程流动时，由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)。由流体力学可知，无论层流还是紊流，以风流压能损失

7、来反映的摩擦阻力可用下式(达西定律)来计算：Paλ－无因次系数，即沿程阻力系数，通过实验求得。d—圆形风管直径，非圆形管用当量直径；第二节摩擦风阻与阻力1．尼古拉兹实验实际流体在流动过程中，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Re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、断面形状及大小、壁面粗糙度有关。其中壁面粗糙度的影响通过λ值来反映。19