風(fēng)流能量方程及其在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用解析課件

補(bǔ)充知識(shí)：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：

ρ１

V1S1＝ρ２

V２S２

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補(bǔ)充知識(shí)：空氣流動(dòng)連續(xù)性方程１２兩種特例：（I）若S1＝S2，則ρ１

V1＝ρ２

V２；（II）若ρ１＝ρ２，則V1S1＝V２S２。對(duì)于不可壓縮流體，通過任一斷面的體積流量相等，即Q=viSi兩種特例：第三章礦井通風(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。3.1礦井風(fēng)流能量3.2能量方程3.3能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用第三章礦井通風(fēng)中的能量方程

當(dāng)空氣3.1礦井風(fēng)流能量礦井空氣沿井巷流動(dòng)，流動(dòng)的風(fēng)流任意斷面上都有壓能、位能、和動(dòng)能。這三種能量可分別用相應(yīng)的靜壓、位壓和動(dòng)壓（速壓）來體現(xiàn)。1.壓能及其計(jì)算定義：?jiǎn)挝蝗莘e風(fēng)流的壓能就是空氣的絕對(duì)靜壓，它是以真空狀態(tài)絕對(duì)零壓為比較狀態(tài)的靜壓，即以零壓力為起點(diǎn)表示的靜壓。絕對(duì)靜壓恒為正數(shù)。計(jì)算：A壓入式通風(fēng)：巷道任一測(cè)點(diǎn)的相對(duì)靜壓均為正值，故常把壓人式通風(fēng)稱為正壓通風(fēng)。B抽出式通風(fēng)：巷道風(fēng)流在任意一測(cè)點(diǎn)的相對(duì)靜壓均為負(fù)值，故常把抽出式通風(fēng)稱為負(fù)壓通風(fēng)。3.1礦井風(fēng)流能量礦井空氣沿井巷流動(dòng)，流動(dòng)的風(fēng)流任意斷面上3.1礦井風(fēng)流能量3.1礦井風(fēng)流能量3.1礦井風(fēng)流能量3.1礦井風(fēng)流能量3.1礦井風(fēng)流能量2.位能及其計(jì)算定義：風(fēng)流受地球引力的作用，任一斷面上單位體積風(fēng)流對(duì)某一設(shè)定基準(zhǔn)面產(chǎn)生的重力位能，稱為風(fēng)流的位能，有時(shí)也叫做位壓。計(jì)算：如圖3-3所示，斷面1處單位體積風(fēng)流對(duì)A-A基準(zhǔn)面的位能是:式中：Z1

—斷面1與基準(zhǔn)面垂直距離，m；—斷面1處的空氣密度，kg/m3；

—斷面1處的空氣重率，N/m3。3.1礦井風(fēng)流能量2.位能及其計(jì)算3.1礦井風(fēng)流能量3.1礦井風(fēng)流能量3.1礦井風(fēng)流能量圖3-3中1-2段風(fēng)流的位壓差為:3.1礦井風(fēng)流能量圖3-3中1-2段風(fēng)流的位壓差為:3.1礦井風(fēng)流能量3.動(dòng)能及其計(jì)算定義：當(dāng)空氣流動(dòng)時(shí)，空氣除了具有壓能和位能外，還有空氣定向運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，它轉(zhuǎn)化呈現(xiàn)的壓力稱為動(dòng)壓，又稱速壓。計(jì)算：設(shè)某點(diǎn)斷面處空氣的密度為(kg/m3)，其定向流動(dòng)的風(fēng)速為v(m/s)，則1m3空氣所具有的動(dòng)能Ev為:3.1礦井風(fēng)流能量3.動(dòng)能及其計(jì)算3.1礦井風(fēng)流能量4.全壓能定義：全壓能通常叫全壓，巷道內(nèi)單位體積的流動(dòng)空氣，在流動(dòng)方向上任意一測(cè)點(diǎn)，所產(chǎn)生的靜壓和速壓之和就稱為該測(cè)點(diǎn)的全壓能。計(jì)算：巷道風(fēng)流中某一斷面上單位體積空氣所具有的總機(jī)械能(全能)為壓能、位能、動(dòng)能三者之和。就其呈現(xiàn)的壓力來說，靜壓是反映某一斷面空氣分子熱運(yùn)動(dòng)的部分動(dòng)能，動(dòng)壓是反映空氣定向流動(dòng)的動(dòng)能，而某一斷面上空氣的位能在該點(diǎn)并不呈現(xiàn)壓力。因此，任一斷面的靜壓在任何方向上表現(xiàn)相同的數(shù)值，即各向同值，而動(dòng)壓卻只在垂直于其流動(dòng)方向的面積上呈現(xiàn)其正確值，即動(dòng)壓是有方向性的矢量。3.1礦井風(fēng)流能量4.全壓能3.1礦井風(fēng)流能量當(dāng)靜壓用絕對(duì)壓力Ps表示時(shí)，疊加后風(fēng)流的壓力為絕對(duì)全壓Pt，即風(fēng)流中任一點(diǎn)的絕對(duì)靜壓ps與相應(yīng)的動(dòng)壓pv之和等于該點(diǎn)的絕對(duì)全壓pt。如果靜壓用相對(duì)靜壓Hs表示時(shí)，疊加后風(fēng)流的壓力就是相對(duì)全壓Ht，相對(duì)全壓Ht等于相對(duì)靜壓HS與動(dòng)壓pv的代數(shù)和。3.1礦井風(fēng)流能量當(dāng)靜壓用絕對(duì)壓力Ps表示時(shí)，疊加后風(fēng)流的3.2能量方程1.單位質(zhì)量流體的能量方程礦井內(nèi)風(fēng)流沿井巷流動(dòng)中，不僅因克服阻力而損失能量，同時(shí)還不斷與外界環(huán)境進(jìn)行復(fù)雜的熱交換，所以風(fēng)流與外界除有能量傳遞外還有熱量交換。能量的變化遵循熱力學(xué)第一定律，即能量守恒定律。3.2能量方程1.單位質(zhì)量流體的能量方程3.2能量方程如圖3-4所示，在流體流經(jīng)的斷面1和斷面2的參數(shù)分別為：絕對(duì)靜壓p1和p2、流速v1和v2、斷面中心距基準(zhǔn)面的高度Z1和Z2。根據(jù)能量守恒、熱力學(xué)定律及礦井內(nèi)空氣變化的過程等知識(shí)，設(shè)此過程中克服風(fēng)流流動(dòng)阻力耗能為Hr（J/kg）,可得公式（3-6）。此式表示單位質(zhì)量可壓縮空氣由斷面1流到斷面2時(shí)的能量損失。3.2能量方程如圖3-4所示，在流體流經(jīng)的斷面1和斷面2的參3.2能量方程事實(shí)上，礦井空氣在井下流動(dòng)過程中，由于進(jìn)風(fēng)井空氣受壓縮、回風(fēng)井空氣膨脹，井巷中的空氣從巷道壁吸熱，整個(gè)礦井通風(fēng)網(wǎng)路的空氣狀態(tài)變化屬于多變過程，礦井內(nèi)空氣的容積和密度是變化的，氣體是可壓縮的。造成這種變化的原因主要有：一是空氣流經(jīng)水平井巷時(shí)，由于空氣柱的重力作用，使得風(fēng)流的密度和壓力增大，使得空氣密度增大；二是由于礦井采用機(jī)械抽出或壓人式通風(fēng)，主扇風(fēng)機(jī)形成的壓差作用于礦井的空氣，使得礦井空氣在通風(fēng)網(wǎng)路中空氣的壓力、密度發(fā)生變化；三是由于風(fēng)流流經(jīng)井巷斷面、地點(diǎn)的變化，使得風(fēng)流的風(fēng)速、溫度發(fā)生變化，空氣的密度亦發(fā)生變化。3.2能量方程事實(shí)上，礦井空氣在井下流動(dòng)過程中，由于進(jìn)風(fēng)井空3.2能量方程礦井空氣視為不可壓縮，其變化過程視為等容過程，即空氣的密度、重率是常數(shù)。式(3-7)表明，流體的壓能、位能和動(dòng)能三種能量的變化值之和用來滿足因克服阻力而消耗的機(jī)械功。3.2能量方程礦井空氣視為不可壓縮，其變化過程視為等容過程，3.2能量方程2.單位體積流體的能量方程在礦井通風(fēng)的實(shí)際應(yīng)用中，通常以體積流量作為風(fēng)流的流量單位，用風(fēng)流的密度乘式（3-7），并令，便得到單位體積氣體的能量方程：3.2能量方程2.單位體積流體的能量方程3.2能量方程方程式(3-8)表明：風(fēng)流在起末兩斷面間的壓能差、動(dòng)能差和位能差之和，等于風(fēng)流在起末斷面間為克服通風(fēng)阻力而損失的能量?；蛘哒f，這項(xiàng)能量損失就是風(fēng)流在起末兩斷面上的總能量之差，這項(xiàng)總能量之差叫做通風(fēng)壓力。風(fēng)流沿井巷的流動(dòng)過程，實(shí)質(zhì)就是通風(fēng)壓力與通風(fēng)阻力之間相互轉(zhuǎn)化的過程。所以，通風(fēng)壓力和通風(fēng)阻力同時(shí)產(chǎn)生，互相依存，大小相等，方向相反。為了克服通風(fēng)阻力，必須滿足相應(yīng)的通風(fēng)壓力，風(fēng)流從總能量大的斷面流向總能量小的斷面。3.2能量方程方程式(3-8)表明：風(fēng)流在起末兩斷面間的壓能3.3能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用1斷面相同的水平巷道2斷面不同的水平巷道3斷面相同的垂直或傾斜巷道4斷面變化的垂直或傾斜巷道3.3能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用1斷面相同的水平巷道1斷面相同的水平巷道

因?yàn)関1=v2，Z1=Z2，且溫差不大，即（動(dòng)壓項(xiàng)，位壓項(xiàng)為零），所以，由式（3-8），得

h12=P1－P2上式表明，斷面相同的水平巷道。兩斷面間的靜壓差即該段巷道的通風(fēng)阻力。11221斷面相同的水平巷道11222022/12/21212斷面不同的水平巷道因?yàn)閆1=Z2

則ρm1=ρm2,由（3-8）式，得

1測(cè)出靜壓P1，P2

,測(cè)出風(fēng)速v1，v2

,計(jì)算動(dòng)壓;2測(cè)出靜壓差和動(dòng)壓差（比托管，壓差計(jì)）.11222022/12/19212斷面不同的水平巷道1122022/12/21223斷面相同的垂直或傾斜巷道

因?yàn)関1=v2

，則各斷面上的空氣密度也近似相同，即（則動(dòng)壓項(xiàng)為零），則由（4.1）式上式表明，在斷面相同的垂直或傾斜巷道中，兩斷面間的靜壓差與

位壓差之和，等于井巷的通風(fēng)阻力。

1精密氣壓計(jì)得P1，P2

，丈量Z1，Z2

，計(jì)算ρm

；

2用比托管和壓差計(jì)，直接測(cè)出?p,即為h12。2112Z2Z1002022/12/19223斷面相同的垂直或傾斜巷道2022/12/21234斷面變化的垂直或傾斜巷道

用比托管和壓差計(jì)測(cè)定時(shí)（靜壓端），得到兩斷面的靜壓差和位壓差；再測(cè)出兩斷面的動(dòng)壓差，則可求得兩斷面間的通風(fēng)阻力。

1

12

22022/12/19234斷面變化的垂直或傾斜巷道112022/12/2124解：

=101324.72-101724.69+1.2×22÷2-1.2×1.672÷2+1.2×9.81×50=189.36(Pa)⊙（2）如圖,某傾斜巷道面積S1=5m2,S2=6m2,兩斷面垂直高差50m,通過風(fēng)量600m3/min,巷道內(nèi)空氣平均密度為1.2kg/m3,1、2兩斷面處的絕對(duì)靜壓分別為760mmHg與763mmHg(1mmHg=133.322Pa)。求該段巷道的通風(fēng)阻力。2022/12/1924⊙（2）如圖,某傾斜巷道面積S1=52022/12/2125解：

=101324.72-101724.69+1.2×22÷2-1.2×1.672÷2+1.2×9.81×50=189.36(Pa)p1=760×133.322=101324.72(Pa)p2=763×133.322=101724.69(Pa)v1=Q/60/S1=600/60/5=2（m/s）v2=Q/60/S2

=600/60/6=5/3=1.67(m/s)風(fēng)流方向1→2。2022/12/1925p1=760×133.322本次課內(nèi)容結(jié)束！請(qǐng)大家復(fù)習(xí)本次課內(nèi)容，并預(yù)習(xí)能量方程應(yīng)用第二部分內(nèi)容！謝謝！本次課內(nèi)容結(jié)束！2022/12/21272022/12/21273.3.2能量方程式在分析通風(fēng)動(dòng)力與阻力關(guān)系時(shí)的應(yīng)用1有扇風(fēng)機(jī)工作時(shí)的能量方程式2通風(fēng)動(dòng)力與阻力之間的關(guān)系

2022/12/19272022/12/19273.3.22022/12/2128281有扇風(fēng)機(jī)工作時(shí)的能量方程式（1）11222’2’1’1’

在所研究的1－2斷面間有扇風(fēng)機(jī)工作，則斷面1的全能量加上扇風(fēng)機(jī)的全壓，應(yīng)等于斷面2的全能量加1，2斷面間的通風(fēng)阻力，則單位體積流體的能量方程式為：2022/12/1928281有扇風(fēng)機(jī)工作時(shí)的能量方程式2022/12/21292022/12/21291有扇風(fēng)機(jī)工作時(shí)的能量方程式（2）

若為了專門研究扇風(fēng)機(jī)的工作狀況，可在貼近扇風(fēng)機(jī)的入口及出口處取兩斷面1’，2’，并考慮：①兩斷面間的通風(fēng)阻力忽略；②Z1gρm1

=Z2gρm2

，則由能量方程式可得：上式表明，扇風(fēng)機(jī)的全壓等于扇風(fēng)機(jī)出風(fēng)口與入風(fēng)口之間靜壓差與動(dòng)壓差之和。

2022/12/19292022/12/19291有扇風(fēng)2022/12/2130302通風(fēng)動(dòng)力與阻力之間的關(guān)系A(chǔ)壓入式通風(fēng)

B抽出式通風(fēng)

C扇風(fēng)機(jī)安裝在井下

D總結(jié)2022/12/1930302通風(fēng)動(dòng)力與阻力之間的關(guān)系2022/12/213131壓入式通風(fēng)（1）

列出1－2斷面的能量方程式，（3-15）

P1－Pa

為扇風(fēng)機(jī)在風(fēng)硐中所造成的相對(duì)靜壓，用Hs表示；

Z1gρm1-

Z2gρm2

為1，2兩斷面間的位能差，它相當(dāng)于因入、排風(fēng)井兩側(cè)空氣柱重量不同而形成的自然風(fēng)壓，以Hn表示。

z1221100z2ρ2ρ12022/12/193131壓入式通風(fēng)（1）列出2022/12/21322022/12/2132壓入式通風(fēng)（2）

由（3-15）式可得（3-16）式：上式說明，壓入式通風(fēng)時(shí)，扇風(fēng)機(jī)的靜壓與動(dòng)壓之和與自然風(fēng)壓共同作用，克服礦井阻力，并在出風(fēng)井口造成動(dòng)壓損失。為了使通風(fēng)阻力與扇風(fēng)機(jī)的全壓聯(lián)系起來，再列出1－0斷面的能量方程，h10＝0，P0＝pa（大氣壓），V0＝0。2022/12/19322022/12/1932壓入式2022/12/21332022/12/2133壓入式通風(fēng)（3）

斷面1-0間的能量方程式：即或，代入（3-16）式，得上式表明，扇風(fēng)機(jī)的全壓與自然風(fēng)壓共同作用，克服了礦井阻力，并在出風(fēng)口造成動(dòng)壓損失。

2022/12/19332022/12/1933壓入式2022/12/213434壓入式通風(fēng)的壓力分布圖

由壓入式通風(fēng)壓力分布圖中可看出如下特點(diǎn)：

1全巷道風(fēng)流處于正壓狀態(tài)；

2扇風(fēng)機(jī)的全壓Hf就等于扇風(fēng)機(jī)風(fēng)硐中風(fēng)流的全壓Ht

，即Pah12Hv2Hv1HsHf1100Pa2022/12/193434壓入式通風(fēng)的壓力分布圖Pah12022/12/21352022/12/2135抽出式通風(fēng)（1）312321z2z1ρ1ρ2列出斷面1－2間的能量方程式，P1=Pa，V1≈0,得（3-20）或式（3-21）上式表明，抽出式通風(fēng)時(shí)，扇風(fēng)機(jī)在風(fēng)硐內(nèi)所造成的靜壓與

自然風(fēng)壓共同作用，克服礦井

通風(fēng)阻力，并在風(fēng)硐中造成動(dòng)能損失

。2022/12/19352022/12/1935抽出式2022/12/21362022/12/2136抽出式通風(fēng)（2）同理，建立扇風(fēng)機(jī)入口及出口，2-3

斷面的能量方程式，以分析扇風(fēng)機(jī)的全壓與通風(fēng)阻力的關(guān)系。忽略h23，并令

則有即（3-23）式

2022/12/19362022/12/1936抽出式2022/12/21372022/12/2137抽出式通風(fēng)（3）

將式（3-23）與式（3-21）合并，得到式（3-24）上式說明，抽出式扇風(fēng)機(jī)的全壓與自然風(fēng)壓共同作用，克服礦井通風(fēng)阻力，并在扇風(fēng)機(jī)擴(kuò)散塔出口造成動(dòng)壓損失。在不考慮自然風(fēng)壓時(shí)，扇風(fēng)機(jī)全壓中用于克服礦井通風(fēng)阻力的那部分壓力，稱為扇風(fēng)機(jī)的有效壓力，以Hs’表示。2022/12/19372022/12/1937抽出式2022/12/21382022/12/2138抽出式通風(fēng)（4）由式（3-21）和（3-24）分別得到：上兩式表明，抽出式通風(fēng)時(shí)，扇風(fēng)機(jī)的有效壓力等于扇風(fēng)機(jī)在風(fēng)硐中所造成的靜壓和風(fēng)硐中風(fēng)流動(dòng)壓之差，或者等于扇風(fēng)機(jī)的全壓與擴(kuò)散塔出口動(dòng)壓之差。

2022/12/19382022/12/1938抽出式2022/12/21392022/12/2139抽出式通風(fēng)的壓力分布圖特點(diǎn)：

1全巷道均為負(fù)壓（動(dòng)壓為正）；

2風(fēng)流全壓的絕對(duì)值＝靜壓的絕對(duì)值－風(fēng)流動(dòng)壓，Hv2；

3Hf不等于風(fēng)流的全壓Ht，而是＝Ht＋出口的動(dòng)壓,

Hv3

。

4風(fēng)流的全壓Ht

＝礦井通風(fēng)阻力h12。Pah12Hv2HsHfHv3Pa2022/12/19392022/12/1939抽出式通風(fēng)的2022/12/21402022/12/2140扇風(fēng)機(jī)安裝在井下（1）

先列出斷面1－2的能量方程式。因?yàn)閆1gρm1

=Z2gρm2,

h12≈0，則有

即式

上式說明，扇風(fēng)機(jī)安裝在井，下時(shí),扇風(fēng)機(jī)的全壓等于扇風(fēng)機(jī)的靜壓差與進(jìn)、出口動(dòng)壓差之和。

311223433442022/12/19402022/12/1940扇風(fēng)機(jī)安裝在2022/12/21412022/12/2141扇風(fēng)機(jī)安裝在井下（2）

為考慮通風(fēng)阻力與扇風(fēng)機(jī)的全壓之關(guān)系，分別列出3－1，和2－4的能量方程式由于V3≈0（入風(fēng)口），z1＝0，z2＝0

，則可得：2022/12/19412022/12/1941扇風(fēng)機(jī)安裝在2022/12/21422022/12/2142扇風(fēng)機(jī)安裝在井下（3）式式兩式相加，得式

2022/12/19422022/12/1942扇風(fēng)機(jī)安裝在2022/12/21432022/12/2143扇風(fēng)機(jī)安裝在井下（4）

由前式可得：上式說明，當(dāng)扇風(fēng)機(jī)安裝在井下時(shí)，扇風(fēng)機(jī)的全壓與自然風(fēng)壓共同作用，克服入風(fēng)側(cè)和出風(fēng)側(cè)的礦井阻力之和，并在出風(fēng)口造成動(dòng)壓損失。

2022/12/19432022/12/1943扇風(fēng)機(jī)安裝在2022/12/21442022/12/2144扇風(fēng)機(jī)安裝在井下時(shí)的壓力分布圖Hv4HsHtpapa2022/12/19442022/12/1944扇風(fēng)機(jī)安裝在壓力分布如圖3-12所示，可以看出，在吸風(fēng)段，全壓與靜壓均為負(fù)值，在出風(fēng)段，全壓與靜壓均為正值。扇風(fēng)機(jī)安裝在井下時(shí)的壓力分布圖壓力分布如圖3-12所示，可以看出，在吸風(fēng)段，全壓與靜壓均為2022/12/21462022/12/2146總結(jié)壓入式抽出式風(fēng)機(jī)在井下共同點(diǎn)（1）Hf＋Hn＝h阻＋h出，即三種方式的扇風(fēng)機(jī)全壓都與自然風(fēng)壓共同作用，克服礦井通風(fēng)阻力h阻并造成出口動(dòng)壓損失h出；（2）設(shè)法降低出口動(dòng)壓損失h出，以節(jié)省扇風(fēng)機(jī)能量。

不同點(diǎn)（1）全巷道風(fēng)流處于正壓；（2）Hf

＝Ht（風(fēng)硐）

（1）全巷道風(fēng)流處于負(fù)壓；（2）Ht

＝h阻

Hf

＝Ht

＋h出

（1）扇風(fēng)機(jī)的入風(fēng)側(cè)風(fēng)流處于負(fù)壓，排風(fēng)側(cè)處于正壓;（2）

Hf

＝Ht出－Ht入2022/12/19462022/12/1946總結(jié)綜上所述，無論壓入式、抽出式通風(fēng)或扇風(fēng)機(jī)安在井下，用于克服礦井通風(fēng)阻力和造成出風(fēng)井口動(dòng)壓損失的通風(fēng)動(dòng)力，均為扇風(fēng)機(jī)的全壓與自然風(fēng)壓之總和，在這一點(diǎn)上是共同的。不同的通風(fēng)方式或不同的扇風(fēng)機(jī)安裝地點(diǎn)，扇風(fēng)機(jī)的全壓或靜壓與扇風(fēng)機(jī)風(fēng)硐中風(fēng)流的全壓或靜壓之間，存在著不同的關(guān)系?？偨Y(jié)綜上所述，無論壓入式、抽出式通風(fēng)或扇風(fēng)機(jī)安在井下，用于克服礦壓入式通風(fēng)時(shí)，扇風(fēng)機(jī)的全壓等于扇風(fēng)機(jī)風(fēng)硐中風(fēng)流的全壓，扇風(fēng)機(jī)房全壓水柱計(jì)上的示度即為此值；扇風(fēng)機(jī)的靜壓也等于扇風(fēng)機(jī)風(fēng)硐中風(fēng)流的靜壓。扇風(fēng)機(jī)房靜壓水柱計(jì)上的示度就是扇風(fēng)機(jī)的靜壓。通常以扇風(fēng)機(jī)的全壓做為壓入式通風(fēng)時(shí)扇風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓參數(shù)。這一風(fēng)壓值與礦井通風(fēng)阻力及出風(fēng)井口風(fēng)流動(dòng)壓損失之和相對(duì)應(yīng)。抽出式通風(fēng)時(shí)則不然，扇風(fēng)機(jī)風(fēng)硐中風(fēng)流的全壓不等于扇風(fēng)機(jī)的全壓，而等于礦井通風(fēng)阻力。欲求扇風(fēng)機(jī)的全壓，還需再加上擴(kuò)散塔出口的動(dòng)壓損失。總結(jié)壓入式通風(fēng)時(shí)，扇風(fēng)機(jī)的全壓等于扇風(fēng)機(jī)風(fēng)硐中風(fēng)流的全壓，扇風(fēng)機(jī)扇風(fēng)機(jī)風(fēng)硐中風(fēng)流的全壓又可稱為扇風(fēng)機(jī)的有效靜壓。它是用以克服礦井通風(fēng)阻力的有效壓力，通常以此壓力做為抽出式扇風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓參數(shù)。阻力計(jì)算時(shí)，只考慮礦井通風(fēng)阻力即可。當(dāng)扇風(fēng)機(jī)安裝在井下時(shí)，出風(fēng)風(fēng)硐與進(jìn)風(fēng)風(fēng)硐之間風(fēng)流的全壓差等于扇風(fēng)機(jī)的全壓，靜壓差等于扇風(fēng)機(jī)的靜壓。通常也是以扇風(fēng)機(jī)的全壓做為風(fēng)壓參數(shù)。阻力計(jì)算時(shí)，除計(jì)算礦井通風(fēng)阻力外，還需再加上出風(fēng)井口的動(dòng)壓損失?？偨Y(jié)扇風(fēng)機(jī)風(fēng)硐中風(fēng)流的全壓又可稱為扇風(fēng)機(jī)的有效靜壓。它是用以克服風(fēng)流能量方程及其在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用解析課件補(bǔ)充知識(shí)：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：

ρ１

V1S1＝ρ２

V２S２

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補(bǔ)充知識(shí)：空氣流動(dòng)連續(xù)性方程１２兩種特例：（I）若S1＝S2，則ρ１

V1＝ρ２

V２；（II）若ρ１＝ρ２，則V1S1＝V２S２。對(duì)于不可壓縮流體，通過任一斷面的體積流量相等，即Q=viSi兩種特例：第三章礦井通風(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。3.1礦井風(fēng)流能量3.2能量方程3.3能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用第三章礦井通風(fēng)中的能量方程

當(dāng)空氣3.1礦井風(fēng)流能量礦井空氣沿井巷流動(dòng)，流動(dòng)的風(fēng)流任意斷面上都有壓能、位能、和動(dòng)能。這三種能量可分別用相應(yīng)的靜壓、位壓和動(dòng)壓（速壓）來體現(xiàn)。1.壓能及其計(jì)算定義：?jiǎn)挝蝗莘e風(fēng)流的壓能就是空氣的絕對(duì)靜壓，它是以真空狀態(tài)絕對(duì)零壓為比較狀態(tài)的靜壓，即以零壓力為起點(diǎn)表示的靜壓。絕對(duì)靜壓恒為正數(shù)。計(jì)算：A壓入式通風(fēng)：巷道任一測(cè)點(diǎn)的相對(duì)靜壓均為正值，故常把壓人式通風(fēng)稱為正壓通風(fēng)。B抽出式通風(fēng)：巷道風(fēng)流在任意一測(cè)點(diǎn)的相對(duì)靜壓均為負(fù)值，故常把抽出式通風(fēng)稱為負(fù)壓通風(fēng)。3.1礦井風(fēng)流能量礦井空氣沿井巷流動(dòng)，流動(dòng)的風(fēng)流任意斷面上3.1礦井風(fēng)流能量3.1礦井風(fēng)流能量3.1礦井風(fēng)流能量3.1礦井風(fēng)流能量3.1礦井風(fēng)流能量2.位能及其計(jì)算定義：風(fēng)流受地球引力的作用，任一斷面上單位體積風(fēng)流對(duì)某一設(shè)定基準(zhǔn)面產(chǎn)生的重力位能，稱為風(fēng)流的位能，有時(shí)也叫做位壓。計(jì)算：如圖3-3所示，斷面1處單位體積風(fēng)流對(duì)A-A基準(zhǔn)面的位能是:式中：Z1

—斷面1與基準(zhǔn)面垂直距離，m；—斷面1處的空氣密度，kg/m3；

—斷面1處的空氣重率，N/m3。3.1礦井風(fēng)流能量2.位能及其計(jì)算3.1礦井風(fēng)流能量3.1礦井風(fēng)流能量3.1礦井風(fēng)流能量圖3-3中1-2段風(fēng)流的位壓差為:3.1礦井風(fēng)流能量圖3-3中1-2段風(fēng)流的位壓差為:3.1礦井風(fēng)流能量3.動(dòng)能及其計(jì)算定義：當(dāng)空氣流動(dòng)時(shí)，空氣除了具有壓能和位能外，還有空氣定向運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，它轉(zhuǎn)化呈現(xiàn)的壓力稱為動(dòng)壓，又稱速壓。計(jì)算：設(shè)某點(diǎn)斷面處空氣的密度為(kg/m3)，其定向流動(dòng)的風(fēng)速為v(m/s)，則1m3空氣所具有的動(dòng)能Ev為:3.1礦井風(fēng)流能量3.動(dòng)能及其計(jì)算3.1礦井風(fēng)流能量4.全壓能定義：全壓能通常叫全壓，巷道內(nèi)單位體積的流動(dòng)空氣，在流動(dòng)方向上任意一測(cè)點(diǎn)，所產(chǎn)生的靜壓和速壓之和就稱為該測(cè)點(diǎn)的全壓能。計(jì)算：巷道風(fēng)流中某一斷面上單位體積空氣所具有的總機(jī)械能(全能)為壓能、位能、動(dòng)能三者之和。就其呈現(xiàn)的壓力來說，靜壓是反映某一斷面空氣分子熱運(yùn)動(dòng)的部分動(dòng)能，動(dòng)壓是反映空氣定向流動(dòng)的動(dòng)能，而某一斷面上空氣的位能在該點(diǎn)并不呈現(xiàn)壓力。因此，任一斷面的靜壓在任何方向上表現(xiàn)相同的數(shù)值，即各向同值，而動(dòng)壓卻只在垂直于其流動(dòng)方向的面積上呈現(xiàn)其正確值，即動(dòng)壓是有方向性的矢量。3.1礦井風(fēng)流能量4.全壓能3.1礦井風(fēng)流能量當(dāng)靜壓用絕對(duì)壓力Ps表示時(shí)，疊加后風(fēng)流的壓力為絕對(duì)全壓Pt，即風(fēng)流中任一點(diǎn)的絕對(duì)靜壓ps與相應(yīng)的動(dòng)壓pv之和等于該點(diǎn)的絕對(duì)全壓pt。如果靜壓用相對(duì)靜壓Hs表示時(shí)，疊加后風(fēng)流的壓力就是相對(duì)全壓Ht，相對(duì)全壓Ht等于相對(duì)靜壓HS與動(dòng)壓pv的代數(shù)和。3.1礦井風(fēng)流能量當(dāng)靜壓用絕對(duì)壓力Ps表示時(shí)，疊加后風(fēng)流的3.2能量方程1.單位質(zhì)量流體的能量方程礦井內(nèi)風(fēng)流沿井巷流動(dòng)中，不僅因克服阻力而損失能量，同時(shí)還不斷與外界環(huán)境進(jìn)行復(fù)雜的熱交換，所以風(fēng)流與外界除有能量傳遞外還有熱量交換。能量的變化遵循熱力學(xué)第一定律，即能量守恒定律。3.2能量方程1.單位質(zhì)量流體的能量方程3.2能量方程如圖3-4所示，在流體流經(jīng)的斷面1和斷面2的參數(shù)分別為：絕對(duì)靜壓p1和p2、流速v1和v2、斷面中心距基準(zhǔn)面的高度Z1和Z2。根據(jù)能量守恒、熱力學(xué)定律及礦井內(nèi)空氣變化的過程等知識(shí)，設(shè)此過程中克服風(fēng)流流動(dòng)阻力耗能為Hr（J/kg）,可得公式（3-6）。此式表示單位質(zhì)量可壓縮空氣由斷面1流到斷面2時(shí)的能量損失。3.2能量方程如圖3-4所示，在流體流經(jīng)的斷面1和斷面2的參3.2能量方程事實(shí)上，礦井空氣在井下流動(dòng)過程中，由于進(jìn)風(fēng)井空氣受壓縮、回風(fēng)井空氣膨脹，井巷中的空氣從巷道壁吸熱，整個(gè)礦井通風(fēng)網(wǎng)路的空氣狀態(tài)變化屬于多變過程，礦井內(nèi)空氣的容積和密度是變化的，氣體是可壓縮的。造成這種變化的原因主要有：一是空氣流經(jīng)水平井巷時(shí)，由于空氣柱的重力作用，使得風(fēng)流的密度和壓力增大，使得空氣密度增大；二是由于礦井采用機(jī)械抽出或壓人式通風(fēng)，主扇風(fēng)機(jī)形成的壓差作用于礦井的空氣，使得礦井空氣在通風(fēng)網(wǎng)路中空氣的壓力、密度發(fā)生變化；三是由于風(fēng)流流經(jīng)井巷斷面、地點(diǎn)的變化，使得風(fēng)流的風(fēng)速、溫度發(fā)生變化，空氣的密度亦發(fā)生變化。3.2能量方程事實(shí)上，礦井空氣在井下流動(dòng)過程中，由于進(jìn)風(fēng)井空3.2能量方程礦井空氣視為不可壓縮，其變化過程視為等容過程，即空氣的密度、重率是常數(shù)。式(3-7)表明，流體的壓能、位能和動(dòng)能三種能量的變化值之和用來滿足因克服阻力而消耗的機(jī)械功。3.2能量方程礦井空氣視為不可壓縮，其變化過程視為等容過程，3.2能量方程2.單位體積流體的能量方程在礦井通風(fēng)的實(shí)際應(yīng)用中，通常以體積流量作為風(fēng)流的流量單位，用風(fēng)流的密度乘式（3-7），并令，便得到單位體積氣體的能量方程：3.2能量方程2.單位體積流體的能量方程3.2能量方程方程式(3-8)表明：風(fēng)流在起末兩斷面間的壓能差、動(dòng)能差和位能差之和，等于風(fēng)流在起末斷面間為克服通風(fēng)阻力而損失的能量?；蛘哒f，這項(xiàng)能量損失就是風(fēng)流在起末兩斷面上的總能量之差，這項(xiàng)總能量之差叫做通風(fēng)壓力。風(fēng)流沿井巷的流動(dòng)過程，實(shí)質(zhì)就是通風(fēng)壓力與通風(fēng)阻力之間相互轉(zhuǎn)化的過程。所以，通風(fēng)壓力和通風(fēng)阻力同時(shí)產(chǎn)生，互相依存，大小相等，方向相反。為了克服通風(fēng)阻力，必須滿足相應(yīng)的通風(fēng)壓力，風(fēng)流從總能量大的斷面流向總能量小的斷面。3.2能量方程方程式(3-8)表明：風(fēng)流在起末兩斷面間的壓能3.3能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用1斷面相同的水平巷道2斷面不同的水平巷道3斷面相同的垂直或傾斜巷道4斷面變化的垂直或傾斜巷道3.3能量方程在礦井通風(fēng)中的應(yīng)用1斷面相同的水平巷道1斷面相同的水平巷道

因?yàn)関1=v2，Z1=Z2，且溫差不大，即（動(dòng)壓項(xiàng)，位壓項(xiàng)為零），所以，由式（3-8），得

h12=P1－P2上式表明，斷面相同的水平巷道。兩斷面間的靜壓差即該段巷道的通風(fēng)阻力。11221斷面相同的水平巷道11222022/12/21712斷面不同的水平巷道因?yàn)閆1=Z2

則ρm1=ρm2,由（3-8）式，得

1測(cè)出靜壓P1，P2

,測(cè)出風(fēng)速v1，v2

,計(jì)算動(dòng)壓;2測(cè)出靜壓差和動(dòng)壓差（比托管，壓差計(jì)）.11222022/12/19212斷面不同的水平巷道1122022/12/21723斷面相同的垂直或傾斜巷道

因?yàn)関1=v2

，則各斷面上的空氣密度也近似相同，即（則動(dòng)壓項(xiàng)為零），則由（4.1）式上式表明，在斷面相同的垂直或傾斜巷道中，兩斷面間的靜壓差與

位壓差之和，等于井巷的通風(fēng)阻力。

1精密氣壓計(jì)得P1，P2

，丈量Z1，Z2

，計(jì)算ρm

；

2用比托管和壓差計(jì)，直接測(cè)出?p,即為h12。2112Z2Z1002022/12/19223斷面相同的垂直或傾斜巷道2022/12/21734斷面變化的垂直或傾斜巷道

用比托管和壓差計(jì)測(cè)定時(shí)（靜壓端），得到兩斷面的靜壓差和位壓差；再測(cè)出兩斷面的動(dòng)壓差，則可求得兩斷面間的通風(fēng)阻力。

1

12

22022/12/19234斷面變化的垂直或傾斜巷道112022/12/2174解：

=101324.72-101724.69+1.2×22÷2-1.2×1.672÷2+1.2×9.81×50=189.36(Pa)⊙（2）如圖,某傾斜巷道面積S1=5m2,S2=6m2,兩斷面垂直高差50m,通過風(fēng)量600m3/min,巷道內(nèi)空氣平均密度為1.2kg/m3,1、2兩斷面處的絕對(duì)靜壓分別為760mmHg與763mmHg(1mmHg=133.322Pa)。求該段巷道的通風(fēng)阻力。2022/12/1924⊙（2）如圖,某傾斜巷道面積S1=52022/12/2175解：

=101324.72-101724.69+1.2×22÷2-1.2×1.672÷2+1.2×9.81×50=189.36(Pa)p1=760×133.322=101324.72(Pa)p2=763×133.322=101724.69(Pa)v1=Q/60/S1=600/60/5=2（m/s）v2=Q/60/S2

=600/60/6=5/3=1.67(m/s)風(fēng)流方向1→2。2022/12/1925p1=760×133.322本次課內(nèi)容結(jié)束！請(qǐng)大家復(fù)習(xí)本次課內(nèi)容，并預(yù)習(xí)能量方程應(yīng)用第二部分內(nèi)容！謝謝！本次課內(nèi)容結(jié)束！2022/12/21772022/12/21773.3.2能量方程式在分析通風(fēng)動(dòng)力與阻力關(guān)系時(shí)的應(yīng)用1有扇風(fēng)機(jī)工作時(shí)的能量方程式2通風(fēng)動(dòng)力與阻力之間的關(guān)系

2022/12/19272022/12/19273.3.22022/12/2178781有扇風(fēng)機(jī)工作時(shí)的能量方程式（1）11222’2’1’1’

在所研究的1－2斷面間有扇風(fēng)機(jī)工作，則斷面1的全能量加上扇風(fēng)機(jī)的全壓，應(yīng)等于斷面2的全能量加1，2斷面間的通風(fēng)阻力，則單位體積流體的能量方程式為：2022/12/1928281有扇風(fēng)機(jī)工作時(shí)的能量方程式2022/12/21792022/12/21791有扇風(fēng)機(jī)工作時(shí)的能量方程式（2）

若為了專門研究扇風(fēng)機(jī)的工作狀況，可在貼近扇風(fēng)機(jī)的入口及出口處取兩斷面1’，2’，并考慮：①兩斷面間的通風(fēng)阻力忽略；②Z1gρm1

=Z2gρm2

，則由能量方程式可得：上式表明，扇風(fēng)機(jī)的全壓等于扇風(fēng)機(jī)出風(fēng)口與入風(fēng)口之間靜壓差與動(dòng)壓差之和。

2022/12/19292022/12/19291有扇風(fēng)2022/12/2180802通風(fēng)動(dòng)力與阻力之間的關(guān)系A(chǔ)壓入式通風(fēng)

B抽出式通風(fēng)

C扇風(fēng)機(jī)安裝在井下

D總結(jié)2022/12/1930302通風(fēng)動(dòng)力與阻力之間的關(guān)系2022/12/218181壓入式通風(fēng)（1）

列出1－2斷面的能量方程式，（3-15）

P1－Pa

為扇風(fēng)機(jī)在風(fēng)硐中所造成的相對(duì)靜壓，用Hs表示；

Z1gρm1-

Z2gρm2

為1，2兩斷面間的位能差，它相當(dāng)于因入、排風(fēng)井兩側(cè)空氣柱重量不同而形成的自然風(fēng)壓，以Hn表示。

z1221100z2ρ2ρ12022/12/193131壓入式通風(fēng)（1）列出2022/12/21822022/12/2182壓入式通風(fēng)（2）

由（3-15）式可得（3-16）式：上式說明，壓入式通風(fēng)時(shí)，扇風(fēng)機(jī)的靜壓與動(dòng)壓之和與自然風(fēng)壓共同作用，克服礦井阻力，并在出風(fēng)井口造成動(dòng)壓損失。為了使通風(fēng)阻力與扇風(fēng)機(jī)的全壓聯(lián)系起來，再列出1－0斷面的能量方程，h10＝0，P0＝pa（大氣壓），V0＝0。2022/12/19322022/12/1932壓入式2022/12/21832022/12/2183壓入式通風(fēng)（3）

斷面1-0間的能量方程式：即或，代入（3-16）式，得上式表明，扇風(fēng)機(jī)的全壓與自然風(fēng)壓共同作用，克服了礦井阻力，并在出風(fēng)口造成動(dòng)壓損失。

2022/12/19332022/12/1933壓入式2022/12/218484壓入式通風(fēng)的壓力分布圖

由壓入式通風(fēng)壓力分布圖中可看出如下特點(diǎn)：

1全巷道風(fēng)流處于正壓狀態(tài)；

2扇風(fēng)機(jī)的全壓Hf就等于扇風(fēng)機(jī)風(fēng)硐中風(fēng)流的全壓Ht

，即Pah12Hv2Hv1HsHf1100Pa2022/12/193434壓入式通風(fēng)的壓力分布圖Pah12022/12/21852022/12/2185抽出式通風(fēng)（1）312321z2z1ρ1ρ2列出斷面1－2間的能量方程式，P1=Pa，V1≈0,得（3-20）或式（3-21）上式表明，抽出式通風(fēng)時(shí)，扇風(fēng)機(jī)在風(fēng)硐內(nèi)所造成的靜壓與

自然風(fēng)壓共同作用，克服礦井

通風(fēng)阻力，并在風(fēng)硐中造成動(dòng)能損失

。2022/12/19352022/12/1935抽出式2022/12/21862022/12/2186抽出式通風(fēng)（2）同理，建立扇風(fēng)機(jī)入口及出口，2-3

斷面的能量方程式，以分析扇風(fēng)機(jī)的全壓與通風(fēng)阻力的關(guān)系。忽略h23，并令

則有即（3-23）式

2022/12/19362022/12/1936抽出式2022/12/21872022/12/2187抽出式通風(fēng)（3）

將式（3-23）與式（3-21）合并，得到式（3-24）上式說明，抽出式扇風(fēng)機(jī)的全壓與自然風(fēng)壓共同作用，克服礦井通風(fēng)阻力，并在扇風(fēng)機(jī)擴(kuò)散塔出口造成動(dòng)壓損失。在不考慮自然風(fēng)壓時(shí)，扇風(fēng)機(jī)全壓中用于克服礦井通風(fēng)阻力的那部分壓力，稱為扇風(fēng)機(jī)的有效壓力，以Hs’表示。2022/12/19372022/12/1937抽出式2022/12/21882022/12/2188抽出式通風(fēng)（4）由式（3-21）和（3-24）分別得到：上兩式表明，抽出式通風(fēng)時(shí)，扇風(fēng)機(jī)的有效壓力等于扇風(fēng)機(jī)在風(fēng)硐中所造成的靜壓和風(fēng)硐中風(fēng)流動(dòng)壓之差，或者等于扇風(fēng)機(jī)的全壓與擴(kuò)散塔出口動(dòng)壓之差。

2022/12/19382022/12/1938抽出式2022/12/21892022/12/2189抽出式通風(fēng)的壓力分布圖特點(diǎn)：

1全巷道均為負(fù)壓（動(dòng)壓為正）；

2風(fēng)流全壓的絕對(duì)值＝靜壓的絕對(duì)值－風(fēng)流動(dòng)壓，Hv2；

3Hf不等于風(fēng)流的全壓Ht，而是＝Ht＋出口的動(dòng)壓,

Hv3

。

4風(fēng)流的全壓Ht

＝礦井通風(fēng)阻力h12。Pah12Hv2HsHfH