教學(xué)第2章空氣流動(dòng)理論(修)課件

第二章

礦井空氣流動(dòng)的基本理論1第二章

礦井空氣流動(dòng)的基本理論1第一節(jié)空氣的主要物理參數(shù)第二節(jié)風(fēng)流的能量與壓力第三節(jié)礦井通風(fēng)中的能量方程第四節(jié)能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用2第一節(jié)空氣的主要物理參數(shù)第二節(jié)風(fēng)流的能量與壓力第三節(jié)礦第二章礦井空氣流動(dòng)的基本理論

主要研究?jī)?nèi)容：礦井空氣沿井巷流動(dòng)過(guò)程中宏觀力學(xué)參數(shù)的變化規(guī)律以及能量的轉(zhuǎn)換關(guān)系。介紹空氣的主要物理參數(shù)、性質(zhì)，討論空氣在流動(dòng)過(guò)程中所具有的能量（壓力）及其能量的變化。根據(jù)熱力學(xué)第一定律和能量守恒及轉(zhuǎn)換定律，結(jié)合礦井風(fēng)流流動(dòng)的特點(diǎn)，推導(dǎo)了礦井空氣流動(dòng)過(guò)程中的能量方程，介紹了能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用。3第二章礦井空氣流動(dòng)的基本理論主要研究?jī)?nèi)容：礦井一、溫度溫度是描述物體冷熱狀態(tài)的物理量。測(cè)量溫度的標(biāo)尺簡(jiǎn)稱溫標(biāo)。礦井表示氣候條件的主要參數(shù)之一。

國(guó)際單位為：熱力學(xué)溫標(biāo)，其單位為K(kelvin),用符號(hào)T來(lái)表示，熱力學(xué)溫標(biāo)規(guī)定純水三相態(tài)點(diǎn)溫度（汽、液、固三相平衡態(tài)時(shí)的溫度）為基本定點(diǎn)，定義為273.15K。常用的攝氏溫標(biāo)為實(shí)用溫標(biāo)，用t表示，單位為攝氏度℃。攝氏溫標(biāo)的每1℃與熱力學(xué)溫標(biāo)的每1K完全相同，它們之間的關(guān)系為：T=273.15+t溫度是礦井表征氣候條件的主要參數(shù)，《規(guī)程》規(guī)定：生產(chǎn)礦井采掘工作面的空氣溫度不得超過(guò)26℃，機(jī)電硐室的空氣溫度不得超過(guò)30℃。第一節(jié)空氣的主要物理參數(shù)物理參數(shù)4一、溫度第一節(jié)空氣的主要物理參數(shù)物理參數(shù)4二、壓力（壓強(qiáng)）

在礦井通風(fēng)學(xué)中，習(xí)慣把壓強(qiáng)稱為壓力。

大氣壓力：地球表面一層很厚的空氣層對(duì)地面所形成的壓力。其大小取決于大重力場(chǎng)中位置相對(duì)高度，空氣相對(duì)溫度、濕度（相對(duì)濕度）和氣體成分等參數(shù)。空氣的壓力也稱為空氣的靜壓，用符號(hào)P表示。它是空氣分子熱運(yùn)動(dòng)對(duì)器壁碰撞的宏觀表現(xiàn)。計(jì)算公式為：P=2/3n(1/2mv2)氣體的靜壓力是單位體積內(nèi)氣體分子不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)總動(dòng)能的2/3轉(zhuǎn)化為能對(duì)外做功的機(jī)械能的宏觀表現(xiàn)，故壓力的大小表示單位體積氣體的壓能的數(shù)量，這是氣體所具有的普遍的物理性質(zhì)，其大小可以用儀器來(lái)測(cè)量，空盒氣壓計(jì)、水銀氣壓計(jì)、水柱計(jì)、精密氣壓計(jì)等可以用來(lái)測(cè)量壓力。物理參數(shù)5二、壓力（壓強(qiáng)）物理參數(shù)5不同標(biāo)高處的空氣壓力比值

標(biāo)高z/m+1000±0-1000p/po0.8881.01.126實(shí)際上各地的大氣壓力還和地表氣象因素有關(guān)，一年四季，甚至一晝夜內(nèi)都有明顯的變化。例如：淮南一晝夜內(nèi)氣壓變化一般為270～400Pa有時(shí)可達(dá)1300Pa，一年中大氣壓變化可高達(dá)4000～5300Pa。一般來(lái)講，在同一水平面，不大的范圍內(nèi)，可以認(rèn)為空氣壓力是相同的。物理參數(shù)6不同標(biāo)高處的空氣壓力比值標(biāo)高z/m+1000±0-1000三、濕度表示空氣中所含水蒸汽量的多少或潮濕程度。表示空氣濕度的方法：絕對(duì)濕度、相對(duì)溫度和含濕量三種１、絕對(duì)濕度每立方米空氣中所含水蒸汽的質(zhì)量叫空氣的絕對(duì)濕度。其單位與密度單位相同（Kg/m3），其值等于水蒸汽在其分壓力與溫度下的密度。v=Mv/V

飽和空氣：在一定的溫度和壓力下，單位體積空氣所能容納水蒸汽量是有極限的，超過(guò)這一極限值，多余的水蒸汽就會(huì)凝結(jié)出來(lái)。這種含有極限值水蒸汽的濕空氣叫飽和空氣，這時(shí)水蒸氣分壓力叫飽和水蒸分壓力，PS，其所含的水蒸汽量叫飽和濕度s

。２、相對(duì)濕度單位體積空氣中實(shí)際含有的水蒸汽量（V）與其同溫度下的飽和水蒸汽含量（S）之比稱為空氣的相對(duì)濕度φ＝V／S反映空氣中所含水蒸汽量接近飽和的程度。

物理參數(shù)7三、濕度物理參數(shù)7Φ愈小空氣愈干爆，φ＝０為干空氣；φ愈大空氣愈潮濕，φ＝１為飽和空氣。溫度下降，其相對(duì)濕度增大，冷卻到φ=1時(shí)的溫度稱為露點(diǎn)露點(diǎn)：將不飽和空氣冷卻時(shí)，隨著溫度逐漸下降，相對(duì)濕度逐漸增大，當(dāng)達(dá)到100％時(shí)，此時(shí)的溫度稱為露點(diǎn)。上例甲地、乙地的露點(diǎn)分別為多少？

物理參數(shù)8Φ愈小空氣愈干爆，φ＝０為干空氣；物理參３、含濕量

含有1kg干空氣的濕空氣中所含水蒸汽的質(zhì)量（kg）稱為空氣的含濕量。d=V／d,

干空氣的氣體常數(shù)Rd=287.041J/（kg*k）水蒸氣的氣體常數(shù)Rd=461.393J/（kg*k）

V=φPs/461T

d=(P-φPs)/287Td=0.622

φPs/(P-φPs)四、焓

焓是一個(gè)復(fù)合的狀態(tài)參數(shù)，它是內(nèi)能u和壓力功PV之和，焓也稱熱焓。i=id+d?iV=1.0045t+d(2501+1.85t)實(shí)際應(yīng)用焓-濕圖（I-d)物理參數(shù)9３、含濕量物理參數(shù)9五、粘性流體抵抗剪切力的性質(zhì)。當(dāng)流體層間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在流體內(nèi)部?jī)蓚€(gè)流體層的接觸面上，便產(chǎn)生粘性阻力(內(nèi)摩擦力)以阻止相對(duì)運(yùn)動(dòng)，流體具有的這一性質(zhì)，稱作流體的粘性。其大小主要取決于溫度。

根據(jù)牛頓內(nèi)摩擦定律有：式中：μ－－比例系數(shù)，代表空氣粘性，稱為動(dòng)力粘性或絕對(duì)粘度。其國(guó)際單位：帕.秒，寫作：Pa.S。運(yùn)動(dòng)粘度為：溫度是影響流體粘性主要因素，氣體，隨溫度升高而增大，液體而降低Vy粘性取決于分子間的吸引力和熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)量交換。溫度升高，則分子間的吸引力降低，動(dòng)量會(huì)增加。對(duì)于液體，分子間的吸引力為主要影響因素；對(duì)于氣體，分子間熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生動(dòng)量交換是決定性因素。物理參數(shù)10五、粘性Vy粘性取決于分子間的吸引力和熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)量交換。物理六、密度

單位體積空氣所具有的質(zhì)量稱為空氣的密度，與P、t、濕度等有關(guān)。濕空氣密度為干空氣密度和水蒸汽密度之和，即：

V=φPs/461T

d=(P-φPs)/287T

根據(jù)氣體狀態(tài)方程，可推出空氣密度計(jì)算公式：

式中：P為大氣壓，Ｐsat為飽和水蒸汽壓，單位：Pa；φ為相對(duì)濕度；Ｔ為空氣絕對(duì)溫度，T=t+273,K。

式中：P為大氣壓，Ｐsat為飽和水蒸汽壓，單位：mmHg。注意：Ｐ和Ｐsat單位一致。

物理參數(shù)11六、密度物理參數(shù)11第二節(jié)風(fēng)流的能量與壓力能量與壓力是通風(fēng)工程中兩個(gè)重要的基本概念，壓力可以理解為：?jiǎn)挝惑w積空氣所具有的能夠?qū)ν庾鞴Φ臋C(jī)械能。一、風(fēng)流的能量與壓力1.靜壓能－靜壓（1）靜壓能與靜壓的概念空氣的分子無(wú)時(shí)無(wú)刻不在作無(wú)秩序的熱運(yùn)動(dòng)。這種由分子熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的分子動(dòng)能的一部分轉(zhuǎn)化的能夠?qū)ν庾鞴Φ臋C(jī)械能叫靜壓能，J／m3，在礦井通風(fēng)中，壓力的概念與物理學(xué)中的壓強(qiáng)相同，即單位面積上受到的垂直作用力。靜壓PaN/m2也可稱為是靜壓能，值相等（２）靜壓特點(diǎn)a.無(wú)論靜止的空氣還是流動(dòng)的空氣都具有靜壓力；b.風(fēng)流中任一點(diǎn)的靜壓各向同值，且垂直于作用面；c.風(fēng)流靜壓的大?。梢杂脙x表測(cè)量）反映了單位體積風(fēng)流所具有的能夠?qū)ν庾鞴Φ撵o壓能的多少。如說(shuō)風(fēng)流的壓力為101332Pa，則指風(fēng)流1m3具有101332J的靜壓能。區(qū)別：能量促使空氣流動(dòng)的根本原因是能量差壓力對(duì)外做功有力的表現(xiàn)聯(lián)系:風(fēng)流任一斷面上都有壓能、位能和動(dòng)能，而這三種能量又分別可用相應(yīng)的靜壓、位壓和動(dòng)壓（速壓）來(lái)體現(xiàn)。能量壓力12第二節(jié)風(fēng)流的能量與壓力區(qū)別：能量促使空氣流動(dòng)的根（３）壓力的兩種測(cè)算基準(zhǔn)（表示方法）根據(jù)壓力的測(cè)算基準(zhǔn)不同，壓力可分為：絕對(duì)壓力和相對(duì)壓力。A、絕對(duì)壓力：以真空為測(cè)算零點(diǎn)（比較基準(zhǔn)）而測(cè)得的壓力稱之為絕對(duì)壓力，用P表示。B、相對(duì)壓力：以當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)赝瑯?biāo)高的大氣壓力為測(cè)算基準(zhǔn)(零點(diǎn))測(cè)得的壓力稱之為相對(duì)壓力，即通常所說(shuō)的表壓力，用h表示。風(fēng)流的絕對(duì)壓力（P）、相對(duì)壓力（h）和與其對(duì)應(yīng)的大氣壓（P0）三者之間的關(guān)系如下式所示：h=P－P0abPa真空P0Pbha(+)hb(-)P0能量壓力13（３）壓力的兩種測(cè)算基準(zhǔn)（表示方法）abPa真空P0PbhaPi

與hi

比較：I、絕對(duì)靜壓總是為正，而相對(duì)靜壓有正負(fù)之分；II、同一斷面上各點(diǎn)風(fēng)流的絕對(duì)靜壓隨高度變化而變化，而相對(duì)靜壓與高度無(wú)關(guān)。III、Pi可能大于、等于或小于與該點(diǎn)同標(biāo)高的大氣壓(P0i)。2、重力位能（1)重力位能的概念物體在地球重力場(chǎng)中因地球引力的作用，由于位置的不同而具有的一種能量叫重力位能，簡(jiǎn)稱位能，用EPO

表示。如果把質(zhì)量為M（kg）的物體從某一基準(zhǔn)面提高Z（m），就要對(duì)物體克服重力作功M.g.Z（J），物體因而獲得同樣數(shù)量（M.g.Z）的重力位能。即：EPO=M.g.Z重力位能是一種潛在的能量，它只有通過(guò)計(jì)算得其大小，而且是一個(gè)相對(duì)值。實(shí)際工作中一般計(jì)算位能差。（２）位能計(jì)算重力位能的計(jì)算應(yīng)有一個(gè)參照基準(zhǔn)面。Ep012=∫igdzi如下圖1－２兩斷面之間的位能差：dzi１２２１能量壓力14Pi與hi比較：dzi１２２１能量壓力14（3)位能與靜壓的關(guān)系

當(dāng)空氣靜止時(shí)（v=0），由空氣靜力學(xué)可知：各斷面的機(jī)械能相等。設(shè)以2-2斷面為基準(zhǔn)面：1-1斷面的總機(jī)械能E1=EPO1+P12-2斷面的總機(jī)械能E2=EPO2+P2由E1=E2得：EPO1+P1=EPO2+P2

由于EPO2=0（2-2斷面為基準(zhǔn)面），EPO1=12.g.Z12，所以：P2=EPO1+P1=12.g.Z12+P1

說(shuō)明：Ｉ、位能與靜壓能之間可以互相轉(zhuǎn)化。II、在礦井通風(fēng)中把某點(diǎn)的靜壓和位能之和稱之為勢(shì)能。（4)位能的特點(diǎn)a.位能是相對(duì)某一基準(zhǔn)面而具有的能量，它隨所選基準(zhǔn)面的變化而變化。但位能差為定值。b.位能是一種潛在的能量，它在本處對(duì)外無(wú)力的效應(yīng)，即不呈現(xiàn)壓力，故不能象靜壓那樣用儀表進(jìn)行直接測(cè)量。c.位能和靜壓可以相互轉(zhuǎn)化，在進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化時(shí)遵循能量守恒定律。dzi１２２１能量壓力15（3)位能與靜壓的關(guān)系dzi１２２１能量壓力153.動(dòng)能－動(dòng)壓（1)動(dòng)能與動(dòng)壓的概念當(dāng)空氣流動(dòng)時(shí)，除了位能和靜壓能外，還有空氣定向運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，用Ev表示，J/m3；其動(dòng)能所轉(zhuǎn)化顯現(xiàn)的壓力叫動(dòng)壓或稱速壓，用符號(hào)hv表示，單位Pa。（2)動(dòng)壓的計(jì)算單位體積空氣所具有的動(dòng)能為：Evi＝i×V2×0.5

式中：i－－i點(diǎn)的空氣密度，Kg/m3；v－－i點(diǎn)的空氣流速，m/s。Evi對(duì)外所呈現(xiàn)的動(dòng)壓hvi，其值相同。（3)動(dòng)壓的特點(diǎn)a.只有作定向流動(dòng)的空氣才具有動(dòng)壓，因此動(dòng)壓具有方向性。b.動(dòng)壓總是大于零。垂直流動(dòng)方向的作用面所承受的動(dòng)壓最大（即流動(dòng)方向上的動(dòng)壓真值）；當(dāng)作用面與流動(dòng)方向有夾角時(shí)，其感受到的動(dòng)壓值將小于動(dòng)壓真值。c.在同一流動(dòng)斷面上，由于風(fēng)速分布的不均勻性，各點(diǎn)的風(fēng)速不相等，所以其動(dòng)壓值不等。d.某斷面動(dòng)壓即為該斷面平均風(fēng)速計(jì)算值。能量壓力163.動(dòng)能－動(dòng)壓能量壓力16（４）全壓風(fēng)道中任一點(diǎn)風(fēng)流，在其流動(dòng)方向上同時(shí)存在靜壓和動(dòng)壓，兩者之和稱之為該點(diǎn)風(fēng)流的全壓，即：全壓＝靜壓＋動(dòng)壓。由于靜壓有絕對(duì)和相對(duì)之分，故全壓也有絕對(duì)和相對(duì)之分。Ａ、絕對(duì)全壓（Pti）Pti＝Pi＋hviB、相對(duì)全壓（hti）hti＝hi＋hvi＝Pti－Poi

說(shuō)明：A、相對(duì)全壓有正負(fù)之分；B、無(wú)論正壓通風(fēng)還是負(fù)壓通風(fēng)，Pti>Pihti＞hi。二、風(fēng)流的點(diǎn)壓力之間相互關(guān)系風(fēng)流的點(diǎn)壓力是指測(cè)點(diǎn)的單位體積(1m3)空氣所具有的壓力。通風(fēng)管道中流動(dòng)的風(fēng)流的點(diǎn)壓力可分為：靜壓、動(dòng)壓和全壓。風(fēng)流中任一點(diǎn)i的動(dòng)壓、絕對(duì)靜壓和絕對(duì)全壓的關(guān)系為：hvi=Pti-Pi

hvi、hI和hti三者之間的關(guān)系為：hti=hi+hvi。能量壓力17（４）全壓能量壓力17壓入式通風(fēng)（正壓通風(fēng)）：風(fēng)流中任一點(diǎn)的相對(duì)全壓恒為正。∵PtiandPi>Poi∴hi＞０，hti＞0且hti＞hi，hti=hi+hvi

壓入式通風(fēng)的實(shí)質(zhì)是使風(fēng)機(jī)出口風(fēng)流的能量增加，即出口風(fēng)流的絕對(duì)壓力大于風(fēng)機(jī)進(jìn)口的壓力。抽出式通風(fēng)（負(fù)壓通風(fēng)）：風(fēng)流中任一點(diǎn)的相對(duì)全壓恒為負(fù)，對(duì)于抽出式通風(fēng)由于hti和hi為負(fù)，實(shí)際計(jì)算時(shí)取其絕對(duì)值進(jìn)行計(jì)算。

∵PtiandPi＜Poihti＜0且hti＞hi，但|hti|<|hi|實(shí)際應(yīng)用中，因?yàn)樨?fù)通風(fēng)風(fēng)流的相對(duì)全壓和相對(duì)靜壓均為負(fù)值，故在計(jì)算過(guò)程中取其絕對(duì)值進(jìn)行計(jì)算。即：|

hti|=|hi|－h(huán)vi

抽出式通風(fēng)的實(shí)質(zhì)是使風(fēng)機(jī)入口風(fēng)流的能量降低，即入口風(fēng)流的絕對(duì)壓力小于風(fēng)機(jī)出口的壓力。

能量壓力18壓入式通風(fēng)（正壓通風(fēng)）：風(fēng)流中任一點(diǎn)的相對(duì)全壓恒為正。能量壓hvhtb(-)hb(-)風(fēng)流點(diǎn)壓力間的關(guān)系abPa真空P0Pbha(+)P0Ptahvhta(+)Ptb抽出式通風(fēng)壓入式通風(fēng)壓入式通風(fēng)抽出式通風(fēng)能量壓力19hvhtb(-)hb(-)風(fēng)流點(diǎn)壓力間的關(guān)系abPa真空P三、風(fēng)流點(diǎn)壓力的測(cè)定１、礦井主要壓力測(cè)定儀器儀表（１）絕對(duì)壓力測(cè)量：空盒氣壓計(jì)、精密氣壓計(jì)、水銀氣壓計(jì)等。（２）壓差及相對(duì)壓力測(cè)量：恒溫氣壓計(jì)、“Ｕ”水柱計(jì)、補(bǔ)償式微壓計(jì)、傾斜單管壓差計(jì)。（３）感壓儀器：皮托管，承受和傳遞壓力，+-測(cè)壓２、壓力測(cè)定（１）絕對(duì)壓力－－直接測(cè)量讀數(shù)。（２）相對(duì)靜壓(以如圖正壓通風(fēng)為例)（注意連接方法）：＋－０’０’hizP0i能量壓力20三、風(fēng)流點(diǎn)壓力的測(cè)定＋－０’０’hizP0i能量壓力20第三節(jié)礦井通風(fēng)中的能量方程當(dāng)空氣在井巷中流動(dòng)時(shí)，將會(huì)受到通風(fēng)阻力的作用，消耗其能量；為保證空氣連續(xù)不斷地流動(dòng)，就必需有通風(fēng)動(dòng)力對(duì)空氣作功，使得通風(fēng)阻力和通風(fēng)動(dòng)力相平衡。一、空氣流動(dòng)連續(xù)性方程在礦井巷道中流動(dòng)的風(fēng)流是連續(xù)不斷的介質(zhì)，充滿它所流經(jīng)的空間。在無(wú)點(diǎn)源或點(diǎn)匯存在時(shí)，根據(jù)質(zhì)量守恒定律：對(duì)于穩(wěn)定流，流入某空間的流體質(zhì)量必然等于流出其的流體質(zhì)量。如圖井巷中風(fēng)流從1斷面流向2斷面，作定常流動(dòng)時(shí)，有：

Mi=constρ１V1S1＝ρ２V２S２

ρ１、ρ2－－1、2斷面上空氣的平均密度，kg/m3；V1,，V2－－1、2斷面上空氣的平均流速，m/s；S1、S2－－1、２斷面面積，m2。１２能量方程21第三節(jié)礦井通風(fēng)中的能量方程１２能量方程21若ρ１＝ρ２，則V1S1＝V２S2。對(duì)于不可壓縮流體，通過(guò)任一斷面的體積流量相等，即Q=viSi=const能量方程22能量方程22二、可壓縮流體的能量方程能量方程表達(dá)了空氣在流動(dòng)過(guò)程中的壓能、動(dòng)能和位能的變化規(guī)律，是能量守恒和轉(zhuǎn)換定律在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用。（一）、單位質(zhì)量(1kg)流量的能量方程在井巷通風(fēng)中，風(fēng)流的能量由機(jī)械能（靜壓能、動(dòng)壓能、位能）和內(nèi)能組成，常用1kg空氣或1m3空氣所具有的能量表示。

機(jī)械能：靜壓能、動(dòng)壓能和位能之和。

內(nèi)能：風(fēng)流內(nèi)部所具有的分子內(nèi)動(dòng)能與分子位能之和?？諝獾膬?nèi)能是空氣狀態(tài)參數(shù)的函數(shù)，即：u=f（T，P）。能量分析１２z1z200p1、v1、u1p2、v2、u2qLRqR能量方程23二、可壓縮流體的能量方程１２z1z200p1、v1、u1p2風(fēng)流靜壓的大小P（可以用儀表測(cè)量）反映了單位體積風(fēng)流所具有的能夠?qū)ν庾鞴Φ撵o壓能的多少，轉(zhuǎn)化為單位質(zhì)量的風(fēng)流所具有的靜壓能則為：Ｐ×任一斷面風(fēng)流總機(jī)械能：壓能＋動(dòng)能＋位能

任一斷面風(fēng)流總能量：壓能＋動(dòng)能＋位能＋內(nèi)能，

所以，對(duì)單位質(zhì)量流體有：

能量方程24風(fēng)流靜壓的大小P（可以用儀表測(cè)量）反映了單位體積風(fēng)流所具有的（二）、單位體積(1m3)流量的能量方程

我國(guó)礦井通風(fēng)中習(xí)慣使用單位體積（1m3）流體的能量方程。在考慮空氣的可壓縮性時(shí)，那么1m3空氣流動(dòng)過(guò)程中的能量損失（hR，J/m3（Pa），即通風(fēng)阻力）可由1kg空氣流動(dòng)過(guò)程中的能量損失（LRJ/Kg）乘以按流動(dòng)過(guò)程狀態(tài)考慮計(jì)算的空氣密度m，即：hR=LR.m；則單位體積(1m3)流量的能量方程的書寫形式為：

能量方程25（二）、單位體積(1m3)流量的能量方程

我國(guó)礦井通風(fēng)中習(xí)慣補(bǔ)充：國(guó)內(nèi)最常用的公式：能量方程26補(bǔ)充：國(guó)內(nèi)最常用的公式：能量方程26（三）、關(guān)于能量方程使用的幾點(diǎn)說(shuō)明1.能量方程的意義是，表示1kg（或1m3）空氣由1斷面流向2斷面的過(guò)程中所消耗的能量（通風(fēng)阻力），等于流經(jīng)1、2斷面間空氣總機(jī)械能（靜壓能、動(dòng)壓能和位能）的變化量。2.風(fēng)流流動(dòng)必須是穩(wěn)定流，即斷面上的參數(shù)不隨時(shí)間的變化而變化；所研究的始、末斷面要選在緩變流場(chǎng)上。3.風(fēng)流總是從總能量（機(jī)械能）大的地方流向總能量小的地方。在判斷風(fēng)流方向時(shí)，應(yīng)用始末兩斷面上的總能量來(lái)進(jìn)行，而不能只看其中的某一項(xiàng)。如不知風(fēng)流方向，列能量方程時(shí)，應(yīng)先假設(shè)風(fēng)流方向，如果計(jì)算出的能量損失（通風(fēng)阻力）為正，說(shuō)明風(fēng)流方向假設(shè)正確；如果為負(fù)，則風(fēng)流方與假設(shè)相反。4.正確選擇求位能時(shí)的基準(zhǔn)面。能量方程27（三）、關(guān)于能量方程使用的幾點(diǎn)說(shuō)明能量方程275.在始、末斷面間有壓源時(shí)，壓源的作用方向與風(fēng)流的方向一致，壓源為正，說(shuō)明壓源對(duì)風(fēng)流做功；如果兩者方向相反，壓源為負(fù)，則壓源成為通風(fēng)阻力。６.應(yīng)用能量方程時(shí)要注意各項(xiàng)單位的一致性。7、對(duì)于流動(dòng)過(guò)程中流量發(fā)生變化，則按總能量守恒與轉(zhuǎn)換定律列方程312能量方程285.在始、末斷面間有壓源時(shí)，壓源的作用方向與風(fēng)流的方向一致第四節(jié)能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用一、水平風(fēng)道的通風(fēng)能量（壓力）坡度線（一）、能量（壓力）坡度線的作法

能量（壓力）坡度線的意義：掌握能量（壓力）沿程變化情況；通風(fēng)能量（壓力）與通風(fēng)阻力之間的相互關(guān)系以及相互轉(zhuǎn)化；有利于通風(fēng)管理。012345678910擴(kuò)散器通風(fēng)機(jī)如圖所示的通風(fēng)機(jī)－水平風(fēng)道系統(tǒng)，繪制能量（壓力）坡度線。１、風(fēng)流的邊界條件

入口斷面處：Ptin=P0，所以，htin=0，hin=-hvin；出口斷面處：Pex=P0，所以，hex=0，htex=hvex；礦井應(yīng)用29第四節(jié)能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用一、水平風(fēng)道的通風(fēng)能量（hv1012345678910P0壓力Pa流程擴(kuò)散器P真空P1靜壓坡度線全壓坡度線12345678910２、作圖步驟１）、以縱坐標(biāo)為壓力（相對(duì)壓力或絕對(duì)壓力），橫坐標(biāo)為風(fēng)流流程。２）、根據(jù)邊界條件確定起始點(diǎn)位置。３）、將各測(cè)點(diǎn)的相對(duì)靜壓和相對(duì)全壓與其流程的關(guān)系描繪在坐標(biāo)４）、最后將圖上的同名參數(shù)點(diǎn)用直線或曲線連接起來(lái)，就得到所要繪制的能量（壓力）坡度線。礦井應(yīng)用30hv1012345678910P0壓力Pa流程擴(kuò)散器P真空P3、擴(kuò)散器回收動(dòng)能（相對(duì)靜壓為負(fù)值）

hv=hvex－h(huán)vex’hRd合理hv=hvex－h(huán)vex’<hRd不合理在壓入段出現(xiàn)相對(duì)靜壓為負(fù)值現(xiàn)象分析：hR9～10=(P9＋hv9)－(P10+hv10)=P9＋hv9－P0－h(huán)v10=h9＋hv9－h(huán)v10如果：hv9－h(huán)v10>hR9～10，則，∴h9=hR9～10－（hv9－h(huán)v10）h9<0（為負(fù)值）

（三）、通風(fēng)機(jī)全壓（Ht）1、通風(fēng)機(jī)全壓的概念

Ht=Pt6－Pt52、通風(fēng)機(jī)全壓Ht與風(fēng)道通風(fēng)阻力、出口動(dòng)能損失的關(guān)系

hR6～10=Pt6－Pt10∴Pt6=hR6～10＋Pt10，hR0～5=Pt0－Pt5∴Pt5=Pt0－h(huán)R0～5，

Ht=Pt6－Pt5=hR6～10＋Pt10－（Pt0－h(huán)R0～5）

=hR6～10＋P0＋hv10－（P0－h(huán)R0～5）=hR6～10＋hv10＋hR0～5

Ht=hR0～10＋hv10

Hs=hR0～10,Ht=Hs＋hv10

b、壓入段

求i斷面至出口斷面的通風(fēng)阻力：hRi～10=hti－h(huán)t10=hti－h(huán)v10

求任意兩斷面（i、j）的通風(fēng)阻力：hRi～j=Pti－Ptj=hti－h(huán)tj

10（一）、能量（壓力）坡度線的作法（二）、能量（壓力）坡度線的分析1、通風(fēng)阻力與能量（壓力）坡度線關(guān)系

任意兩斷面間的通風(fēng)阻力就等于兩斷面的全壓差：

a、抽出段

求入口斷面至i斷面的通風(fēng)阻力：hR0～i=ht0－h(huán)ti=－h(huán)ti

求任意兩斷面（i、j）的通風(fēng)阻力：hRi～j=Pti－Ptj=hti－h(huán)tj

=|htj|

－|hti|

0123456789P01234567891002、能量（壓力）坡度線直觀明了地表達(dá)了風(fēng)流流動(dòng)過(guò)程中的能量變化。絕對(duì)全壓（相對(duì)全壓）沿程是逐漸減小的；絕對(duì)靜壓（相對(duì)靜壓）沿程分布是隨動(dòng)壓的大小變化而變化。9910相對(duì)靜壓的負(fù)值越大，其擴(kuò)散器回收動(dòng)能的效果越好。礦井應(yīng)用313、擴(kuò)散器回收動(dòng)能（相對(duì)靜壓為負(fù)值）（三）、通風(fēng)機(jī)全壓（Ht兩個(gè)特例：a）、無(wú)正壓通風(fēng)段（6斷面直接通大氣）通風(fēng)機(jī)全壓仍為：Ht=Pt6－Pt5

∵Pt5=Pt０－h(huán)R０～5；Pt6=P0＋hv6∴Ht=hR０～5＋hv6b）、無(wú)負(fù)壓通風(fēng)段（５斷面直接通大氣）∵Pt6=hR6～10＋Pt10，Pt10=P0＋hv10；Pt5=P0∴Ht=hR6～10＋hv10

無(wú)論通風(fēng)機(jī)作何種工作方式，通風(fēng)機(jī)的全壓都是用于克服風(fēng)道的通風(fēng)阻力和出口動(dòng)能損失；其中通風(fēng)機(jī)靜壓用于克服風(fēng)道的通風(fēng)阻力。抽出式通風(fēng)方式壓入式通風(fēng)方式5066510礦井應(yīng)用32兩個(gè)特例：抽出式通風(fēng)方式壓入式通風(fēng)方式5066510礦井應(yīng)用二、通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)流能量（壓力）坡度線(一)通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)流能量（壓力）坡度線繪制礦井通風(fēng)系統(tǒng)的能量（壓力）坡度線(一般用絕對(duì)壓力)的方法：是沿風(fēng)流流程布設(shè)若干測(cè)點(diǎn)，測(cè)出各點(diǎn)的絕對(duì)靜壓、風(fēng)速、溫度、濕度、標(biāo)高等參數(shù)，計(jì)算出各點(diǎn)的動(dòng)壓、位能和總能量；然后在壓力（縱坐標(biāo)）－－風(fēng)流流程（橫坐標(biāo)）坐標(biāo)圖上描出各測(cè)點(diǎn)，將同名參數(shù)點(diǎn)用折線連接起來(lái)，即是所要繪制的通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)流能量（壓力）坡度線。

１２３４礦井應(yīng)用33二、通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)流能量（壓力）坡度線１２３４礦井應(yīng)用33b0c0d0a1a2b2c2a0(a)b

(b1)c(c1)dd1d2P0Pa壓能eEP01EP04HNHt１、能量（壓力）坡度線（a-b-c-d）清楚地反映了風(fēng)流在流動(dòng)過(guò)程中，沿程各斷面上全能量與通風(fēng)阻力hR之間的關(guān)系。全能量沿程逐漸下降，從入風(fēng)口至某斷面的通風(fēng)阻力就等于該斷面上全能量的下降值（如b0b），任意兩斷面間的通風(fēng)阻力等于這兩個(gè)斷面全能量下降值的差。2、絕對(duì)全壓和絕對(duì)靜壓坡度線的坡度線變化有起伏（如1~2段風(fēng)流由上向下流動(dòng)，位能逐漸減小，靜壓逐漸增大；在3~4段其壓力坡度線變化正好相反，靜壓逐漸減小，位能逐漸增大）。說(shuō)明，靜壓和位能之間可以相互轉(zhuǎn)化。(二)礦井通風(fēng)系統(tǒng)能量（壓力）坡度線的分析3、1、４斷面的位能差(EP01-EP04)叫做自然風(fēng)壓(HN)。HN和通風(fēng)機(jī)全壓（Ht)共同克服礦井通風(fēng)阻力和出口動(dòng)能損失。

HN+Ht(d2~e)=(d0~d)+(d1~d2)４、能量（壓力）坡度線可以清楚的看到風(fēng)流沿程各種能量的變化情況。特別是在復(fù)雜通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中，利用能量（壓力）坡度線可以直觀地比較任意兩點(diǎn)間的能量大小，判斷風(fēng)流方向。這對(duì)分析研究局部系統(tǒng)的均壓防滅火和控制瓦斯涌出是有力的工具。（例見(jiàn)Ｐ３３）礦井應(yīng)用34b0c0d0a1a2b2c2a0(a)b(b1)c(c1)例2如圖2-4-4所示的同采工作面簡(jiǎn)化系統(tǒng)，風(fēng)流從進(jìn)風(fēng)上山經(jīng)繞道1分為二路；一路流經(jīng)1－２－３－４(2－３為工作面Ⅰ)；另一路流經(jīng)１－５－６－４（５－６為工作面Ⅱ）。兩路風(fēng)流在回風(fēng)巷匯合后進(jìn)入回風(fēng)上山。如果某一工作面或其采空區(qū)出現(xiàn)有害氣體是否會(huì)影響另一工作面？

解：要回答這一問(wèn)題，可以借助壓力坡度線來(lái)進(jìn)行分析。為了繪制壓力坡度線，必須對(duì)該局部系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)的測(cè)定。根據(jù)測(cè)算的結(jié)果即可繪出壓力坡度線見(jiàn)圖2-4-5。由壓力坡度線可見(jiàn)，1－２－３－４線路上各點(diǎn)風(fēng)流的全能量大于１－５－６－４線路上各對(duì)應(yīng)點(diǎn)風(fēng)流的全能量。所以工作面Ⅰ通過(guò)其采空區(qū)向工作面Ⅱ漏風(fēng)，如果工作面Ⅰ或其采空區(qū)發(fā)生火災(zāi)時(shí)其有害氣體將會(huì)流向工作面Ⅱ，影響工作面Ⅱ的安全生產(chǎn)。123456ⅠⅡ0123456ⅠⅡ壓力流程礦井應(yīng)用35例2如圖2-4-4所示的同采工作面簡(jiǎn)化系統(tǒng)，風(fēng)流從進(jìn)風(fēng)上三、通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相對(duì)壓能圖和相對(duì)等熵靜壓圖

對(duì)于較復(fù)雜的通風(fēng)系統(tǒng)，由于井巷分支多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，用壓力坡度線表示就會(huì)出現(xiàn)坡度線相互交錯(cuò)，給使用帶來(lái)不便。為此提出了使用通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相對(duì)壓能圖或相對(duì)等熵靜壓圖。實(shí)質(zhì)：就是節(jié)點(diǎn)賦于壓能值的通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖。壓能圖各節(jié)點(diǎn)的壓能值是相對(duì)于某一基準(zhǔn)面所具有的總能量值；或是相對(duì)某一參考面（如進(jìn)風(fēng)井口等）之間的通風(fēng)阻力。壓能圖的繪制與能量（壓力）坡度線的繪制基本相同。

礦井應(yīng)用36三、通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相對(duì)壓能圖和相對(duì)等熵靜壓圖礦井應(yīng)用36波蘭學(xué)者提出了用相對(duì)等熵靜壓圖來(lái)表示通風(fēng)系統(tǒng)中風(fēng)流各點(diǎn)的能位關(guān)系，因?yàn)槟骋还?jié)點(diǎn)的相對(duì)靜壓hi=Pi-P0i，而井巷風(fēng)流的P0i未知。假設(shè)大氣壓隨高度變化屬理想的絕熱等熵過(guò)程，根據(jù)氣態(tài)方程可推算P0i，記為Pi。只要實(shí)測(cè)出通風(fēng)系統(tǒng)中風(fēng)流i點(diǎn)的絕對(duì)靜壓Pi，它與對(duì)應(yīng)高度的等熵靜壓之差就是相對(duì)等熵靜：以相對(duì)等熵靜壓為縱坐標(biāo)，橫坐標(biāo)無(wú)標(biāo)量，按通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置，即可畫出相對(duì)等熵靜壓圖。礦井應(yīng)用37波蘭學(xué)者提出了用相對(duì)等熵靜壓圖來(lái)表示通風(fēng)系統(tǒng)中風(fēng)流各點(diǎn)的能位第二章

礦井空氣流動(dòng)的基本理論38第二章

礦井空氣流動(dòng)的基本理論1第一節(jié)空氣的主要物理參數(shù)第二節(jié)風(fēng)流的能量與壓力第三節(jié)礦井通風(fēng)中的能量方程第四節(jié)能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用39第一節(jié)空氣的主要物理參數(shù)第二節(jié)風(fēng)流的能量與壓力第三節(jié)礦第二章礦井空氣流動(dòng)的基本理論

主要研究?jī)?nèi)容：礦井空氣沿井巷流動(dòng)過(guò)程中宏觀力學(xué)參數(shù)的變化規(guī)律以及能量的轉(zhuǎn)換關(guān)系。介紹空氣的主要物理參數(shù)、性質(zhì)，討論空氣在流動(dòng)過(guò)程中所具有的能量（壓力）及其能量的變化。根據(jù)熱力學(xué)第一定律和能量守恒及轉(zhuǎn)換定律，結(jié)合礦井風(fēng)流流動(dòng)的特點(diǎn)，推導(dǎo)了礦井空氣流動(dòng)過(guò)程中的能量方程，介紹了能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用。40第二章礦井空氣流動(dòng)的基本理論主要研究?jī)?nèi)容：礦井一、溫度溫度是描述物體冷熱狀態(tài)的物理量。測(cè)量溫度的標(biāo)尺簡(jiǎn)稱溫標(biāo)。礦井表示氣候條件的主要參數(shù)之一。

國(guó)際單位為：熱力學(xué)溫標(biāo)，其單位為K(kelvin),用符號(hào)T來(lái)表示，熱力學(xué)溫標(biāo)規(guī)定純水三相態(tài)點(diǎn)溫度（汽、液、固三相平衡態(tài)時(shí)的溫度）為基本定點(diǎn)，定義為273.15K。常用的攝氏溫標(biāo)為實(shí)用溫標(biāo)，用t表示，單位為攝氏度℃。攝氏溫標(biāo)的每1℃與熱力學(xué)溫標(biāo)的每1K完全相同，它們之間的關(guān)系為：T=273.15+t溫度是礦井表征氣候條件的主要參數(shù)，《規(guī)程》規(guī)定：生產(chǎn)礦井采掘工作面的空氣溫度不得超過(guò)26℃，機(jī)電硐室的空氣溫度不得超過(guò)30℃。第一節(jié)空氣的主要物理參數(shù)物理參數(shù)41一、溫度第一節(jié)空氣的主要物理參數(shù)物理參數(shù)4二、壓力（壓強(qiáng)）

在礦井通風(fēng)學(xué)中，習(xí)慣把壓強(qiáng)稱為壓力。

大氣壓力：地球表面一層很厚的空氣層對(duì)地面所形成的壓力。其大小取決于大重力場(chǎng)中位置相對(duì)高度，空氣相對(duì)溫度、濕度（相對(duì)濕度）和氣體成分等參數(shù)。空氣的壓力也稱為空氣的靜壓，用符號(hào)P表示。它是空氣分子熱運(yùn)動(dòng)對(duì)器壁碰撞的宏觀表現(xiàn)。計(jì)算公式為：P=2/3n(1/2mv2)氣體的靜壓力是單位體積內(nèi)氣體分子不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)總動(dòng)能的2/3轉(zhuǎn)化為能對(duì)外做功的機(jī)械能的宏觀表現(xiàn)，故壓力的大小表示單位體積氣體的壓能的數(shù)量，這是氣體所具有的普遍的物理性質(zhì)，其大小可以用儀器來(lái)測(cè)量，空盒氣壓計(jì)、水銀氣壓計(jì)、水柱計(jì)、精密氣壓計(jì)等可以用來(lái)測(cè)量壓力。物理參數(shù)42二、壓力（壓強(qiáng)）物理參數(shù)5不同標(biāo)高處的空氣壓力比值

標(biāo)高z/m+1000±0-1000p/po0.8881.01.126實(shí)際上各地的大氣壓力還和地表氣象因素有關(guān)，一年四季，甚至一晝夜內(nèi)都有明顯的變化。例如：淮南一晝夜內(nèi)氣壓變化一般為270～400Pa有時(shí)可達(dá)1300Pa，一年中大氣壓變化可高達(dá)4000～5300Pa。一般來(lái)講，在同一水平面，不大的范圍內(nèi)，可以認(rèn)為空氣壓力是相同的。物理參數(shù)43不同標(biāo)高處的空氣壓力比值標(biāo)高z/m+1000±0-1000三、濕度表示空氣中所含水蒸汽量的多少或潮濕程度。表示空氣濕度的方法：絕對(duì)濕度、相對(duì)溫度和含濕量三種１、絕對(duì)濕度每立方米空氣中所含水蒸汽的質(zhì)量叫空氣的絕對(duì)濕度。其單位與密度單位相同（Kg/m3），其值等于水蒸汽在其分壓力與溫度下的密度。v=Mv/V

飽和空氣：在一定的溫度和壓力下，單位體積空氣所能容納水蒸汽量是有極限的，超過(guò)這一極限值，多余的水蒸汽就會(huì)凝結(jié)出來(lái)。這種含有極限值水蒸汽的濕空氣叫飽和空氣，這時(shí)水蒸氣分壓力叫飽和水蒸分壓力，PS，其所含的水蒸汽量叫飽和濕度s

。２、相對(duì)濕度單位體積空氣中實(shí)際含有的水蒸汽量（V）與其同溫度下的飽和水蒸汽含量（S）之比稱為空氣的相對(duì)濕度φ＝V／S反映空氣中所含水蒸汽量接近飽和的程度。

物理參數(shù)44三、濕度物理參數(shù)7Φ愈小空氣愈干爆，φ＝０為干空氣；φ愈大空氣愈潮濕，φ＝１為飽和空氣。溫度下降，其相對(duì)濕度增大，冷卻到φ=1時(shí)的溫度稱為露點(diǎn)露點(diǎn)：將不飽和空氣冷卻時(shí)，隨著溫度逐漸下降，相對(duì)濕度逐漸增大，當(dāng)達(dá)到100％時(shí)，此時(shí)的溫度稱為露點(diǎn)。上例甲地、乙地的露點(diǎn)分別為多少？

物理參數(shù)45Φ愈小空氣愈干爆，φ＝０為干空氣；物理參３、含濕量

含有1kg干空氣的濕空氣中所含水蒸汽的質(zhì)量（kg）稱為空氣的含濕量。d=V／d,

干空氣的氣體常數(shù)Rd=287.041J/（kg*k）水蒸氣的氣體常數(shù)Rd=461.393J/（kg*k）

V=φPs/461T

d=(P-φPs)/287Td=0.622

φPs/(P-φPs)四、焓

焓是一個(gè)復(fù)合的狀態(tài)參數(shù)，它是內(nèi)能u和壓力功PV之和，焓也稱熱焓。i=id+d?iV=1.0045t+d(2501+1.85t)實(shí)際應(yīng)用焓-濕圖（I-d)物理參數(shù)46３、含濕量物理參數(shù)9五、粘性流體抵抗剪切力的性質(zhì)。當(dāng)流體層間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在流體內(nèi)部?jī)蓚€(gè)流體層的接觸面上，便產(chǎn)生粘性阻力(內(nèi)摩擦力)以阻止相對(duì)運(yùn)動(dòng)，流體具有的這一性質(zhì)，稱作流體的粘性。其大小主要取決于溫度。

根據(jù)牛頓內(nèi)摩擦定律有：式中：μ－－比例系數(shù)，代表空氣粘性，稱為動(dòng)力粘性或絕對(duì)粘度。其國(guó)際單位：帕.秒，寫作：Pa.S。運(yùn)動(dòng)粘度為：溫度是影響流體粘性主要因素，氣體，隨溫度升高而增大，液體而降低Vy粘性取決于分子間的吸引力和熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)量交換。溫度升高，則分子間的吸引力降低，動(dòng)量會(huì)增加。對(duì)于液體，分子間的吸引力為主要影響因素；對(duì)于氣體，分子間熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生動(dòng)量交換是決定性因素。物理參數(shù)47五、粘性Vy粘性取決于分子間的吸引力和熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)量交換。物理六、密度

單位體積空氣所具有的質(zhì)量稱為空氣的密度，與P、t、濕度等有關(guān)。濕空氣密度為干空氣密度和水蒸汽密度之和，即：

V=φPs/461T

d=(P-φPs)/287T

根據(jù)氣體狀態(tài)方程，可推出空氣密度計(jì)算公式：

式中：P為大氣壓，Ｐsat為飽和水蒸汽壓，單位：Pa；φ為相對(duì)濕度；Ｔ為空氣絕對(duì)溫度，T=t+273,K。

式中：P為大氣壓，Ｐsat為飽和水蒸汽壓，單位：mmHg。注意：Ｐ和Ｐsat單位一致。

物理參數(shù)48六、密度物理參數(shù)11第二節(jié)風(fēng)流的能量與壓力能量與壓力是通風(fēng)工程中兩個(gè)重要的基本概念，壓力可以理解為：?jiǎn)挝惑w積空氣所具有的能夠?qū)ν庾鞴Φ臋C(jī)械能。一、風(fēng)流的能量與壓力1.靜壓能－靜壓（1）靜壓能與靜壓的概念空氣的分子無(wú)時(shí)無(wú)刻不在作無(wú)秩序的熱運(yùn)動(dòng)。這種由分子熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的分子動(dòng)能的一部分轉(zhuǎn)化的能夠?qū)ν庾鞴Φ臋C(jī)械能叫靜壓能，J／m3，在礦井通風(fēng)中，壓力的概念與物理學(xué)中的壓強(qiáng)相同，即單位面積上受到的垂直作用力。靜壓PaN/m2也可稱為是靜壓能，值相等（２）靜壓特點(diǎn)a.無(wú)論靜止的空氣還是流動(dòng)的空氣都具有靜壓力；b.風(fēng)流中任一點(diǎn)的靜壓各向同值，且垂直于作用面；c.風(fēng)流靜壓的大?。梢杂脙x表測(cè)量）反映了單位體積風(fēng)流所具有的能夠?qū)ν庾鞴Φ撵o壓能的多少。如說(shuō)風(fēng)流的壓力為101332Pa，則指風(fēng)流1m3具有101332J的靜壓能。區(qū)別：能量促使空氣流動(dòng)的根本原因是能量差壓力對(duì)外做功有力的表現(xiàn)聯(lián)系:風(fēng)流任一斷面上都有壓能、位能和動(dòng)能，而這三種能量又分別可用相應(yīng)的靜壓、位壓和動(dòng)壓（速壓）來(lái)體現(xiàn)。能量壓力49第二節(jié)風(fēng)流的能量與壓力區(qū)別：能量促使空氣流動(dòng)的根（３）壓力的兩種測(cè)算基準(zhǔn)（表示方法）根據(jù)壓力的測(cè)算基準(zhǔn)不同，壓力可分為：絕對(duì)壓力和相對(duì)壓力。A、絕對(duì)壓力：以真空為測(cè)算零點(diǎn)（比較基準(zhǔn)）而測(cè)得的壓力稱之為絕對(duì)壓力，用P表示。B、相對(duì)壓力：以當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)赝瑯?biāo)高的大氣壓力為測(cè)算基準(zhǔn)(零點(diǎn))測(cè)得的壓力稱之為相對(duì)壓力，即通常所說(shuō)的表壓力，用h表示。風(fēng)流的絕對(duì)壓力（P）、相對(duì)壓力（h）和與其對(duì)應(yīng)的大氣壓（P0）三者之間的關(guān)系如下式所示：h=P－P0abPa真空P0Pbha(+)hb(-)P0能量壓力50（３）壓力的兩種測(cè)算基準(zhǔn)（表示方法）abPa真空P0PbhaPi

與hi

比較：I、絕對(duì)靜壓總是為正，而相對(duì)靜壓有正負(fù)之分；II、同一斷面上各點(diǎn)風(fēng)流的絕對(duì)靜壓隨高度變化而變化，而相對(duì)靜壓與高度無(wú)關(guān)。III、Pi可能大于、等于或小于與該點(diǎn)同標(biāo)高的大氣壓(P0i)。2、重力位能（1)重力位能的概念物體在地球重力場(chǎng)中因地球引力的作用，由于位置的不同而具有的一種能量叫重力位能，簡(jiǎn)稱位能，用EPO

表示。如果把質(zhì)量為M（kg）的物體從某一基準(zhǔn)面提高Z（m），就要對(duì)物體克服重力作功M.g.Z（J），物體因而獲得同樣數(shù)量（M.g.Z）的重力位能。即：EPO=M.g.Z重力位能是一種潛在的能量，它只有通過(guò)計(jì)算得其大小，而且是一個(gè)相對(duì)值。實(shí)際工作中一般計(jì)算位能差。（２）位能計(jì)算重力位能的計(jì)算應(yīng)有一個(gè)參照基準(zhǔn)面。Ep012=∫igdzi如下圖1－２兩斷面之間的位能差：dzi１２２１能量壓力51Pi與hi比較：dzi１２２１能量壓力14（3)位能與靜壓的關(guān)系

當(dāng)空氣靜止時(shí)（v=0），由空氣靜力學(xué)可知：各斷面的機(jī)械能相等。設(shè)以2-2斷面為基準(zhǔn)面：1-1斷面的總機(jī)械能E1=EPO1+P12-2斷面的總機(jī)械能E2=EPO2+P2由E1=E2得：EPO1+P1=EPO2+P2

由于EPO2=0（2-2斷面為基準(zhǔn)面），EPO1=12.g.Z12，所以：P2=EPO1+P1=12.g.Z12+P1

說(shuō)明：Ｉ、位能與靜壓能之間可以互相轉(zhuǎn)化。II、在礦井通風(fēng)中把某點(diǎn)的靜壓和位能之和稱之為勢(shì)能。（4)位能的特點(diǎn)a.位能是相對(duì)某一基準(zhǔn)面而具有的能量，它隨所選基準(zhǔn)面的變化而變化。但位能差為定值。b.位能是一種潛在的能量，它在本處對(duì)外無(wú)力的效應(yīng)，即不呈現(xiàn)壓力，故不能象靜壓那樣用儀表進(jìn)行直接測(cè)量。c.位能和靜壓可以相互轉(zhuǎn)化，在進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化時(shí)遵循能量守恒定律。dzi１２２１能量壓力52（3)位能與靜壓的關(guān)系dzi１２２１能量壓力153.動(dòng)能－動(dòng)壓（1)動(dòng)能與動(dòng)壓的概念當(dāng)空氣流動(dòng)時(shí)，除了位能和靜壓能外，還有空氣定向運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，用Ev表示，J/m3；其動(dòng)能所轉(zhuǎn)化顯現(xiàn)的壓力叫動(dòng)壓或稱速壓，用符號(hào)hv表示，單位Pa。（2)動(dòng)壓的計(jì)算單位體積空氣所具有的動(dòng)能為：Evi＝i×V2×0.5

式中：i－－i點(diǎn)的空氣密度，Kg/m3；v－－i點(diǎn)的空氣流速，m/s。Evi對(duì)外所呈現(xiàn)的動(dòng)壓hvi，其值相同。（3)動(dòng)壓的特點(diǎn)a.只有作定向流動(dòng)的空氣才具有動(dòng)壓，因此動(dòng)壓具有方向性。b.動(dòng)壓總是大于零。垂直流動(dòng)方向的作用面所承受的動(dòng)壓最大（即流動(dòng)方向上的動(dòng)壓真值）；當(dāng)作用面與流動(dòng)方向有夾角時(shí)，其感受到的動(dòng)壓值將小于動(dòng)壓真值。c.在同一流動(dòng)斷面上，由于風(fēng)速分布的不均勻性，各點(diǎn)的風(fēng)速不相等，所以其動(dòng)壓值不等。d.某斷面動(dòng)壓即為該斷面平均風(fēng)速計(jì)算值。能量壓力533.動(dòng)能－動(dòng)壓能量壓力16（４）全壓風(fēng)道中任一點(diǎn)風(fēng)流，在其流動(dòng)方向上同時(shí)存在靜壓和動(dòng)壓，兩者之和稱之為該點(diǎn)風(fēng)流的全壓，即：全壓＝靜壓＋動(dòng)壓。由于靜壓有絕對(duì)和相對(duì)之分，故全壓也有絕對(duì)和相對(duì)之分。Ａ、絕對(duì)全壓（Pti）Pti＝Pi＋hviB、相對(duì)全壓（hti）hti＝hi＋hvi＝Pti－Poi

說(shuō)明：A、相對(duì)全壓有正負(fù)之分；B、無(wú)論正壓通風(fēng)還是負(fù)壓通風(fēng)，Pti>Pihti＞hi。二、風(fēng)流的點(diǎn)壓力之間相互關(guān)系風(fēng)流的點(diǎn)壓力是指測(cè)點(diǎn)的單位體積(1m3)空氣所具有的壓力。通風(fēng)管道中流動(dòng)的風(fēng)流的點(diǎn)壓力可分為：靜壓、動(dòng)壓和全壓。風(fēng)流中任一點(diǎn)i的動(dòng)壓、絕對(duì)靜壓和絕對(duì)全壓的關(guān)系為：hvi=Pti-Pi

hvi、hI和hti三者之間的關(guān)系為：hti=hi+hvi。能量壓力54（４）全壓能量壓力17壓入式通風(fēng)（正壓通風(fēng)）：風(fēng)流中任一點(diǎn)的相對(duì)全壓恒為正。∵PtiandPi>Poi∴hi＞０，hti＞0且hti＞hi，hti=hi+hvi

壓入式通風(fēng)的實(shí)質(zhì)是使風(fēng)機(jī)出口風(fēng)流的能量增加，即出口風(fēng)流的絕對(duì)壓力大于風(fēng)機(jī)進(jìn)口的壓力。抽出式通風(fēng)（負(fù)壓通風(fēng)）：風(fēng)流中任一點(diǎn)的相對(duì)全壓恒為負(fù)，對(duì)于抽出式通風(fēng)由于hti和hi為負(fù)，實(shí)際計(jì)算時(shí)取其絕對(duì)值進(jìn)行計(jì)算。

∵PtiandPi＜Poihti＜0且hti＞hi，但|hti|<|hi|實(shí)際應(yīng)用中，因?yàn)樨?fù)通風(fēng)風(fēng)流的相對(duì)全壓和相對(duì)靜壓均為負(fù)值，故在計(jì)算過(guò)程中取其絕對(duì)值進(jìn)行計(jì)算。即：|

hti|=|hi|－h(huán)vi

抽出式通風(fēng)的實(shí)質(zhì)是使風(fēng)機(jī)入口風(fēng)流的能量降低，即入口風(fēng)流的絕對(duì)壓力小于風(fēng)機(jī)出口的壓力。

能量壓力55壓入式通風(fēng)（正壓通風(fēng)）：風(fēng)流中任一點(diǎn)的相對(duì)全壓恒為正。能量壓hvhtb(-)hb(-)風(fēng)流點(diǎn)壓力間的關(guān)系abPa真空P0Pbha(+)P0Ptahvhta(+)Ptb抽出式通風(fēng)壓入式通風(fēng)壓入式通風(fēng)抽出式通風(fēng)能量壓力56hvhtb(-)hb(-)風(fēng)流點(diǎn)壓力間的關(guān)系abPa真空P三、風(fēng)流點(diǎn)壓力的測(cè)定１、礦井主要壓力測(cè)定儀器儀表（１）絕對(duì)壓力測(cè)量：空盒氣壓計(jì)、精密氣壓計(jì)、水銀氣壓計(jì)等。（２）壓差及相對(duì)壓力測(cè)量：恒溫氣壓計(jì)、“Ｕ”水柱計(jì)、補(bǔ)償式微壓計(jì)、傾斜單管壓差計(jì)。（３）感壓儀器：皮托管，承受和傳遞壓力，+-測(cè)壓２、壓力測(cè)定（１）絕對(duì)壓力－－直接測(cè)量讀數(shù)。（２）相對(duì)靜壓(以如圖正壓通風(fēng)為例)（注意連接方法）：＋－０’０’hizP0i能量壓力57三、風(fēng)流點(diǎn)壓力的測(cè)定＋－０’０’hizP0i能量壓力20第三節(jié)礦井通風(fēng)中的能量方程當(dāng)空氣在井巷中流動(dòng)時(shí)，將會(huì)受到通風(fēng)阻力的作用，消耗其能量；為保證空氣連續(xù)不斷地流動(dòng)，就必需有通風(fēng)動(dòng)力對(duì)空氣作功，使得通風(fēng)阻力和通風(fēng)動(dòng)力相平衡。一、空氣流動(dòng)連續(xù)性方程在礦井巷道中流動(dòng)的風(fēng)流是連續(xù)不斷的介質(zhì)，充滿它所流經(jīng)的空間。在無(wú)點(diǎn)源或點(diǎn)匯存在時(shí)，根據(jù)質(zhì)量守恒定律：對(duì)于穩(wěn)定流，流入某空間的流體質(zhì)量必然等于流出其的流體質(zhì)量。如圖井巷中風(fēng)流從1斷面流向2斷面，作定常流動(dòng)時(shí)，有：

Mi=constρ１V1S1＝ρ２V２S２

ρ１、ρ2－－1、2斷面上空氣的平均密度，kg/m3；V1,，V2－－1、2斷面上空氣的平均流速，m/s；S1、S2－－1、２斷面面積，m2。１２能量方程58第三節(jié)礦井通風(fēng)中的能量方程１２能量方程21若ρ１＝ρ２，則V1S1＝V２S2。對(duì)于不可壓縮流體，通過(guò)任一斷面的體積流量相等，即Q=viSi=const能量方程59能量方程22二、可壓縮流體的能量方程能量方程表達(dá)了空氣在流動(dòng)過(guò)程中的壓能、動(dòng)能和位能的變化規(guī)律，是能量守恒和轉(zhuǎn)換定律在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用。（一）、單位質(zhì)量(1kg)流量的能量方程在井巷通風(fēng)中，風(fēng)流的能量由機(jī)械能（靜壓能、動(dòng)壓能、位能）和內(nèi)能組成，常用1kg空氣或1m3空氣所具有的能量表示。

機(jī)械能：靜壓能、動(dòng)壓能和位能之和。

內(nèi)能：風(fēng)流內(nèi)部所具有的分子內(nèi)動(dòng)能與分子位能之和。空氣的內(nèi)能是空氣狀態(tài)參數(shù)的函數(shù)，即：u=f（T，P）。能量分析１２z1z200p1、v1、u1p2、v2、u2qLRqR能量方程60二、可壓縮流體的能量方程１２z1z200p1、v1、u1p2風(fēng)流靜壓的大小P（可以用儀表測(cè)量）反映了單位體積風(fēng)流所具有的能夠?qū)ν庾鞴Φ撵o壓能的多少，轉(zhuǎn)化為單位質(zhì)量的風(fēng)流所具有的靜壓能則為：Ｐ×任一斷面風(fēng)流總機(jī)械能：壓能＋動(dòng)能＋位能

任一斷面風(fēng)流總能量：壓能＋動(dòng)能＋位能＋內(nèi)能，

所以，對(duì)單位質(zhì)量流體有：

能量方程61風(fēng)流靜壓的大小P（可以用儀表測(cè)量）反映了單位體積風(fēng)流所具有的（二）、單位體積(1m3)流量的能量方程

我國(guó)礦井通風(fēng)中習(xí)慣使用單位體積（1m3）流體的能量方程。在考慮空氣的可壓縮性時(shí)，那么1m3空氣流動(dòng)過(guò)程中的能量損失（hR，J/m3（Pa），即通風(fēng)阻力）可由1kg空氣流動(dòng)過(guò)程中的能量損失（LRJ/Kg）乘以按流動(dòng)過(guò)程狀態(tài)考慮計(jì)算的空氣密度m，即：hR=LR.m；則單位體積(1m3)流量的能量方程的書寫形式為：

能量方程62（二）、單位體積(1m3)流量的能量方程

我國(guó)礦井通風(fēng)中習(xí)慣補(bǔ)充：國(guó)內(nèi)最常用的公式：能量方程63補(bǔ)充：國(guó)內(nèi)最常用的公式：能量方程26（三）、關(guān)于能量方程使用的幾點(diǎn)說(shuō)明1.能量方程的意義是，表示1kg（或1m3）空氣由1斷面流向2斷面的過(guò)程中所消耗的能量（通風(fēng)阻力），等于流經(jīng)1、2斷面間空氣總機(jī)械能（靜壓能、動(dòng)壓能和位能）的變化量。2.風(fēng)流流動(dòng)必須是穩(wěn)定流，即斷面上的參數(shù)不隨時(shí)間的變化而變化；所研究的始、末斷面要選在緩變流場(chǎng)上。3.風(fēng)流總是從總能量（機(jī)械能）大的地方流向總能量小的地方。在判斷風(fēng)流方向時(shí)，應(yīng)用始末兩斷面上的總能量來(lái)進(jìn)行，而不能只看其中的某一項(xiàng)。如不知風(fēng)流方向，列能量方程時(shí)，應(yīng)先假設(shè)風(fēng)流方向，如果計(jì)算出的能量損失（通風(fēng)阻力）為正，說(shuō)明風(fēng)流方向假設(shè)正確；如果為負(fù)，則風(fēng)流方與假設(shè)相反。4.正確選擇求位能時(shí)的基準(zhǔn)面。能量方程64（三）、關(guān)于能量方程使用的幾點(diǎn)說(shuō)明能量方程275.在始、末斷面間有壓源時(shí)，壓源的作用方向與風(fēng)流的方向一致，壓源為正，說(shuō)明壓源對(duì)風(fēng)流做功；如果兩者方向相反，壓源為負(fù)，則壓源成為通風(fēng)阻力。６.應(yīng)用能量方程時(shí)要注意各項(xiàng)單位的一致性。7、對(duì)于流動(dòng)過(guò)程中流量發(fā)生變化，則按總能量守恒與轉(zhuǎn)換定律列方程312能量方程655.在始、末斷面間有壓源時(shí)，壓源的作用方向與風(fēng)流的方向一致第四節(jié)能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用一、水平風(fēng)道的通風(fēng)能量（壓力）坡度線（一）、能量（壓力）坡度線的作法

能量（壓力）坡度線的意義：掌握能量（壓力）沿程變化情況；通風(fēng)能量（壓力）與通風(fēng)阻力之間的相互關(guān)系以及相互轉(zhuǎn)化；有利于通風(fēng)管理。012345678910擴(kuò)散器通風(fēng)機(jī)如圖所示的通風(fēng)機(jī)－水平風(fēng)道系統(tǒng)，繪制能量（壓力）坡度線。１、風(fēng)流的邊界條件

入口斷面處：Ptin=P0，所以，htin=0，hin=-hvin；出口斷面處：Pex=P0，所以，hex=0，htex=hvex；礦井應(yīng)用66第四節(jié)能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用一、水平風(fēng)道的通風(fēng)能量（hv1012345678910P0壓力Pa流程擴(kuò)散器P真空P1靜壓坡度線全壓坡度線12345678910２、作圖步驟１）、以縱坐標(biāo)為壓力（相對(duì)壓力或絕對(duì)壓力），橫坐標(biāo)為風(fēng)流流程。２）、根據(jù)邊界條件確定起始點(diǎn)位置。３）、將各測(cè)點(diǎn)的相對(duì)靜壓和相對(duì)全壓與其流程的關(guān)系描繪在坐標(biāo)４）、最后將圖上的同名參數(shù)點(diǎn)用直線或曲線連接起來(lái)，就得到所要繪制的能量（壓力）坡度線。礦井應(yīng)用67hv1012345678910P0壓力Pa流程擴(kuò)散器P真空P3、擴(kuò)散器回收動(dòng)能（相對(duì)靜壓為負(fù)值）

hv=hvex－h(huán)vex’hRd合理hv=hvex－h(huán)vex’<hRd不合理在壓入段出現(xiàn)相對(duì)靜壓為負(fù)值現(xiàn)象分析：hR9～10=(P9＋hv9)－(P10+hv10)=P9＋hv9－P0－h(huán)v10=h9＋hv9－h(huán)v10如果：hv9－h(huán)v10>hR9～10，則，∴h9=hR9～10－（hv9－h(huán)v10）h9<0（為負(fù)值）

（三）、通風(fēng)機(jī)全壓（Ht）1、通風(fēng)機(jī)全壓的概念

Ht=Pt6－Pt52、通風(fēng)機(jī)全壓Ht與風(fēng)道通風(fēng)阻力、出口動(dòng)能損失的關(guān)系

hR6～10=Pt6－Pt10∴Pt6=hR6～10＋Pt10，hR0～5=Pt0－Pt5∴Pt5=Pt0－h(huán)R0～5，

Ht=Pt6－Pt5=hR6～10＋Pt10－（Pt0－h(huán)R0～5）

=hR6～10＋P0＋hv10－（P0－h(huán)R0～5）=hR6～10＋hv10＋hR0～5

Ht=hR0～10＋hv10

Hs=hR0～10,Ht=Hs＋hv10

b、壓入段

求i斷面至出口斷面的通風(fēng)阻力：hRi～10=hti－h(huán)t10=hti－h(huán)v10

求任意兩斷面（i、j）的通風(fēng)阻力：hRi～j=Pti－Ptj=hti－h(huán)tj

10（一）、能量（壓力）坡度線的作法（二）、能量（壓力）坡度線的分析1、通風(fēng)阻力與能量（壓力）坡度線關(guān)系

任意兩斷面間的通風(fēng)阻力就等于兩斷面的全壓差：

a、抽出