第三章通风阻力-PPT课件.ppt

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1、矿井通风与安全甘肃煤炭工业学校2009年10月本章目录第一节井巷断面上的风速分布第二节矿井通风阻力第三节通风阻力定律及其特征第四节矿井通风阻力测定矿井井下生产，需要源源不断地供给新鲜空气，当空气沿着井下巷道流动时，由于风流的粘滞性和惯性，还有巷道四壁对风流的阻碍、扰动等作用，形成对风流流动的各种阻力，它是造成风流能量损失的主要原因。为了使空气按照人们设计的方向运动，就要借助矿井的通风压力（由通风机或者自然风压造成）来实现，通风压力和通风阻力是一对正反作用力，通过计算矿井的通风阻力，就可以了解到矿井所需要的通风压力，从而合理地选择通风设备，搞好通风设计。再者，在矿井生产中，通过对井

2、下巷道阻力的测定，可以为降阻工程、局部通风网络改造、加强通风管理、改变通风现状、提高通风效能提供技术资料。一、风流流态（一）层流与紊流风流流态指风流的流动状态。1883年英国物理学家雷诺通过实验发现，同一流体在同一管道中流动时，不同的流速会形成不同的流动状态。风流的流动状态有两种：层流和紊流。第一节井巷断面上的风速分布1．层流：是指流体各层的质点互不混合，质点流动的轨迹为直线或有规则的平滑曲线，并与管道轴线方向基本平行。2．紊流：是指流体的质点强烈互相混合，质点的流动轨迹极不规则，除了沿流动总方向发生位移外，还有垂直于流动总方向的的位移，且在流体内部存在着时而产生、时而消失的旋涡

3、。（二）井巷风流的流动状态雷诺曾用各种流体在不同直径的管路中进行了大量的实验，发现流体的流动状态与平均流速、管道直径和流体的粘性系数有关。流体的速度越大，粘性越小，管道尺寸越大，则流体越易成为紊流，反之，越易成为层流。这里可用一个无因次参数Re（雷诺数）来表示上述三因素的综合影响。对于圆形管道：（3—1）式中V─管道中流体的平均速度，m/s；d─圆形管道的直径，m；v─流体的运动粘性系数，与流体的温度、压力有关，对于矿井风流，通常取平均值14.4×10-6m2/s。对于非圆形管道：公式3—1中的管道直径应以井巷断面的当量直径来表示（3—2）式中de─井巷断面的当量直径，m；S─巷

4、道的断面面积，m2；U─巷道的周长，m。对于不同形状的井巷断面，其周界长与断面的关系可用下式表示：（3—3）式中c─断面形状系数：梯形断面c=4.16；三心拱断面c=3.85；半圆拱断面c=3.90；圆断面c=3.54。实验表明，流体在直圆管内流动时，当Re≤2320时，流动状态为层流；当Re＞4000时,流动状态为紊流；在Re=2300~4000的区域内,流动状态不是固定的，由管道壁的粗糙程度、流体进入管道的情况等外部条件而定，只要稍有干扰，流态就会发生变化，因此称为不稳定的过渡区。在实际工程计算中，为简便起见，通常把管道流动状态的判断基准数定为：当Re≤2300时，为层流；当

5、Re＞2300时，为紊流。[例3—1]某一巷道，断面形状为三心拱形，断面积9m2，巷道中供给风量为7m3/s，试判断其风流流态。[解]故此巷道中风流流态为紊流。[例3—2]条件同例题1，试求风流由层流向紊流过渡时的平均风速。[解]《煤矿安全规程》规定，井巷中风流的最低允许风速为0.15m/s，远远大于上述计算的临界风速，故井下巷道中风流都是呈紊流状态。只有在采空区漏风的情况下，采空区中风流才可能出现层流状态。二、井巷断面上的风速分布井巷风流是一种连续介质，它沿着巷道的轴线方向运动。这里介绍一下稳定流与非稳定流的概念。流场中流体质点通过空间点的所有运动要素都不随时间改变，只是位置的

6、函数，这种流称为稳定流（定常流）。如果其中一个要素随时间变化，就称为非稳定流。在矿井里，影响风流的因素（井巷特征、岩壁温度、通风机风压、风量等）在某一时间里变化不大，并且在正常通风期间，通风设施，提升设备的开关、升降对局部风流产生瞬时扰动的影响也不大，所以井巷中空气的流动一般可视为稳定流（定常流）。由于空气的粘性和井巷摩擦的作用，井巷断面上风速的分布是不均匀的。在靠近壁面的地方存在层流运动薄层，也就是层流边层。其厚度δ随Re增加而变薄；在层流边层以外，由巷道壁面向巷道轴心方向的风速将逐渐增大，其分布呈抛物线状。如图3-1所示。矿井下巷道断面形状不一，支护方式也不一样，再加上巷道中

7、堆积物等局部阻力物的存在，巷道中风速分布不一定具有对称性，最大风速也不一定在巷道的中心轴线上。图3-1井巷断面上的风速分布第二节矿井通风阻力矿井通风阻力通常分为摩擦阻力（沿程阻力）、局部阻力两种。一、摩擦阻力（一）摩擦阻力的定义和物理基础空气在井巷中流动时，由于空气和井巷周壁之间的摩擦以及流体层间空气分子发生的摩擦而造成的能量损失称为摩擦阻力（也叫沿程阻力）。在矿井通风中，克服沿程阻力的能量损失，常用单位体积1m3风流的能量损失hf来表示，无论层流还是紊流，都可以用下列通式来计算