第2章 矿内空气动力学基础

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1、1安全工程学院矿井通风与安全MineVentilationandSafety中国矿业大学多媒体教学课件2第2章矿内空气动力学基础3上一章内容第1章矿内空气1.1矿内空气成分及其基本性质1.2矿内空气的主要物理参数1.3矿井气候4上一章内容学习目标1、矿内空气的主要成分2、井下常见的有害气体3、矿内空气的主要物理参数4、矿井的气候条件，矿内空气的温度、湿度，风速，矿内气候参数的测定。重点与难点1、矿内空气主要成分及其性质2、井下常见的有害气体、来源及最高允许浓度3、矿井的气候条件（温度、湿度，风速）5第2章矿内空气动力学基础根据能量平衡及转换定律，结合矿井风流的特点，分析矿井风流任一断面上的机械

2、能和风流沿井巷运动的能量变化规律及其应用，为以后章节提供理论基础。6第2章矿内空气动力学基础2.1流体的概念2.2风流能量与能量方程2.3风流压力及压力坡度7学习目标、重点与难点学习目标1、流体的概念2、风流能量与能量方程3、风流压力及压力坡度重点与难点1、点压力之间的关系2、能量方程及其在矿井中的应用82.1流体的概念流体是一种受任何微小剪切力作用时都能连续变形的物质。流体可分为液体和气体。气体的分子分布比液体分子相距大约103倍。气体的分子距很大，分子间的吸引力很小，总是充满它所能够达到的全部空间。液体的分子距较小，分子间的吸引力较大，液体的流动性不如气体。此外，一定质量的液体具有一

3、定的体积，并取容器的形状，但不像气体那样能够充满全部空间。□9流体具有流动性，两层流体以一定速度作相对运动时，在两层的交界面上就要产生内摩擦力，这种内摩擦力阻碍各层的流动。流体中的内摩擦力又叫粘滞力，决定它的因素很复杂，因此就造成了研究液体运动时的很大困难，为简化问题，假定在流体运动中并无内摩擦力的存在。一般来说，流体是可以压缩的，当压力改变时其体积就要改变，因而密度也随之必变。这也增加了研究问题时的复杂性，为此，又假定流体是不可压缩的。既没有内摩擦又没有压缩性的流体，叫做理想流体。真实流体都是有粘性的，在研究过程中，首先以理想流体代替真实流体，以便清晰揭示流体主要运动特性；然后，再根据需要考

4、虑粘性的影响。因此，理想流体是为便于解决实际问题对真实流体作的一种抽象。102.2风流能量与能量方程2.2.1风流能量2.2.2不可压缩流体的能量方程2.2.3可压缩风流能量方程2.2.4关于能量方程使用的几点说明□112.2风流能量与能量方程2.2.1风流能量矿井通风是典型的稳定流，风流沿着一维的巷道连续的流动。在这个流动中涉及到了能量的转移和消耗。能量的改变是我们计算风量和通风压力等通风工程中重要参数的基础。在井巷中，任一断面上的能量（机械能）都由位能、压能和动能三部分组成。假设从风流中任取一质量为m，速度为u，相对高度为Z，大气压为P的控制体。现在用外力对该控制体做多少功来衡量这三种机械

5、能的大小。122.2.1风流能量1、位能（势能）物体在地球重力场中因受地球引力的作用，由于相对位置不同而具有的一种能量叫重力位能，简称位能，用Ep0表示。当向上移动到高于基点Z（m）时，做的功为，J这就给出了物体在Z高度上的位能。132.2.1风流能量2、静压能（流动功）由分子热运动产生的分子动能的一部分转化过来的能量，并且能够对外做功的机械能叫静压能，(Ep)。如下图所示，有一两端开口的水平管道，断面积为A，在其中放入体积为V，质量为m的单元流体,使其从左向右流动，即使不考虑磨擦阻力，由于管道中存在压力P，单元体的运动就会有阻力，因此必须施加一个力F克服这个阻力，单元体才会运动。当该力使单元

6、体移动一段距离s后，就做了功。142、静压能（流动功）为平衡管道内的压力，施加的力为F=PA，N做的功为，J又AS是流体的体积V，所以根据密度的定义=m/V或者V=m/则对该单元体做的流动功为或者，（J/kg）（2-7）当流体在管道中连续流动时，压力就必须对流体连续做功,此时的压力就称为压能，所做的功为流动功。上式就是单位质量流体的静压能表达式。152.2.1风流能量3、动能当空气流动时，除了位能和静压能外，还有空气定向运动的动能，用表示。如果我们对一个质量为m的物体施加大小为F的外力，使其从静止以加速度a做匀加速运动，在t时刻速度达到u，外力对其做的功为：这就是质量为m的物体所具有的动能

7、162.2风流能量与能量方程2.2.2不可压缩流体的能量方程能量方程表达了空气在流动过程中的压能、动能和位能的变化规律，是能量守恒的转换定律在矿井通风中的应用。假设空气不可压缩，则在井下巷道内流动空气的任意断面，它的总能量都等于动能、位能和静压能之和。17现有空气在一巷道内流动，考虑到在任意两点间的能量变化，如图所示。内能的变化是非常小的，忽略不计，又因为外加的机械能通常单独考虑，撇开这些因素，在