第二章 矿井空气流动基本理论

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1、第二章矿井空气流动基本理论第一节空气的主要物理参数一、温度温度是描述物体冷热状态的物理量。温度是矿井表征气候条件的主要参数之一。目前温度多用两种温标：摄氏温标（实用温标）和开氏温标（绝对温标）二、压力(压强)空气的压力也称为空气的静压，用符号P表示。压强在矿井通风中习惯称为压力。它是空气分子热运动对器壁碰撞的宏观表现。其大小取决于在重力场中的位置（相对高度）、空气温度、湿度（相对湿度）和气体成分等参数。空气分子不规则热运动的的总动能的三分之二转化为能对外做功的机械能三、密度、比容空气和其它物质一样具有质量。空气

2、的密度：单位体积空气所具有的质量，用符号表示。湿空气的密度是1m3空气中所含干空气质量和水蒸汽质量之和由气体状态方程和道尔顿分压定律可以得出湿空气的密度计算公式：P－空气的压力，Pa；t－空气的温度，℃；Ps－温度t时饱和水蒸汽的分压，Pa；j－相对湿度，用小数表示空气的比容是指单位质量空气所占有的体积，用符号v(m3/kg)表示，比容和密度互为倒数四、粘性粘性：当流体层间发生相对运动时，在流体内部两个流体层的接触面上，便产生粘性阻力(内摩擦力)以阻止相对运动的性质。F－内摩擦力，N；S－流层之间的接触面积，m

3、2；m－动力粘度（或称绝对粘度），Pa.s。气体的粘性随温度升高而增大；液体随温度升高而减小五、湿度空气的湿度表示空气中所含水蒸汽量的多少或潮湿程度，表示空气湿度的方法有绝对湿度、相对湿度和含湿量三种。1.绝对湿度每立方米空气中所含水蒸汽的质量叫空气的绝对湿度2.相对湿度（j）单位体积空气中实际含有的水蒸汽量（rV）与其同温度下的饱和水蒸汽含量（rS）之比称为空气的相对湿度3.含湿量（d，kg/kg（d.a)）含有1kg干空气的湿空气中所含水蒸汽的质量（kg）称为空气的含湿量六、焓第二节风流的能量与压力一、风流

4、的能量与压力1.静压能－静压1)静压能与静压的概念静压能：由分子热运动产生的分子动能的一部分转化的能够对外作功的机械能，用EP表示（J/m3）。当空气分子撞击到器壁上时就有了力的效应，这种单位面积上力的效应称作静压力，简称静压，用P表示（N/m2，即Pa）。所以，由空气分子热运动而具有静压能是内涵，空气分子撞击器壁而有力的效应则是外在表现。静压能和静压是一个事物的两个方面，它们在数值上大小相等。2)静压的特点a.无论静止的空气还是流动的空气都具有静压力；b.风流中任一点的静压各向同值，且垂直于作用面；c.风流静

5、压的大小（可以用仪表测量）反映了单位体积风流所具有的能够对外作功的静压能的多少。3)压力的两种测算基准根据压力的测算基准不同，压力可分为绝对压力和相对压力。a.绝对压力。以真空为测算零点（比较基准）而测得的压力称之为绝对压力，用P表示。b.相对压力。以当地当时同标高的大气压力为测算基准(零点)测得的压力称之为相对压力，即通常所说的表压力，用h表示。风流的绝对压力（P）、相对压力（h）和与其对应的大气压（P0）三者之间的关系如下式所示：h=P-P01）绝对静压只能为正，它可能大于、等于或小于该点同标高的大气压。2

6、）相对压力则可正可负，相对压力为正称为正压，相对压力为负称为负压。设有A、B两点同标高，A点绝对压力PA大于同标高的大气压P0，hA为正值；B点的绝对压力PB小于同标高的大气压P0，hB为负值。AP0B真空hB（-）hA（+）PBPAP0PAPBP绝对压力、相对压力和大气压之间的关系2.重力位能1）重力位能的概念物体在地球重力场中因地球引力的作用，由于位置的不同而具有的一种能量叫重力位能，简称位能，用EPO表示。如果把质量为M（kg）的物体从某一基准面提高Z（m），需做功MgZ（J），物体获得同样数量的重力位能

7、重力位能是地球吸引力产生的，是一种潜在的能量2）重力位能的计算11abdZipiZ1222重力位能计算图如图2-2-2所示的井筒，求1-1、2-2间位能差。首先确定参照标准。则取2-2点为基准面（2-2断面的位能为零）。对于高差Z12较大时，密度是随着高度而变化的，密度计算公式中没有与高度有直接的联系，不可能建立密度与高度的直接表达式，无法利用上面公式直接计算。利用函数逼近思想，将计算区域（在高度上）划分多个区间，此时利用其平均密度代替该区间的密度，上式积分可转化为求和形式EPO12=r1agZ1a+rabgZ

8、ab+rb2gZb2=råijgZij3）位能与静压的关系当空气静止时（v=0），由空气静力学可知：各断面的机械能相等。设以2-2断面为基准面：1-1断面的总机械能E1=EPO1+P12-2断面的总机械能E2=EPO2+P2由E1=E2得：EPO1+P1=EPO2+P2由于EPO2=0（2-2断面为基准面），EPO1=r12.g.Z12，所以：P2=EPO1+P1=r12.g.Z12+