3.通风阻力.ppt

第三章井巷通风阻力,本章重点和难点摩擦阻力和局部阻力产生的原因摩擦阻力和局部阻力产生的测算,当空气沿井巷运动时，由于风流的粘滞性和惯性以及井巷壁面等对风流的阻滞、扰动作用而形成通风阻力。井巷通风阻力可分为两类摩擦阻力也称为沿程阻力和局部阻力。第一节井巷断面上风速分布一、风流流态1、管道流当流速较低时，流体质点互不混杂，沿着与管轴平行的方向作层状运动，称为层流或滞流。当流速较大时，流体质点的运动速度在大小和方向上都随时发生变化，成为互相混杂的紊乱流动，称为紊流或湍流。（１）雷诺数－Re式中平均流速v、管道直径d和流体的运动粘性系数。,,,在实际工程计算中Re≤2300层流，Re＞2300紊流（２）当量直径对于非圆形断面，当量直径de非圆形断面井巷的雷诺数U与S关系式中C断面形状系数梯形C4.16；三心拱C3.85；半圆拱C3.90。举例P38,2、孔隙介质流在采空区和煤层等多孔介质中风流的流态判别准数为式中K冒落带渗流系数，m2；l滤流带粗糙度系数，m。层流，Re≤0.25；紊流，Re＞2.5；过渡流0.25Re2.5二、井巷断面上风速分布（１）紊流脉动风流中各点的流速、压力等物理参数随时间作不规则（２）时均速度瞬时速度vx随时间τ的变化。其值虽然不断变化，但在一足够长的时间段T内，流速vx总是围绕着某一平均值上下波动。,３）巷道风速分布由于空气粘性和井巷壁面摩擦影响，井巷断面上风速分布是不均匀。层流边层在贴近壁面处仍存在层流运动薄层，即层流边层。层流边层以外，从巷壁向轴心方向，风速逐渐增大，呈抛物线分布。平均风速巷道风量Q＝VS＝,风速分布系数断面上平均风速v与最大风速vmax的比值称为风速分布系数速度场系数，用Kv表示巷壁愈光滑，Kv值愈大，即断面上风速分布愈均匀。砌碹巷道，Kv0.8～0.86；木棚支护巷道，Kv0.68～0.82；无支护巷道，Kv0.74～0.81。第二节摩擦风阻与阻力一、摩擦阻力风流在井巷中作沿程流动时，由于流体层间的摩擦和流体与井巷壁面之间的摩擦所形成的阻力称为摩擦阻力也叫沿程阻力。由流体力学可知，无论层流还是紊流，以风流压能损失来反映的摩擦阻力可用下式来计算λ－无因次系数，即摩擦阻力系数，通过实验求得。d圆形风管直径，非圆形管用当量直径；,2．层流摩擦阻力当流体在圆形管道中作层流流动时，从理论上可以导出摩擦阻力计算式μρν可得圆管层流时的沿程阻力系数古拉兹实验所得到的层流时λ与Re的关系，与理论分析得到的关系完全相同，理论与实验的正确性得到相互的验证。层流摩擦阻力和平均流速的一次方成正比。3、紊流摩擦阻力对于紊流运动，λfRe，ε/r，关系比较复杂。用当量直径de4S/U代替d，代入阻力通式，则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式,二、摩擦阻力系数与摩擦风阻1．摩擦阻力系数α矿井中大多数通风井巷风流的Re值已进入阻力平方区，λ值只与相对糙度有关，对于几何尺寸和支护已定型的井巷，相对糙度一定，则λ可视为定值；在标准状态下空气密度ρ1.2kg/m3。对上式，令α称为摩擦阻力系数，单位为kg/m3或N.s2/m4。则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式写为标准摩擦阻力系数通过大量实验和实测所得的、在标准状态（ρ01.2kg/m3）条件下的井巷的摩擦阻力系数，即所谓标准值α0值，当井巷中空气密度ρ≠1.2kg/m3时，其α值应按下式修正,2．摩擦风阻Rf对于已给定的井巷，L、U、S都为已知数，故可把上式中的α、L、U、S归结为一个参数RfRf称为巷道的摩擦风阻，其单位为kg/m7或N.s2/m8。工程单位kgf.s2/m8，或写成kμ。1N.s2/m89.8kμRf＝fρ,ε,S,U,L。在正常条件下当某一段井巷中的空气密度ρ一般变化不大时，可将Rf看作是反映井巷几何特征的参数。则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式写为此式就是完全紊流进入阻力平方区下的摩擦阻力定律。三、井巷摩擦阻力计算方法新建矿井查表得α0αRfhf生产矿井hfRfαα0,,,,,,,例题某设计巷道为梯形断面，S8m2，L1000m，采用工字钢棚支护，支架截面高度d014cm，纵口径Δ5，计划通过风量Q1200m3/min，预计巷道中空气密度ρ1.25kg/m3，求该段巷道的通风阻力。解根据所给的d0、Δ、S值，由附录4附表4-4查得α0284.210－40.880.025Ns2/m4,第三节局部风阻与阻力由于井巷断面、方向变化以及分岔或汇合等原因，使均匀流动在局部地区受到影响而破坏，从而引起风流速度场分布变化和产生涡流等，造成风流的能量损失，这种阻力称为局部阻力。一、局部阻力及其计算局部阻力hl一般也用动压的倍数来表示式中ξ局部阻力系数，无因次。层流计算局部阻力，关键是局部阻力系数确定,二、局部阻力系数和局部风阻一局部阻力系数ξ,二局部风阻,第四节矿井总风阻与矿井等积孔一、井巷阻力特性在紊流条件下，摩擦阻力和局部阻力均与风量的平方成正比。h＝RQ2对于特定井巷，R为定值。用纵坐标表示通风阻力或压力，横坐标表示通过风量，当风阻为R时，则每一风量Qi值，便有一阻力hi值与之对应，根据坐标点（Qi,hi）即可画出一条抛物线。这条曲线就叫该井巷的阻力特性曲线。风阻R越大，曲线越陡。,二、矿井总风阻从入风井口到主要通风机入口，把顺序连接的各段井巷的通风阻力累加起来，就得到矿井通风总阻力hRm，这就是井巷通风阻力的叠加原则。已知矿井通风总阻力hRm和矿井总风量Q，即可求得矿井总风阻N.s2/m8Rm是反映矿井通风难易程度的一个指标。Rm越大，矿井通风越困难；三、矿井等积孔我国常用矿井等积孔作为衡量矿井通风难易程度的指标。假定在无限空间有一薄壁，在薄壁上开一面积为Am2的孔口。当孔口通过的风量等于矿井风量，且孔口两侧的风压差等于矿井通风阻力时，则孔口面积A称为该矿井的等积孔。,设风流从I→II，且无能量损失，则有得风流收缩处断面面积A2与孔口面积A之比称为收缩系数φ，由水力学可知，一般φ0.65，故A20.65A。则v2＝Q/A2Q/0.65A，代入上式后并整理得取ρ1.2kg/m3，则因RmhＲm／Ｑ2，故有由此可见，A是Rm的函数，故可以表示矿井通风的难易程度。当A＞２，容易；A＝１～2，中等；A＜１困难。,例题3-7某矿井为中央式通风系统，测得矿井通风总阻力hRm2800Pa，矿井总风量Q70m3/s，求矿井总风阻Rm和等积孔A，评价其通风难易程度。解对照表3-4-1可知，该矿通风难易程度属中等。1、对于多风机工作的矿井，应根据各主要通风机工作系统的通风阻力和风量，分别计算各主要通风机所担负系统的等积孔，进行分析评价。2、必须指出，表3-4-1所列衡量矿井通风难易程度的等积孔值，是1873年缪尔格Murgue根据当时的生产情况提出的［3］，一直沿用至今。由于现代的矿井规模、开采方法、机械化程度和通风机能力等较以前已有很大的发展和提高，表中的数据对小型矿井还有一定的参考价值，对大型矿井或多风机通风系统的矿井，衡量通风难易程度的指标还有待研究。,,第五节降低矿井通风阻力措施一、降低井巷摩擦阻力措施1．减小摩擦阻力系数α2．保证有足够大的井巷断面3．选用周长较小的井巷4．减少巷道长度5．避免巷道内风量过于集中二、降低局部阻力措施应尽量避免井巷断面的突然扩大或突然缩小断面大小悬殊的井巷，其连接处断面应逐渐变化尽可能避免井巷直角转弯或大于90的转弯主要巷道内不得随意停放车辆、堆积木料等要加强矿井总回风道的维护和管理冒顶、片帮和积水处要及时处理,第六节矿井通风阻力测定,一、通风阻力测定内容R,通风阻力分配,二、井巷通风阻力准备工作1．仪表和人员准备（1）气压计、压差计、皮托管、静压管、胶皮管、三角架（2）风表、秒表（3）空盒气压计、湿度计（4）皮尺、钢卷尺、断面测量仪（5）4-5人一组（6）分工明确,2．选择测量路线和测点（1）主要测量路线--风路最长、风量最大的干线（2）风流分叉、汇合处设测点（3）并联风路只测一条路线（4）漏风大的路线多布测点（5）皮托管、静压管安设地点（6）局部阻力特别大的地方前后应设两个测点（7）编号3．准备记录表格,三、巷道通风阻力测定1、压差计法用压差计法测定通风阻力的实质是测量风流两点间的势能差和动压差，计算出两测点间的通风阻力。其中右侧的第二项为动压差，通过测定１、２两断面的风速、大气压、干湿球温度，即可计算出它们的值。第一项和第三项之和称为势能差，需通过实际测定。1）布置方式及连接方法,２）阻力计算压差计“＋”感受的压力压差计“－”感受的压力故压差计所示测值设且与1、2断面间巷道中空气平均密度相等，则式中Z12为1、2断面高差，h值即为1、2两断面压能与位能和的差值。根据能量方程，则1、2巷道段的通风阻力hR12为,,例压差计法测定倾斜巷道通风阻力，U型倾斜压差计读数为20mmH20、角度30度，S1S24m2，V1V23m/s，L300m,半圆拱，ρ11.2kg/m3,ρ21.16kg/m3，求巷道通风阻力、通风风阻,2、气压计法由能量方程hR12P1-P21v12/2-2v22/2m12gZ12用精密气压计分别测得1、2断面的静压P1、P2用干湿球温度计测t干、t湿和，进而计算1，2用风表测定1、2断面的风速v1、v2。m12高差不大，算术平均值；高差大，加权平均值；Z121、2断面高差，从采掘工程平面图查得。可用逐点测定法，一台仪器在井底车场监视气压变化，修正。hR12P1-P2P121v12/2-2v22/2m12gZ12,四、局部通风阻力、风阻和局部阻力系数测定,,,例已知L12200m，L13300m，hR1260Pa，hR12110Pa，Q10m3/s，S4m2，求hl、ξ,ε--相对误差，ε5hRs全系统阻力测定之和，PahRm全系统计算阻力值，Pa,hw风机房水柱计读数，PaHN系统自然风压，Pa,第一百一十九条新井投产前必须进行1次矿井通风阻力测定，以后每3年至少进行1次。矿井转入新水平生产或改变一翼通风系统后，必须重新进行矿井通风阻力测定。,本章习题,3-23-63-83-133-15,