第三章井巷通風阻力

第三章井巷通風阻力第1頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月本章主要內容第一節(jié)井巷斷面上風速分布

一、風流流動狀態(tài)二、井巷斷面上風速分布第二節(jié)摩擦阻力一、摩擦阻力二、摩擦阻力系數與摩擦風阻三、井巷摩擦阻力計算方法第三節(jié)局部阻力一、局部阻力及其計算二、局部阻力系數和局部風阻第2頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月本章主要內容第四節(jié)礦井總風阻與等級孔一、井巷阻力特性二、礦井總風阻三、礦井等級孔第五節(jié)井巷通風阻力測算一、通風阻力hR測算二、局部阻力測算三、井筒阻力測算四、測算結果分析第六節(jié)降低礦井通風阻力措施一、降低井巷摩擦阻力的措施二、降低局部阻力措施第3頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月本章主要內容本章重點和難點：摩擦阻力和局部阻力產生的原因和測算第4頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第三章井巷通風阻力

當空氣沿井巷運動時，由于風流的粘滯性和慣性以及井巷壁面等對風流的阻滯、擾動作用而形成通風阻力，它是造成風流能量損失的原因。井巷通風阻力可分為兩類：摩擦阻力(也稱為沿程阻力)和局部阻力。第一節(jié)井巷斷面上風速分布第5頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)井巷斷面上風速分布

一、風流流態(tài)1、管道流層流：同一流體在同一管道中流動時，不同的流速，會形成不同的流動狀態(tài)。當流速較低時，流體質點互不混雜，質點運動軌跡為直線或有規(guī)則的平滑曲線且與管道軸線基本平行，稱為層流(或滯流)。第6頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)井巷斷面上風速分布

紊流：當流速較大時，流體質點強烈互相混合，質點運動軌跡不規(guī)則，有總方向上位移，也有垂直總方向的位移，且流體內部存在時而產生，時而消失的漩渦流動，稱為紊流(或湍流)。研究層流與紊流的主要意義：在于兩種流態(tài)有著不同的阻力定律。第7頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)井巷斷面上風速分布

風流流態(tài)判斷（１）雷諾數－Re平均流速v、管道直徑d和流體的運動粘性v系數。在實際工程計算中，通常以Re=2300作為管道流動流態(tài)的判定準數，即：

Re≤2300層流，Re＞2300紊流第8頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)井巷斷面上風速分布

（２）當量直徑對于非圓形斷面的井巷，Re數中的管道直徑d應以井巷斷面的當量直徑de來表示：非圓形斷面井巷的雷諾數對于不同形狀的井巷斷面，其周長U與斷面積S的關系，可用下式表示：C—斷面形狀系數：梯形C=4.16；三心拱C=3.85；半圓拱C=3.90。第9頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)井巷斷面上風速分布

（3）、孔隙介質流在采空區(qū)和煤層等多孔介質中風流的流態(tài)判別準數為：式中：K—冒落帶滲流系數，m2；l—濾流帶粗糙度系數，m。層流，Re≤0.25；紊流，Re＞2.5；過渡流0.25<Re<2.5例：某巷道采用工字鋼支護，S=9m2，Q=240m3/min=4m3/s，判斷風流流態(tài)。解：Re=Vd/ν=4VS/(Uν)=4×4×9/(15×10-6×4.16×3)=84615>2300,紊流巷道條件同上，Re=2300層流臨界風速：V=Re×U×ν/4S=2300×4.16×3×15×10-6/(4×9)=0.012m/s<0.15第10頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)井巷斷面上風速分布

由于煤礦中大部分巷道的斷面均大于2.5m2，井下巷道中的最低風速均在0.25m/S以上，所以說井巷中的風流大部為紊流，很少為層流。第11頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)井巷斷面上風速分布

二、井巷斷面上風速分布（１）紊流脈動風流中各點的流速、壓力等物理參數隨時間作不規(guī)則（２）時均速度:即瞬時風速的平均值（巷道斷面某點風速）瞬時速度vx隨時間τ的變化。其值雖然不斷變化，但在一足夠長的時間段T內，流速vx總是圍繞著某一平均值上下波動。Tvxvxt第12頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)井巷斷面上風速分布

(３）巷道風速分布

由于空氣的粘性和井巷壁面摩擦影響，井巷斷面上風速分布是不均勻的。

層流邊層：在貼近壁面處仍存在層流運動薄層，即層流邊層。其厚度δ隨Re增加而變薄，它的存在對流動阻力、傳熱和傳質過程有較大影響。第13頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)井巷斷面上風速分布

在層流邊層以外，從巷壁向巷道軸心方向，風速逐漸增大，呈拋物線分布。δvvmaxvmax巷道剖面第14頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月

第一節(jié)井巷斷面上風速分布平均風速：

式中：巷道通過風量Q。則：Q＝V×S風速分布系數：斷面上平均風速v與最大風速vmax的比值稱為風速分布系數(速度場系數)，用Kv表示：

巷壁愈光滑，Kv值愈大，即斷面上風速分布愈均勻。

砌碹巷道，Kv=0.8～0.86；木棚支護巷道，Kv=0.68～0.82；無支護巷道，Kv=0.74～0.81。速度分布不對稱最大風速不在軸線上！第15頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)井巷中風速與風量的測定

風速既是影響氣候條件的主要因素之一，又是測定井下巷道風量的基礎。單位時間內通過井巷斷面的空氣體積叫做風量，它等于井巷的斷面積與通過井巷的平均風速的乘積。因此，測量風量時必然測定風速。風速和風量測定是礦井通風測定技術中的重要組成部分，也是礦井通風管理中的基礎性工作。

第16頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月《規(guī)程》規(guī)定：礦井必須建立測風制度，每10天進行一次全面測風。對采掘工作面和其它用風地點，應根據實際需要隨時測風，每次測風結果應記錄并寫在測風地點的記錄牌上。礦井應根據測風結果采取措施，進行風量調節(jié)。需要注意的是，由于受到井巷斷面形狀、支護形式、直線程度及障礙物的影響，最大風速不一定正好位于井巷的中軸線上，風速分布也不一定具有對稱性。巷道斷面風速分布圖第17頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月一、測風儀表測量井巷風速的儀表叫風表，又稱風速計。目前，煤礦中常用的風表按結構和原理不同可分為機械式、熱效式、電子葉輪式和超聲波式等幾種；風表按測量風速的范圍不同分為高速風表（0.8~25m/s）、中速風表（0.5~10m/s）和微（低）速風表（0.3~5m/s）三種。三種風表的結構大致相同，只是葉片的厚度不同，起動風速有差異。第18頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第19頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月二、測風方法及步驟（一）測風地點井下測風要在測風站內進行，為了準確、全面的測定風速、風量，每個礦井都必須建立完善的測風制度和分布合理的固定測風站。對測風站的要求如下：1．應在礦井的總進風、總回風，各水平、各翼的總進風、總回風，各采區(qū)和各用風地點的進、回風巷中設置測風站，但要避免重復設置。2．測風站應設在平直的巷道中，其前后各10m范圍內不得有風流分叉、斷面變化、障礙物和拐彎等局部阻力。

第20頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月3．采煤工作面不設固定的測風站，但必須隨工作面的推進選擇支護完好、前后無局部阻力物的斷面上測風。4．若測風站位于巷道斷面不規(guī)整處，其四壁應用其它材料襯壁呈固定形狀斷面，長度不得小于4m。5．測風站內應懸掛測風記錄板（牌），記錄板上寫明測風站的斷面積、平均風速、風量、空氣溫度、大氣壓力、瓦斯和二氧化碳體積分數（含量）、測定日期以及測定人等項目。第21頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）井巷斷面上的風速分布及測定方法1．風速分布空氣在井巷中流動時，由于空氣的粘性和井巷壁面粗糙程度的影響，風速在巷道斷面上的分布是不均勻的。一般來說，位于巷道軸心部分的風速最大，靠近巷道周壁部分的風速最小，如圖1-7所示，通常所謂巷道內的風速都是指平均風速v均。

第22頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月平均風速v均與最大風速v大的比值叫做巷道的風速分布系數（速度場系數），用K速表示，其值與井巷粗糙程度有關，巷道周壁越光滑，K速就越大，即斷面上的風速分布越均勻。據調查，對于砌碹巷道，K速=0.8~0.86；木棚支護巷道，K速=0.68~0.82；無支護巷道，K速=0.74~0.81。第23頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月2．測風方法由井巷斷面上的風速分布可知，巷道斷面上的各點風速是不同的，為了測得平均風速，可采用線路法或定點法。線路法是風表按一定的線路均勻移動；定點法是將巷道斷面分為若干格，風表在每一個格內停留相等的時間進行測定，如圖1-9所示，根據斷面大小，常用的有9點法、12點法等。第24頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月測風時，根據測風員的站立姿勢不同又分為迎面法和側身法兩種。迎面法是測風員面向風流，手持風表，將手臂伸向正前方測風。由于測風斷面位于人體前方，且人體阻擋了風流，使風表的讀數值偏小，為了消除人體對風速的影響，需將測得的真風速乘以1.14的校正系數，才能得到實際風速。側身法是測風員背向巷道壁站立，手持風表，將手臂向風流垂直方向伸直，然后在巷道斷面內作均勻移動。由于測風員立于測風斷面內減少了通風面積，從而增大了風速，測量結果較實際風速偏大，故需對測得的真風速進行校正。校正系數K由下式計算：第25頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）用機械式風表測風步驟1．測風員進入測風站或待測巷道中，根據實際情況估測風速范圍，然后選用相應量程的風表。2．測風員在測風前，先將風表指針和秒表回零，然后使風表葉輪平面面向風流，并與風流方向垂直，待葉輪轉動正常后（約20~30s），同時打開風表的計數器開關和秒表，在1min的時間內，風表要均勻地走完測量路線（或測量點），然后同時關閉秒表和計數器開關，讀取風表指針讀數。為保證測定準確，一般在同一地點要測三次，取平均值，并按下式計算表速：第26頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月

式中v表——風表測得的表速，m/s；

n——風表刻度盤的讀數，取三次平均值，m；

t——測風時間，一般60s。3．根據表速查風表校正曲線，求出真風速v真。

風表的校正曲線還可用下面的表達式來表示：

v真＝a＋bv表

式中v真——真風速，m/s；

a——表明風表啟動初速的常數，決定于風表轉動部件的慣性和摩擦力；

b——校正常數，決定于風表的構造尺寸；

v表——風表的指示風速，m/s。根據表速查風表校正曲線，求出真風速v真。第27頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月4．根據測風員的站立姿勢，將真風速乘以校正系數K得實際平均風速v均，即：v均=Kv真，m/s5．根據測得的平均風速和測風站的斷面積，按下式計算巷道通過的風量：Q=v均S

式中

Q——測風巷道通過的風量，m3/s；S——測風站的斷面積，m2，按下列公式測算：矩形和梯形巷道：S=H·B三心拱巷道：S=B（H－0.07B）半圓拱巷道：S=B（H－0.11B）H——巷道靜高，m；B——梯形巷道為半高處寬度，拱形巷道為凈寬，m。第28頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月（四）測風時應注意的問題1．風表使用一定時間后，必須按規(guī)定進行檢修、校正，以免造成測量誤差。2．風表的測量范圍要與所測風速相適應，避免風速過高、過低造成風表損壞或測量不準。3．風表葉輪平面要與風流方向垂直，偏角不得超過10°，在傾斜巷道中測風時尤其要注意。4．風表不能距離人體和巷道壁太近，否則會引起較大誤差。第29頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月5．按線路法測風時，路線分布要合理，風表的移動速度要均勻，防止忽快忽慢，造成讀數偏差。6．秒表和風表的開關要同步，確保在1min內測完全線路（或測點）。7．有車輛或行人時，要等其通過后風流穩(wěn)定時再測。8．同一斷面需測定三次，三次測得的計數器讀數之差不應超過5%，然后取其平均值。第30頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月四、微風測量當風速很小（低于0.1～0.2m/s）時，很難吹動機械風表的葉輪，即便能使葉輪轉動也難測得準確結果，此時可以采用煙霧、氣味或者粉末作為風流的傳遞物進行風速測定。具體方法為：在通風巷道兩端各安排一名測風員，位于上風側的測風員帶發(fā)煙器（發(fā)味器或粉末）和聲響（或光信號）發(fā)射器具；下風側測風員帶秒表。一人放出煙霧（氣味或粉末），同時發(fā)出聲響或光信號，另一人聽到信號后開始記時，接到煙霧（氣味或粉末）為止關閉秒表。用下式計算巷道內的平均風速：

式中v——巷道斷面內的平均風速，m/s；

L——風流流經的巷道距離，m；

t——風流流經巷道所用的時間，s。第31頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月例題：使用具有回零裝置的機械——葉片式風表測量某巷道中的風速，用迎風法測得的三次讀數分別為210m、214m、206m，每次側風時間均為1min。若巷道凈斷面積為5.8m，風表的校正曲線方程為V真=0.8V表+1.2，試求巷道中的平均風速和通過該巷道的風量。解：1、檢驗3次測量結果的最大誤差：最大誤差=（最大誤差-最小誤差）/最小誤差×100%=（214-206）/206×100%=3.9%＜5%；3次測量結果的最大誤差小于5%，測量精度符合要求，測量數據有效。

2、求表速：(210+214+206)/3/60=3.5m/S3、由校正曲線方程求真風速：V真=0.8V表+1.2=0.8×3.5+1.2=4m/S第32頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月

4、求巷道中平均風速：V均=KV真=1.14×4=4.56m/S5、求巷道通過風量：Q=SV均=5.8×4.56=26.5m3/S第33頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月用皮托管和壓差計可測量扇風機風硐或風筒內高速風速的測定，他是通過測量測點的動壓，然后按下式換算出測點的風速：皮托管與精度為0.01毫米的水柱壓差計配合使用，在測定1.5米、/秒以上風速時，其誤差不超過5%，當風速過低或壓差計精度不夠是誤差比表大。圓形風筒的橫斷面應劃分成若干個等面積同心部分，每個等面積里相應的有一個測點圓環(huán)，用皮托管和壓差計測定時，在互相垂直的兩個直徑上，可以測得每個測點圓環(huán)的四個動壓值，以此一系列的動壓值即可計算風筒全斷面的平均風速。第34頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月

測點圓環(huán)的數量n，根據被測風筒直徑確定，一般直徑為300-600毫米時n=3，直徑為700——1000時n=4。式中：Ri——第i個測點圓環(huán)半徑；R——風筒半徑；i——從風筒中心算起圓環(huán)序號；n——測點圓環(huán)數。風筒全斷面的平均風速即可算出，其式為：風筒全斷面的平均風速即可算出，其式為：式中：hv——各測點動壓；m——測點總數第35頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月

第三章井巷通風阻力第二節(jié)摩擦風阻與阻力第36頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)摩擦風阻與阻力

一、摩擦阻力風流在井巷中作沿程流動時，由于流體層間的摩擦和流體與井巷壁面之間的摩擦所形成的阻力稱為摩擦阻力(也叫沿程阻力)。由流體力學可知，無論層流還是紊流，以風流壓能損失來反映的摩擦阻力可用下式來計算：Pa

λ－無因次系數，即摩擦阻力系數，通過實驗求得。d－圓形風管直徑，非圓形管用當量直徑；第37頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)摩擦風阻與阻力

1．尼古拉茲實驗能量損失原因：內因：取決于粘滯力和慣性力的比值，用雷諾數Re來衡量；外因：是固體壁面對流體流動的阻礙作用，與管道長度、斷面形狀及大小、壁面粗糙度有關。壁面粗糙度的影響通過λ值來反映。絕對糙度：砂粒的直徑ε就是管壁凸起的高度，相對糙度：絕對糙度ε與管道半徑r的比值ε/r第38頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)摩擦風阻與阻力

1．尼古拉茲實驗1932～1933年間，尼古拉茲把經過篩分、粒徑為ε的砂粒均勻粘貼于管壁。水作為流動介質、對相對糙度分別為1/15、1/30.6、1/60、1/126、1/256、1/507六種不同的管道進行試驗研究。對實驗數據進行分析整理，在對數坐標紙上畫出λ與Re的關系曲線，如圖下頁所示(書中圖3-2-1)。第39頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月

第二節(jié)摩擦風阻與阻力Ⅰ區(qū)—層流區(qū)當Re＜2320(即lgRe＜3.36)時,只與Re有關，且λ=64/Re。與ε/r無關;Ⅱ區(qū)—過渡流區(qū)。2320≤Re≤4000(即3.36≤lgRe≤3.6)，不同的管內流體由層流轉變?yōu)槲闪?。λ隨Re增大而增大，與ε/r無明顯關系。Ⅲ區(qū)—水力光滑管區(qū)。紊流狀態(tài)(Re＞4000)λ與ε仍然無關，只與Re有關Ⅳ區(qū)—紊流過渡區(qū)，各種不同相對糙度的實驗點各自分散呈一波狀曲線，λ值既與Re有關，也與ε/r有關。第40頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)摩擦風阻與阻力

2．層流摩擦阻力當流體在圓形管道中作層流流動時，從理論上可以導出摩擦阻力計算式：

∵μ=ρ·ν（ν——運動粘度，μ——動力粘度）

∴可得圓管層流時的沿程阻力。層流摩擦阻力和平均流速的一次方成正比。第41頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)摩擦風阻與阻力

3、紊流摩擦阻力

對于紊流運動，λ=f(Re，ε/r)，關系比較復雜。用當量直徑de=4S/U代替d，代入阻力通式，則得到紊流狀態(tài)下井巷的摩擦阻力計算式：第42頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)摩擦風阻與阻力

二、摩擦阻力系數與摩擦風阻1．摩擦阻力系數α大多數通風井巷風流的Re值已進入阻力平方區(qū)，λ值只與相對糙度有關，對于幾何尺寸和支護已定型的井巷，相對糙度一定，則λ可視為定值；在標準狀態(tài)下空氣密度ρ=1.2kg/m3。令：α稱為摩擦阻力系數，單位為kg/m3或N.s2/m4。第43頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)摩擦風阻與阻力

標準摩擦阻力系數：通過大量實驗和實測所得的、在標準狀態(tài)（ρ0=1.2kg/m3）條件下的井巷的摩擦阻力系數，即所謂標準值α0值，井巷中空氣密度ρ≠1.2kg/m3時，α值應修正：則得到紊流狀態(tài)下井巷的摩擦阻力計算式寫為：第44頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)摩擦風阻與阻力

α系數影響因素對于砌碹、錨噴巷道—只考慮橫斷面上方向相對粗糙度；對于木棚、工字鋼、U型棚等還要考慮縱口徑Δ=l/d0ld0工字鋼支架在巷道中流動狀態(tài)α隨Δ變化實驗曲線第45頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)摩擦風阻與阻力

2．摩擦風阻Rf對于已給定的井巷，L、U、S都為已知數，故可把上式中的α、L、U、S歸結為一個參數Rf：Rf稱為巷道的摩擦風阻，其單位為：kg/m7或N.s2/m8。工程單位：kgf.s2/m8，或寫成kμ,1N.s2/m8=9.8kμ

第46頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)摩擦風阻與阻力

Rf＝f(ρ,ε,S,U,L)。在正常條件下當某一段井巷中的空氣密度ρ一般變化不大時，可將Rf看作是反映井巷幾何特征的參數。則得到紊流狀態(tài)下井巷的摩擦阻力計算式寫為：此式就是完全紊流(進入阻力平方區(qū))下的摩擦阻力定律。

Rf與hf區(qū)別：Rf是風流流動的阻抗參數；hf是流動過程能量損失。第47頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)摩擦風阻與阻力

三、井巷摩擦阻力計算方法

新建礦井：查表得α0→計算α→計算Rf→計算hf→計算總阻力損失→選擇通風設備

生產礦井：測得hf→計算Rf→計算α→計算α0

→指導生產第48頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)摩擦風阻與阻力

例題3-3某設計巷道為梯形斷面，S=8m2，L=1000m，采用工字鋼棚支護，支架截面高度d0=14cm，縱口徑Δ=5，計劃通過風量Q=1200m3/min，預計巷道中空氣密度ρ=1.25kg/m3，求該段巷道的通風阻力。解根據所給的d0、Δ、S值，由P401附錄4附表4-4查得:α0=284.2×10－4×0.88=0.025Ns2/m4實際摩擦阻力系數Ns2／m4巷道摩擦風阻巷道摩擦阻力 第49頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)摩擦風阻與阻力

四、通風阻力功耗和電耗設主要通風機效率η=60%，為了克服這段阻力，一年耗多少度電？第50頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月

第三章井巷通風阻力第三節(jié)局部風阻與阻力第51頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)局部風阻與阻力

由于井巷斷面、方向變化以及分岔或匯合等原因，使均勻流動在局部地區(qū)受到影響而破壞，從而引起風流速度場分布變化和產生渦流等，造成風流能量損失，這種阻力稱為局部阻力。由于局部阻力所產生風流速度場分布的變化比較復雜性，對局部阻力的計算一般采用經驗公式。第52頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)局部風阻與阻力

一、局部阻力及其計算和摩擦阻力類似，局部阻力hl一般也用動壓的倍數來表示：

ξ——局部阻力系數，無因次。層流ξ：

計算局部阻力，關鍵是局部阻力系數確定，因v=Q/S,當ξ確定后，便可用：第53頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)局部風阻與阻力

幾種常見的局部阻力產生的類型：１、突變紊流通過突變部分時，由于慣性作用，出現主流與邊壁脫離的現象，在主流與邊壁之間形成渦漩區(qū)，從而增加能量損失。第54頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)局部風阻與阻力

２、漸變主要是由于沿流動方向出現減速增壓現象，在邊壁附近產生渦漩。因為V↓hv↓p，壓差的作用方向與流動方向相反，使邊壁附近，流速本來就小，趨于0,在這些地方主流與邊壁面脫離，出現與主流相反的流動，面渦漩。θ第55頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)局部風阻與阻力

３、轉彎處流體質點在轉彎處受到離心力作用，在外側出現減速增壓，出現渦漩。４、分岔與會合上述的綜合。∴局部阻力的產生主要是與渦漩區(qū)有關，渦漩區(qū)愈大，能量損失愈多，局部阻力愈大。第56頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)局部風阻與阻力

二、局部阻力系數和局部風阻(一)局部阻力系數ξ紊流局部阻力系數ξ一般主要取決于局部阻力物的形狀，而邊壁的粗糙程度為次要因素。第57頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)局部風阻與阻力

1．突然擴大或v1、v2——分別為小斷面和大斷面的平均流速，m/s；S1、S2——分別為小斷面和大斷面的面積，m；ρm——空氣平均密度，kg/m3。對于粗糙度較大的井巷，可進行修正：

第58頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)局部風阻與阻力

2．突然縮小對應于小斷面的動壓，ξ值可按下式計算：

第59頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)局部風阻與阻力

3．逐漸擴大逐漸擴大的局部阻力比突然擴大小得多，其能量損失可認為由摩擦損失和擴張損失兩部分組成。當Θ＜20°時，漸擴段的局部阻力系數ξ可用下式求算：

α—風道的摩擦阻力系數，Ns2/m4；n—風道大、小斷面積之比，即Ｓ2／Ｓ1；

θ—擴張角。

第60頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)局部風阻與阻力

4．轉彎巷道轉彎時的局部阻力系數(考慮粗糙程度)可按下式計算：當巷高與巷寬之比H/b=0.2～1.0時，當H/b=1～2.5時ξ0——假定邊壁完全光滑時，90°轉彎的局部阻力系數，其值見教材表3-3-1；

α——巷道的摩擦阻力系數，N.s2/m4；β——巷道轉彎角度影響系數，見教材表3-3-2。第61頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)局部風阻與阻力

5．風流分叉與匯合1)風流分叉典型的分叉巷道如圖所示，1～2段的局部阻力hl１～2和1～3段的局部阻力hl１～3分別用下式計算：θ2θ3123第62頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)局部風阻與阻力

2)風流匯合如圖所示，1～3段和2～3段的局部阻力hl１～3、hl2～3分別按下式計算：１３２θ1θ2第63頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)局部風阻與阻力

(二)局部風阻在局部阻力計算式中，令，則有：式中Rl稱為局部風阻，其單位為N.s2/m8或kg/m7。此式表明，在紊流條件下局部阻力也與風量的平方成正比第64頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)局部風阻與阻力

hR=hf+hl一般Hf和hl不易分開，對于轉彎，Hf和hl可分開；突然擴大，Hf占比重少，局部區(qū)段hR=hl正面阻力：罐籠、礦車、采煤機第65頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)局部風阻與阻力

例1：某巷道突然擴大段，砌碹支護，斷面S1=6m2，S2=24m2，通過風量Q=48m3/s，空氣密度ρ=1.25kg/m3，求突然擴大局部阻力；突然縮小則如何？解：設砌碹巷道α=0.005kg/m3ξ=(1-S1/S2)2=(1-6/24)2=0.563ξ’=ξ(1+α/0.01)=0.563(1+0.005/0.01)=0.845h大=ξ’ρV12/2=ξ’ρ(Q/S1)2/2=0.845×1.25(48/6)2/2=33.8Pa

ξ=0.5(1-S1/S2)2ξ=0.5(1-S1/S2)=0.375ξ’=ξ(1+α/0.013)=0.375（1+0.005/0.013）=0.52H小=ξ’ρV12/2=0.52*1.25*(48/6)2/2=20.8Pa第66頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)局部風阻與阻力

例2：某回風道，斷面高2.8m，寬2.5m，混凝土棚支護，α=0.02kg/m3，有一直角轉彎，內角沒有弧度，求轉彎處的局部阻力系數ξ’解：表3-3-1，ξ0=0.93，由表3-3-2，β=1.0H/b=2.8/2.5=1.12,ξ’=[(ξ0+28α)b/H]β=[(0.93+28×0.02)2.5/2.8]×1=1.33若V=6m/s，ρ=1.2kg/m3,則：hL=ξ’ρV2/2=1.33×1.2×6×6/2=57Pa第67頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)局部風阻與阻力

例3：某直角分叉巷道，θ2=0，θ3=90°，α=0.015kg/m3，V1=8m/s,V2=6m/s,V3=3m/s,ρ=1.25kg/m3,求hL1-2,hL1-3解：已知α=0.015kg/m3，Kα=1.35（巷道粗糙度影響系數，查P47表3-3-3可知）hL1-2=Kαρ/2

(V12-2V1V2cosθ2+V22)=1.35×1.25/2(82-2×8×6×1+62)=3.37PahL1-3=Kαρ/2

(V12-2V1V3cosθ3+V32)=1.35×1.25/2(82-2×8×3×0+32)=71.59Paθ2θ3123第68頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)局部風阻與阻力

例4：某直角匯流巷道，θ1=0，θ2=90°，α=0.015kg/m3，V1=5m/s,V2=6m/s,V3=8m/s,ρ=1.25kg/m3,求hL1-3,hL2-3解：已知α=0.015kg/m3，Kα=1.35cosθ1=1,cosθ2=0,ω=Q1V1cosθ1/Q3=3.125hL1-3=Kαρ/2

(V12-2V3ω+V32)=1.35×1.25/2(52-2×8×3.125+82)=39PahL2-3=Kαρ/2

(V22-2V3ω

+V32)=1.35×1.25/2(62-2×8×33.125+82)=42Pa１３２θ1θ2第69頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月

第三章井巷通風阻力第四節(jié)礦井總風阻與礦井等積孔第70頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)礦井總風阻與礦井等積孔

一、井巷阻力特性

在紊流條件下，摩擦阻力和局部阻力均與風量的平方成正比。故可寫成一般形式：h＝RQ2

Pa。對于特定井巷，R為定值。用縱坐標表示通風阻力(或壓力)，橫坐標表示通過風量，當風阻為R時，則每一風量Qi值，便有一阻力hi值與之對應，根據坐標點（Qi,hi）即可畫出一條拋物線。這條曲線就叫該井巷的阻力特性曲線。風阻R越大，曲線越陡。０QhR第71頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)礦井總風阻與礦井等積孔

二、礦井總風阻

從入風井口到主要通風機入口，把順序連接的各段井巷的通風阻力累加起來，就得到礦井通風總阻力hRm，這就是井巷通風阻力的疊加原則。已知礦井通風總阻力hRm和礦井總風量Q，即可求得礦井總風阻：N.s2/m8

Rm是反映礦井通風難易程度的一個指標。Rm越大，礦井通風越困難；第72頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)礦井總風阻與礦井等積孔

三、礦井等積孔礦井等積孔作為衡量礦井通風難易程度的指標。假定在無限空間有一薄壁，在薄壁上開一面積為A(m2)的孔口。當孔口通過的風量等于礦井風量，且孔口兩側的風壓差等于礦井通風阻力時，則孔口面積A稱為該礦井的等積孔。AIIIP2,v2P2,v2第73頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)礦井總風阻與礦井等積孔

設風流從I→II，且無能量損失，則有：得：風流收縮處斷面面積A2與孔口面積A之比稱為收縮系數φ，由水力學可知，一般φ=0.65，故A2=0.65A。則v2＝Q/A2=Q/0.65A，代入上式后并整理得：第74頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)礦井總風阻與礦井等積孔

取ρ=1.2kg/m3，則：因Rm=hＲm／Ｑ2，故有A是Rm的函數，故可以表示礦井通風的難易程度。

當A＞２，容易；A＝１~2，中等；A＜１困難。第75頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)礦井總風阻與礦井等積孔

對于多風井通風系統(tǒng)，應根據各風機系統(tǒng)的通風阻力hRi和風量Qi，按風量加權平均求出全礦井總阻力：式中n風機臺數hRm意義是全礦井各系統(tǒng)平均m3空氣所消耗能量。多風井系統(tǒng)的礦井等級孔A計算式：第76頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)礦井總風阻與礦井等積孔

例1：某礦井為中央式通風系統(tǒng)，測得礦井通風總阻力hRm=2800Pa，礦井總風量Q=70m3/s，求礦井總風阻Rm和等積孔A，評價其通風難易程度。解第77頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)礦井總風阻與礦井等積孔

例2：某對角式通風礦井，東風井的阻力hR1=280*9.81Pa，風量Q1=80m3/s；西風井的阻力hR2=100*9.81Pa，風量Q2=60m3/s；求礦井總等級孔。解法一第78頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月解法二：根據功率相等，設礦井總通風阻力為hr；hrQ總=hr1*Q1+hr1*Q2第79頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月

第三章井巷通風阻力第五節(jié)井巷通風阻力測定第80頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第五節(jié)井巷通風阻力測定

一、通風阻力hR測算阻力測定目的：1、阻力分布，降阻增風；2、提供阻力系數和R，為設計、網絡解算、改造、均壓防火；能力核定。1)測定路線的選擇和測點布置如果測定的目的是為了了解通風系統(tǒng)的阻力分布，則必須選擇最大阻力路線；如果測量的目的是為了獲取摩擦阻力系數和分支風阻，則應選擇不同支護形式、不同類型的典型巷道。第81頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第五節(jié)井巷通風阻力測定

測點布置應考慮：1、測點間的壓差不小于10~20Pa；2、盡量避免靠近井筒和風門；3、選擇風量較穩(wěn)定的巷道內；4、局部阻力物前3倍巷寬，后8~12倍巷寬；5、風流穩(wěn)定，無匯合交叉，測點前后3m巷道支護完好。2)一段巷道的通風阻力hR測算兩種方法：壓差計法和氣壓計法第82頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第83頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第84頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月補償微壓計單管傾斜壓差計第85頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第五節(jié)井巷通風阻力測定

(1)壓差計法測量原理Z1Z212用壓差計法測定通風阻力的實質：測量風流兩點間的勢能差和動壓差壓差計左右兩側所受壓力分別為：則壓差計所示測值為：設且則第86頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第五節(jié)井巷通風阻力測定

(1)壓差計法測量原理Z1Z212則1、2間巷道通風阻力為：該式成立的前提是：膠皮管內的空氣平均密度與井巷中的空氣平均密度相等。為此，在測量前，應將膠皮管放置在巷道相應位置上保存一段時間，或用打氣筒將巷道空氣轉換掉膠皮管中空氣。第87頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第五節(jié)井巷通風阻力測定

單管氣壓計放置位置對測量效果的影響：Z1Z212現假設單管氣壓計放置在兩測點中間則：左右側液面承壓分別為：則壓差計計數為：同理：且則1、2間巷道通風阻力為：第88頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第五節(jié)井巷通風阻力測定

(2)氣壓計法原理：用此方法測定通風阻力，實質是用精密氣壓計測出測點間的絕對靜壓差，再加上動壓差和位能差，以計算通風阻力。用氣壓計測絕對靜壓P1、P2，同時測定t1、t2和φ1、φ2；用風表測每斷面平均風速v1、v2；查測點標高Z1、Z2；P1-P2測準，兩臺溫漂相同儀器同時測量，逐點和雙測點測定21AB第89頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第五節(jié)井巷通風阻力測定

氣壓計法的測定步驟：

1、在1號測點A、B儀器同時PA1、PB1；2、A儀器不動，B儀器移到2，3、同時約定時間同時讀數，PA2、PB24、P1-P2=(PB1-PB2)+(PA2-PA1),上式右端第一項為B儀器在1、2測點的測值差，第二項為A儀器在1測點不同時間的測值差，它是前后兩次讀數時地面大氣壓變化（認為基點氣壓變化與地面氣壓變化同步）和通風系統(tǒng)內氣壓變化的修正值。（修正值大則測定無效，很小則可認為是地面大氣壓影響。）

5、將P1-P2代入上頁公式即可。21AB思考：1、為什么要用兩臺氣壓計？用一臺氣壓計先測1號點，再測2號點不行嗎？第90頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第五節(jié)井巷通風阻力測定

3)摩擦阻力系數測算(1)測試方法—壓差計法；(2)支護方式和測段一致，無變化；(3)測點位置在局部阻力物前3~5巷寬，后8~12倍；(4)系統(tǒng)穩(wěn)定(5)hf和Q測準Rf=hf/Q2α=RfS3/LU第91頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第五節(jié)井巷通風阻力測定

二、局部阻力測算用壓差計測出1-2段阻力hR1-2和1-3段阻力hR1-3,若斷面一致，則hf與長度L成正比。則單純巷道轉彎的局部阻力hL。hL=hR1-3-（hR1-2/L12）L13RL=hL/Q2RL=ξ（ρ/2S2）ξ=2S2RL/ρ123第92頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第五節(jié)井巷通風阻力測定

三、井筒通風阻力測定1、進風井筒阻力測定1)壓差計法—吊測法50m,80m,100m,120m,150m,(H)h1,h2,h3,h4,h5Hf=a+bH（線性回歸求a，b）hR=hf+2hL2)氣壓計法從地表開始，每隔50m，測量P，t,t’→ρ靜壓差ΔPi，高差Z，hR=∑ΔPi+ρmZg-0.5ρV2井筒單管壓差計測繩膠皮管靜壓重錘第93頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第五節(jié)井巷通風阻力測定

2、回風井筒阻力測定1)壓差計法--吊測法防爆蓋上打孔；或在安全門內2)氣壓計法在井底用氣壓計讀出相對壓力，在安全門內再讀出相對壓力，兩者差值ΔP，hR=ΔP+ρmZg+0.5ρV2底-0.5ρV2井筒井筒單管壓差計測繩膠皮管靜壓重錘第94頁，課件共106頁，創(chuàng)作于2023年2月第五節(jié)井巷通風阻力測定

3、風峒阻力測定1)壓差計法2)氣壓計法在安全門內再讀出相對壓力，再接水柱計讀出相對壓力，兩者差值Δ