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三人行矿业学院


《矿井通风与安全》课程教学大纲说明
一、本课程为采煤专业的必修课 二、本课程的先修课程,采煤学、井巷工程地质学。 三、本课程学时数为 72 学时,其中有 4 次实验课。 四、考试方式,采取闭卷考试与平时作业相结合,考勤为重要方面。 五、课内外学时比 1:1。 六、本课程主要学习内容: 矿井通风 矿井瓦斯 矿井火灾 矿井粉尘 七、本课程的目的和任务: 通过本课程学习,使大

家掌握矿井通风的基本规律基本方法,基本概念,能够应用所学知识对 矿井做出合乎要求的通风设计。 了解矿井井下的主要灾害:矿井瓦斯、矿尘、矿井火灾的存在和发展规律,基本掌握预防、治 理矿井瓦斯爆炸煤与瓦期突出,煤尘与瓦斯爆炸,矿井外因火灾与自然火灾以及治理矿井粉尘的一 系列技术和方法。

第一章

井下空气的成分、性质和变化规律
第一节 井下空气的成份

地面空气的主要成份(干空气) 按体积组分有: 按质量组分有: 氮气 78.13% 75.5% 氧气 20.9% 23.10% 二氧化碳 0.03% 0.05% 氩气 0.93% 1.27% 其它气体 0.01% 0.01% 井下空气的成份: 新风——新鲜空气 风——污染空气(经物理变化和化学变化) 成份: Q2

N2

CO2

H 2 O CH 4

CO

H2S

SO2

NO2 NH 3

H 2 ,矿尘

1.氧气:无色、无臭、无味、无毒、气体能助燃产生 CO2 CO ,是人呼吸必须的物质。 大气氧浓度 21% 17% 引起喘息 呼吸困难 15% 脉膊加快 灯焰熄灭 10~12% 人失去理智 6~5% 失去知觉,死亡 《煤矿安全规程》规定:采掘工作面进风流中,氧浓度不低于 20% 人在静态状态下耗氧量 0.25 l / mm 人在工作时耗氧量 1~3 l / mm ≈0.001~0.003 m / mm
3

人耗氧程度可以反映劳动强度 劳动强度越大,需氧量越多;劳动强度越小,需氧量越少,用呼吸系数表示。 呼吸系数——单位时间内,人体耗氧量与产生的 CO2 体积之比。

h=

VCO2 VO2

一般人的呼吸系数 0.8~1 矿井呼吸系数 0.3~0.8 井下工人的呼吸系数为 1(人体耗氧与吐出的 CO2 一样多)则,每人每分钟供风量为:

V =

3 Vo2 = 0.003m / mm = 0.333m 3 / mm ≈ 4m 3 / mm 3 n1 ? n2 0.209 ? 0.2m / mm

Vo2 ——每人耗氧量 n1 ——新鲜空气氧浓度 n2 ——井下氧气浓度下限值 20%
因井下各种物质发生氧化反应却要耗氧,考虑安全系数所以规程规定,每人每分种供风量不得 小于 4 m 3 / mm ,如果工作面 50 人工作,则 50×4=200 m 3 / mm 。 2.二氧化碳

CO2

性质:无色,比空气重(比重 1.52)不助燃,易溶于水,常积原于巷道底部。 来源:有机物的氧化 人的呼吸 煤和岩石的氧化 煤破 煤炭自燃 瓦斯、煤尘爆炸 危害: CO2 浓度对人体的影响。 1~2% 2 3 5 6 10 呼吸急促 轻度头痛,呼吸困难 头剧痛,出汗 耳鸣、感觉到血液流动 视力下降,动作颤抖 昏迷,失去知觉

《规程》规定:采掘工作面进风流 CO2 ,不超过 0.5% 采掘工作面回风流 CO2 不超过 0.75%

工作风流 CO2 浓度超过 1%,停止生产,查明采取措施。 3.一氧化炭 CO 性质:无色、无味、无臭、比空气轻(比重 0.967)极毒,微容于水。 来源:煤破作业的产生 煤炭自燃 火灾 煤尘、瓦斯爆炸 危害: CO 对人体的危害 CO 与血色素的结合力比氧气大 250~300 倍 抑制血球携氧能力,使血液中毒,缺氧致死。 CO 浓度对人体,反应 轻度头痛 1 ppm =0.0001% 50 ppm 100 ppm 中度头晕 100 ppm =1% 250 ppm 严重头痛 1000 ppm =0.1% 1000 ppm 恶心、呕吐、虚脱 >1000 ppm 昏迷 0.1% 13~75% 有爆炸性 致命中毒浓度 0.4% 《规程》规定:最高容许浓度为 0.0024% 4.硫化氢

CO 浓度

H2S

性质:无色、带有臭鸡蛋味的有毒气体,易溶于水比重 1.19 。 来源:有机物腐烂 抗木腐烂 硫化矿物水化 煤体、释放 危害:有强烈毒性 能使人的血液中毒 对眼睛粘膜及呼吸系统有强烈刺激作用 0.01~0.015% 呼吸困难,流清水鼻涕 0.02% 眼、鼻、喉粘膜受强烈刺激,头痛,呕吐,四肢无力 0.05% 半小时内,人失去知觉,死亡。 《规程》规定:矿内空气中最大容许浓度为 0.00066% 5.二氧化氮 ( NO2 ) 性质:红棕色,有刺激臭,比空气重(1. 57) 来源:爆破作业 危害:有强烈毒性,溶解在水里成硝酸,有腐蚀作用 对人的眼睛、呼吸道有强烈刺激作用 0.006% 咳嗽,胸部发痛 0.01% 神经麻木 0.025% 死亡 《规程》规定:矿内空气中 NO2 最大容许浓度为 0.00025%

6.二氧化硫 ( SO2 ) 性质:无色,具有强烈的硫磺气味和酸味,比重 1.434 ,易积聚在巷道底部易溶于水 来源:含硫煤中煤破,煤尘爆炸,含硫煤氧化自燃 危害:有强烈毒性与呼吸道湿表面形成硫酸,对眼、呼吸道道有腐蚀作用,引起肺水肿。 0.002% 红眼,流眼泪,咳嗽,头痛 0.005% 肺水肿,死亡 《规程》规定 7.氨气( NH 3 ) 性质:氨气,无色,剧毒,比空气轻(比重 0.9)易溶于水 来源:矿内火灾时产生,矿内爆炸时产生 危害:对人体有毒害作用 0.01%时就可嗅到特殊臭味 《规程》规定, NH 3 最大容许浓度为 0.004% 8.氢气( H 2 ) 性质:无色,无味,具有爆炸性 来源:矿井火灾,爆炸事故中,井下充电洞室均会产生 《规程》规定,最高容许浓度为 0.5% 9.沼气 ( CH 4 ) 性质:无色,无味,无臭,比空气轻(0.55)难溶于水,易扩散无毒,不助燃,具有爆炸性。 (5~ 16%) 。 来源:煤层,它是煤矿井下涌出的主要气体,占(80~96%) 危害:高浓度瓦斯,会引起窒息 (5~16%)会爆炸 10.矿尘 矿尘分为落尘和源尘,源尘对人体有严重危害 矿尘能引起尘肺痛(其中Sio 2 是元凶) 矿尘能引起爆炸(30~2000 mg / m ) 《规程》规定: Sio 2 >10%时,容许浓度 2 mg / m 以下 Sio 2 <10%时,容许浓度 10 mg / m 以下 以上 10 种有毒物质的安全标准,见表 1—2 在矿井中,这些气体都可能产生和出现,都必须采取措施排除,稀释,使致达到安全浓度。 矿井能负是保证矿井空气各种成份达到安全标准的基本措施,但不是唯一措施,还有如在煤体 中加入石炭水减少 H 2 S 、 SO2 ,抽放 CH 4 ,煤体中位水减少煤尘等。
3 3 3

SO2 最高容许浓度为 0.0005%

所有有害气体都统称为瓦斯 稀释有害气体常常是确定矿井风量的主要依据。一般 CH 4 和 CO2 是矿内主要的有害气体,达 (80~90%) ,因此,人们按照它们的涌出量来划分等级,以便分级供风,分级管理。 二种涌出量概念

q a ——绝对瓦斯涌出量:在单位时间内涌出矿内的瓦斯量 m 3 / mm q e ——相对瓦斯涌出量:每采一吨煤 平均涌出的瓦斯量 m 3 / t
两者的关系:

qe =

qa A

单位时间产煤量 t / mm

例如,某矿,日产煤 1000 吨,绝对瓦斯涌出量 5 m 3 / mm ,求相对瓦斯涌出量?

qe =
按《规程》规定:

q a 5 × 60 × 24 = = 7.2 A 1000

m3 / t
供风量标准 1~1.25

沼气等级划分

q e ≤ 10m 3 / t q e > 10m 3 / t

低沼气矿井 高沼气矿井

m 3 / mm / t / d

≥ 1.5 m 3 / mm / t / d

第二节 井下空气的物理参量 1.空气的比容 v ——单位质量空气所占有的容积,即

2.空气的密度 ρ ——单位容积空气的质量,即(比容的例数)

v= V M

( m 3 / kg )

ρ=M =1
V v

( kg / m 3 )

3.空气的重率——单位窖空气的重力称重率

m? g m = ?g = p?g V V V ? G = mg ( N ) 1N = 1(kg ) ? (m / s 2 )

ρ=G=

(N /m )

3

4.空气的压力 微观上讲(1)压力(压强) ,上物理学中分子运动理论,空气的压力是单位容积中空气分子热 运动的总动能的 2/3 所产生的即

ρ = 2 n( 1 mv 2 )
3 2

n 为分子数

空气的绝对压强在各个方向上强度是相等的。 (2)大气压力——宏观上讲地球表面一层很厚的空气层对地面所形成的压力称大气压力 大气压力随高度的变化而变化,可用波芘曼公式表示 标高 Z m 处的大气压力 ρ

ρ = ρ0e

?

ugz R0T

= ρ0e

?

z 29.28T

ρ 0 ——论平面 Z=0 处的大气压力
u ——空气的摩尔质量(空气的分子量)28.97 kg / kmd
T——空气的温度 K

R0 ——普适气体常数 8314 T / kmd .k
g ——重力加速度 9.81 m / s 2 ugz ——称为位压(位能势能)
( 3 ) 标 准 大 气 压 — — 是 指 气 温 为 0 ℃ 时 , 纬 度 为 45 ? 的 海 平 面 上 的 空 气 的 压 力

ρ = 760mmHg = 101325 pa ,大气压力绝对扩压的侧量①用水银气压计;②空盒气压计。
见图 1—2,1—3 (5)压力单位, pa (帕) 1 pa =1 N / m
2

1 mmH 2 O = 9.8 pa 1 mmHg = 133.32 pa 1 mmHg = 13.6mmH 2 O 1 atm = 260mmHg

1K pa =1000 pa 1 mbar = 100 pa 1 bar = 10 pa
5

5.空气的温度 绝对温度 T = t + 273K ( t 为摄氏温度) 温度可以衡量分子热运动的强弱程度,分子运动的动能与温度成正比,温度越高,分子动能越 大,温度越低,分子动能越小,当温度为零,分子停止运动,这是不可能的绝对温度零在理论值。 我们前人发现,绝对扩压不变时,在摄氏 0℃以上,每升 1℃,气体的容积便增加 1/273.15 倍, 每降低 1℃,气体的容积便减少 1/273.15 倍。当 t 降到 ? 273.15 ? 时,气体的容积为零。 (1) 《规程》规定,采掘工作面气温 t ≤ 26 ℃ 机电洞室气温 t ≤ 30 ℃ 冬季总进风气温 t ≥ 2 ℃ 当t < 2℃ 必须加热 t > 26 ℃ 必须降温 (2)井下空气温度变化规律 进风路线上,冬季沿线气温逐渐升高 夏季沿线气温逐渐下降 采掘布 冬夏常年变化不大,恒温加热 回风路线上 冬夏常变化不大,气温逐渐降低

(3)影响煤内温度的主要因素: ①地面温度对浅井影响较大,随着开采深度增加,影响越来越小。 ②空所在压缩与膨胀(向下流动,受压缩温度提高) ③岩层温度是影响煤内气温的重要因素,越深越明显。 ④氧化生热(工作后墙壁氧化生热) ⑤电器机械运转放热 ⑥地下水 6.空气的湿度 (1)绝对湿度 fa ——单位体积空气中所含水量位的质量 ng / m 3 ,g/ m 3 ,g/kg 称为绝对湿度 a.这种含有最大限度水蒸汽量的湿空气叫饱和空气 b.其水蒸汽量叫饱和湿度 f s c.此时的水蒸汽分压力叫做饱和水蒸汽压力 ρ s d.绝对湿度只能说明空气中实际含有的水蒸汽量,但并不说明其饱和程度。 (2)相对湿度——在同温同压下,空气的绝对湿度 f a 值和饱和湿度 f s 值的面分比

?=

fa 绝对湿度 × 100% fs 饱和湿度

? ↓空气变干燥

? ↑空气变潮湿

相对湿度反映饱和程度,也叫饱和度 ? =0 为干空气, ? =1 饱和空气(此时的温度称露点温度)

?=
(3)露点

ρa × 100% ρ sa

空气中水蒸汽分压力和同温度下饱和水蒸汽分压力

? = 100% 时的温度称为露点温度
不饱和空气冷却时,随着温度下降,相对湿度会渐渐增大,冷却达到 ? = 100% 时,此时达到 露点,如再冷却就开始凝结成水。 即t ↓ ? ↑ t↑ ? ↓ (4)空气湿度的测算 ①先用仪表测出干温度和湿温度,求得差值 t 干 ? t 湿 ②然后查表 1—6,求得相对湿度 ? ③又据干温度 t 干 在表 1—5 查得饱和湿度 f s ④算得 f a = ? % ? f s 例: 某矿总进风量为 400 m / mm ,其干温度 t 干 = 22 ℃,湿温度 t 湿 = 21 ℃,
3

求? , fs , fa 。 解:查表 1—6 得 ? = 91% 又据 t 干 = 22 ℃ 查表 1—5 得饱各湿度 f s = 19.3 g / m
3 3

故其绝对湿度 f a湿 = 91% × 19.3 = 17.56 g / m
3

若该矿总回风量是 4400 m / mm , t 干 = 14 ℃, t 湿 = 14 ℃,求 ? , f s , f a 。 解:查表 1—6

?t = 0

? = 100% ,
3

又据 t 干 = 14 ℃,查表 1—5 得,饱和温度 f s = 12 g / m 故绝对温度为 f a = 100% × 12 = 12 g / m
3

? f a湿 > f a干
故知一天沉积在该矿井下的水量为 (17.56×4000-12×4400)×60×24≈25 t / d (5)矿内空气湿度的变化规律 冬天:冷空气进入井下,空气温度逐渐井高,其饱和能力逐渐变大,沿途吸收井巷中的水份, 巷道干燥。 夏天:热空气进入井下,空气温度冷却,其饱和能力逐渐降低空气中的水蒸汽沿途析出巷道潮 湿。故矿井风路线上有冬干夏湿的现象,回风路线上气温常年不变,湿度也几乎不变 ? = 100% 。 7.空气的内能 气体的内能——是指气体内部分子热运动的动能和分子间相互吸引力所产生的位能的总和 质量为 Mkg 的气体的内能用 U 表示,单位(KJ) 质量为 1kg 的气体内能用 U 表示,单位 KJ/kg 即

U = ? ? M ( KJ / kg )

气体内能 U 的国际单位是 kcal (平卡) 1 kal = 4.1868 KJ 井下空气可视为理想气体,即没有内位能的气体,即它和比容无关,只是绝对湿度的单值函数, 即 u = f (T ) 8.空气的焓 焓——一定状态下的空气的内能与流动功之和称为焓 i = ? + ρv KJ/kg

? ——气体的内能 KJ/kg ρ ——气体的绝对静压 kpa
v ——气体的比容
m 3 / kg

理想气体的焓也是 T 的单值函数 9.空气的比热 比热——单位质量气体升高成降低 1 K 尔文时所吸收或放出的热量,叫做气体的比热。

C=

dq ? dq = CdT dT

热量的计算公式为 Q = M ? C (T2 ? T1 ) M——物体的能量 C——比热

T2 ? T1 ——升高温度
写成微分 dg = MCdt c =

1 di M dT

——等容过程中气体不能膨胀作功,所吸收的热量全部用来增加气体的内动能,使内能增加, 温度升高。 ——等压过程中,气体可以膨胀,所吸收的热量除用来增加气体分子的内动能外,还克服外力 作功。 因此,对同样质量的气体升高,同样的温度,在等压过程中所需的热量要比等容过程为多,故 等压比热 CP 总是大于等容比热 CV。 理想气体的比热也是温度的单值函数,比热限温度升高而增大(见表 1—7)

k=

Cp Cv

称 K 为绝热指数,对于空气 k = 1.41

粘性——流体显现内摩擦力的性质叫粘性 内摩擦力——流体在层与层之间产生的接能阻力称为内摩力 10.空气的粘性 设内摩擦力的 f 也称为粘性力

du 称为速度梯度 dx ?s 接能面积
实验证明,内摩擦力与速度梯度以及按能面积成正比,即 粘性力 f = ?

du ↑ ?s ↓ f ↑ dx

? ——比例系数,称为绝对粘性系数或动力粘性系数

du ?S dx

? = νp

( pa ? s )

υ=

? ρ

(m 2 / s ) (运动粘性系数=

动力粘性系数

ρ



见表 1—8,不同温度条件下, ? 和ν 不同。

第三节 井下空气的基本定律 1.气体状态方程 描述比容ν ,绝对静压 ρ ,绝对温度下三者的关系

ρv
T

=R
=

(气体常数)

ρ1ν 1
T1

=

ρ 2ν 2
T2

ρ 3ν
T3

= ?? = R

各种气体,R 值不同

干空气的气体常数 Rv = 287 水蒸汽的气体常数 Rw = 461 2.波义耳定律 当 T1 = T2

(kg ? k ) (kg ? k )

V1 ν 1 ρ 2 = = V2 ν 2 ρ 1

(气体容积和压力成反比关系)

例,某采空区容积 V1 = 56000m ,早班测得沼气浓度 2%,空气压力 ρ 1 = 105kpa ,中班测得
3

ρ 2 = 102kpa 两次测得温度相同,则 V2 =
其中沼气浓度为: 沼气量不变,即 2%×56000= x %×57647

v1 ρ1

ρ2

= 56000 × 105 = 57647 m 3 102

x = 2% × 56000 = 1.94% 57647
如果该采空区密闭不严实,则该采空区有可能向外涌出会沼气浓度 1.94%的空气量为: 57647-56000=1647 m 3 3.查尔定律 当 ρ1 =

ρ2



V1 ν 1 T1 = = V2 ν 2 T2

(等压过程,气体容积和绝对温度成正比)

当 V1 = V2 , 则ν 1 = ν 2

ρ1 T1 = ρ 2 T2
4.道尔顿定律

(等容过程,气体的绝对静压和绝对温度成正比)

混合气体的总压力 ρ 等于各种成分的分压力 ρ i 之和

ρ = ρ1 + ρ 2 + ?? ρ n = ∑ ρ i
i =1

n

Kpa

例如,湿空气的绝对静压等于干空气和水蒸汽的分压力之和

ρ湿 = ρ干 + ρ水

5.格莱享姆定律 井下各种气体和空气互相混合的性能叫做气体的扩散性,格莱享姆发现,某种气体向空气扩散 的速度,与这种气体和空气的比重之比的平方根成反比。 某种气体向空气扩散的速度=

空气的比重 某种气体的比重

某种气体的比重=

某种气体的分子量 标准气体的分子量
14.41 = 1.344 或 7.98 1 = 1.344 0.554

例如,沼气向空气扩散的速率

故知,沼气比空气的扩散率更大 1.344 倍。 CO 2 向空气扩散的速率是

1 = 0.811 1.519

6.热力学第一定律 各种能量可以互相转换,但它们的总量保持不变,这就是能量守恒与转换规律

Qh = U 2 ? U 1 + W = ?U + W = ?U + FL = ?U + PSL + U + PV
单位质量气体的状态变化过程:

Qh ?U PV = ? ? q = ?u + pv M M M

( KJ / kg )

第四节 湿空气密度、重率、含湿量和焓的测算 一、湿空气密度的测算: 湿空气=干空气+水蒸汽

M湿 = M干 + M水

ρ湿 =

M湿 M干 M水 = + = ρ 干 + ρ 水蒸汽 V V V
水蒸汽的密度

kg / m 3

干空气的密度

ρa =
?

ρa
287T

ρ水 =
ν=1
9

ρ水
461T

ρv
T

=R

ρ=

ρ
RT

? 干空气的气体常数 Ra = 287
水蒸汽的气体常数 Rw = 461

ρ a 、 ρ w ——分别为干空气和水蒸汽的绝对分压( ρ a )据道尔顿定律可知

ρ = ρa + ρw

(ρa )
(? ? =

ρ a = ρ ? ρ w = ρ ? ?ρ sa
湿空气的密度为:

ρw ) ρ sa

ρ 湿 = ρ 干 + ρ 水蒸汽 =
=

ρa
287T

+

ρw
461T

+ 287T 461T = 1 ( ρ ? ?ρ sa + 287 κρ sa ) 287T 461

ρ ? ?ρ sa

?ρ sa

= 0.00348( ρ ? ?ρ sa + 0.622?ρ sa ) = 3.48T ( ρ ? 0.3779?ρ sa ) / 273.15 + t
二、湿空气的重率的测算式

ρ 的单位 kpa ( kg / m 3 )

γ = ρ ? g = 9.8 × 3.484 ( ρ ? 0.3779?ρ sa )
273 + t
例如,测得 t = 18 ℃

(N /m )

3

ρ = 101.325

(kpa)
(kpa)

据 t 值,查表 1—5 得 ρ sa = 2.064947 则用(1—40)算得湿空气的密度为:

ρ=

3.848(101.325 ? 0.3779 × 2.064947) ≈ 1.2 273.15 + 18

kg / m 3

三、湿空气的含湿量的测算 (1)含湿量——在 1 kg 干空气的空气中所挟带的水蒸汽质量称为空气的含湿量 d (也称为比 湿)

d = Mw × 1000 Ma

( g / kg 干空气)

Mw ——水蒸汽质量( kg ) Md ——干空气质量( kg )
(2)含湿量与相对湿度的关系

? ? p aV = M a R a T 由? ? ? p wV = M W RW T
d=

?

Ma = MW

p aV Ra T p V = W RW T

Mw p V pV × 1000 = w / a × 1000 Ma R wT Ra T

=

pw Rw

pa × 1000 Ra

=

Ra p w ? × 1000 Rw p a

287 p w × 1000 461 p a d 测算式 = 622 pw p ?? = 622 sa pa p ? ?p sa ( g / kg干空气)

大气压力 p 、 ? ( t 干 、 t 湿 ) 由 t 干 ,查得 p sa 例如, t = 17 ℃, ? = 80% , p = 760mmHg = 101.325kpa ,根据 t = 17 ℃,查表 1—5 得,

p sa = 14.5mmHg = 1.933kpa
代入上式:

d=

622 × 80% × 1.933 = 9.64 g / kg 101.325 ? 80% × 1.933

干空气

四、湿空气焓的测算 湿空气的焓就是湿空气所含有的热量,又名含热量。 是指 1(kg)干空气的焓 i a 和 d(g)水蒸汽的焓 in 之和,即

i = ia + 0.001d ? lw

( J / kg )

d ——湿空气的含湿量(g/kg 干空气)
测算式: i = 1.01t + 0.001d (2500 + 1.84t ) 其中, i a ——干空气的焓

i = (1.01 + 1.84d )t + 2500d

i w ——水蒸汽的焓
1.01——干空气的定压质量比热 2500——是水蒸汽的汽化潜热

kJ / kg.k kJ / kg kJ / kg.k

1.84——是常温下水蒸汽的定压质量比热 近似计算中常简化为:

i = 1.01t + 2.5d

kJ / kg

五、湿空气的气体常数

R=

R干 × 1 + Rv ? d 1+ d
J / kg ? k J / kg ? k

( J / kg ? k )

R干 ——287
Rv ——461

d ——空气的含湿量,
六、湿空气焓湿图的应用

kg / kg 干空气

试求井下空气在地在绝对静压 p = 760mmHg 气温 t = 20 ℃ 相对湿度 ? = 60% 含湿量 d = 8.8( g / kg干空气) 焓

条件下的 d, i ,

t w t露

i = ? 2.5kJ / kg

/

i = 10.1 kcal / kg干空气

t 湿 = 15 ℃
t 露水 = 12 ℃

p w = 1380 pa p sa = 2300 pa

/ /

p w = 10.33mmHg 17.2 mmHg

第二周 矿井标准状态

T = 293 + 20

p = 760 mmHg = 101325 pa

? = 60%

ρ = 1.2 kg / m 3
大气温度随高度的变化可表示为

dT = ? g n ? 1 dz k n

(k / m) = ?0.0065

k /m

R ——气体常数,287.14 m 2 / sk

n ——常数,在海拔为 0 的标准大气压条件下 n = 1.235

压能与状态过程有关 位能与状态过程无关

第五节 井下空气的热力变化过程 地表空气进入井下,沿途要经过各种热力变化过程,而发生热交换和能量变化。 一、等容过程 ( v = 常数, ρ 也是常数)

ρ
T

= R = 常数 v

? dv = 0

pdv = 0

热量的变化 dq = duto = du

压能变化



2 1



ρ

= ( ρ 2 ? ρ 1 ) / ρ = ( ρ 2 ? ρ 1 )v

二、等压过程 ( p =常数
2

v = R = 常数) T p

dq = du + ∫ pdv = du + p?v = di
1

? dp = 0
压能变化



2 1

dp

ρ

=0

三、等温过程

(T=常数

ρv = RT = 常数)
2 2 v p dq = ∫ RT dv = RT ∫ dv = RT ln 1 = RT ln 2 1 v 1 v v2 p1

内能 u 不变,

du = 0

热量变化

dq = 0 + RT ln
2 1

p1 p2

压能变化



2 p p p dp dp = ∫ p1v1 = p1v1 ln 1 = 1 ln 1 1 p p p 2 p1 p 2

四、绝热过程

( dq = 0 , p1v1 = 常数)
k

压能变化



2 1

dp

p p = k ( 2 ? 1 ) = k ( p 2 v 2 ? p1v1 ) ρ k ?1 ρ2 ρ k ?1
n

五、多变过程 ( pv = 常数) 压能变化



2 1

dp

p p = n ( 2 ? 1 ) = n ( p 2 v 2 ? p1v1 ) ρ n ? 1 ρ 2 ρ1 n ?1

压力 p = p ( x , y , z ) 稳定流 速度 v = v( x , y , z ) 密度 ρ = ρ ( x , y , z ) 压力 p = p ( x , y , z , t ) 非稳定流 速度 v = v( x , y , z , t ) 密度 ρ = ρ ( x , y , z , t )

第二章

矿井风流的能量及其变化规律

第一节 矿井风流运动的特征 1.井下风流可视为一维运动,压力速度密度都是连续分布的理想气体。 2. 称 定 流——流体所有运动要素不随时间改变, 只是位置的函数, 这种流动称稳定流 (定常流) 3.非稳定流——如果运动要素随时间变化,就称非稳定流一般把矿井风流近似地视为称定流, 灾害时矿井风流就变为非称定流。 4.一般将矿井风流视为不可压缩的,空气密度变化不大。

第二节 能量方程 一、稳定流的连续性方程 流进的质量流量 根据质量守恒定律 质量流量不变 流出的质量流量

M1 = M 2



kg / s
kg / s

即 ρ 1V1 S1 =

ρ 2V2 S 2

由于不可压缩假设

ρ1 = ρ 2 则
V1 S1 = V2 S 2

体积流量不变

Q1 = Q2
V1 S 2 = V2 S1

(m 3 / s)
风速与断面成反比

二、能量方程(伯努利方程) 在流体,力学中:假设条件 ①假定空气是无粘性的(流体中不消耗能量) ②假定空气是不可压缩的(密度为常数) ③理想流体 (风流是连续介质) ④称定汉 (一维定常流) 断面 1 的总能量 断面 2 的总能量 能量方程为

ρ1 + ρgz1 + 1 ρv12
2

2 ρ 2 + ρgz 2 + 1 ρv 2

2

(静压能)+(位能)+(动能) 静压能+位能+动能 断面 1 机械能 断面 2 机械能 三、矿井通风的伯努利方程 修正假设,以便更附合实际 ①实际空气是有粘性的,空气流动时有内摩擦力产生,巷道壁是阻止空气流动,克服阻力要消 耗能量。 即

h 阻 1—2 = ( p1 + ρ1 gz1 + 1 ρ1V12 ) ? ( p 2 + ρ 2 gz 2 + 1 ρ 2V22 ) 2 2

称 h 阻 1—2 为风压损失,风压降,风压,通风压力=通风阻力 ②认为矿井空气不可压缩,但实际上矿内向下流动有压缩,各上流动有膨胀,密度是有变化的, 为了弥补空气密度的变化影响,在位能项中取 ρ 01 = 即

ρ1 + ρ 2
2

ρ 02 =

ρ3 + ρ4
2

h 阻 1—2 = ( p1 + ρ 01 gz1 + 1 ρ1V12 ) ? ( p 2 + ρ 02 gz 2 + 1 ρ 2V22 ) 2 2
(断面 1 的总能量)-(断面 2 的总能量)

通风阻力

h 阻 1—2 = ( p1 ? p 2 ) + ( ρ 01 z1 g ? ρ 02 z 2 g ) + ( 1 ρ1V12 ? 1 ρ 2V221 ) 2 2

通风压力 (静压差)+(位压差)+(动压差) 伯努利方程的物理意义 ①该方程表示了实际流体在流动过程中,能量损失和能量变化的基本规律,它对于有粘性,不 可压缩的和连续流动的一切实际流体,都具有普遍适用的意义。 ②通风压力和通风阻力同时产生,相互依存,大小相等,方向相反,为克服通风阻力,必须满 足相应的通风压力,而且风流总是从总能量大的断面流向总能量小的断面。 可压缩能量方程: (深度超过干 m 的矿井或高温矿井)

h

阻 1—2 = p1 ? p 2 + ( z1 ? z 2 ) g

ρ1 ρ 2 ρρ + (V12 ? V22 ) 1 2 2 ρ1? 2 ρ1? 2

第三周 第三节 风流任一断面上机械能量 风流任一断面上的机械能可分别用静压,位压和动压来体现 一、静压(压能) 绝对静压——空气压力的值以真空为其准计算的,称为绝对静压,用 p 表示(绝对全压用 pπ 表 示 )。 相对静压——空气压力的值以测点图标高的大气压力,为基准计算的称为相对静压,它等于绝 对压力与大气压力之差。 相对全压力用 ht 可能为正,也可能为负 相对静压有 hs 绝对压力永远为正

? hsi = p si ? p at ( pa )

hsi = p si ? pat ( pa )

抽出式通风叫做负压通风——风流在抽风侧任一侧点的相对静压为负值。 压入式通风叫做正压通风——风流在压风侧任一测点的相对静压为正值。

p静 = pat ? h静

p静 = pat + h静

二、位压 (位能) 位压一风流受地球引力作用,对某一基准面产生的重力位能称位压。 断面 1 处单位体积风流对 0—0 基准面的位压是 he1 = z1 ρ1 g = z1r1 ( pa ) 同理,断面 2 he 2 = z 2 ρ 2 g ( pa ) 断面 3 he 3 = z 3 ρ 3 g ( pa ) 断面 4 he 4 = z 4 ρ 4 g ( pa ) 1—2 段的位压差为, he1 ? he 2 = z1 p1 g ? z 2 p 2 g 当 p1 = p 2 时,

he1?2 = ( z1 ? z 2 ) gp = z1?2 pg

当 p1 ≠ p 2 时,可用 p m (平均密度) he1?2 = ( z1 ? z 2 ) p m g 2—3 段的位压差为

he 2 ? he 3 = z 2 ρ 2 g ? z 3 ρ 3 g = ( z 2 ? z3 ) ρ m g

? z 2 = z3 ( pa ) = 0

3—4 段的位压差, he 3 ? he 4 = z 3 ρ 3 g ? z 4 ρ 4 g

? z3 < z 4

= ? z 3? 4 ρ 3? 4 g m ? kg / m 3 ? m / s 2
= kg / ms 2 = kgm 2 /m s2

( pa )

= N / m2

( pa )

上式表明: ①在水平巷道中,风流没有位压差。 ②在非水平巷道中,向下流的位压差为正,向上流的位压差为负。 ③对于矿井整段风流路线而言,其位压差不是起来两断面的位压差,而是井下最低标高以上 的进风段,位压差和同风段位压差之差。 ④不论空气流动与否,以下两断面空气和位压差都存在。 三、速压(动压) 速压——单位体积风流的动能称速压,其作用方向与风流流动的方向一致。

hi = 1 pVi 2 2

(kg / m 3 )(m / s ) 2 =

kgm 2 /m s2

N / m 2 = pa (压能) Vi ——平均风速(m/s) Vi = k ? Vmax
(内能) 速度分布系数 k v (由于粘性,巷道壁粗糙) ——平均风速与最大风速之比称 k ,也称速度均系数 巷道愈光滑, k i 越大,速度分布愈均匀。 石经碹巷道 木棚支架巷道 无支架巷道

k v = 0.8 ~ 0.86

平均 0.83 平均 0.73 平均 0.75

k v = 0.68 ~ 0.82 k v = 0.74 ~ 0.81

速压的测量(二种方法) 1.用皮托管测速压(风速可以反算) 2.用风表测出风速,再计算表达 风速的测量 杯式风表——适用于 5~25m/s 测量高速 普通翼式风表——适用于 0.5~10m/s 测量中速 高灵敏翼式风表——适用于 0.1~0.5m/s 测量任风速 测风路线:

Vi = a + bVa

(m / s)

真风速 表风速 每个表却有自己的极正线,可以直接查表 V 测风时巷道断面校正公式:

V =
实际风速

s ? sb Vt s
真实风速(风表校正后的风速)

S ——巷道断面 m 2

S b ——测风员占据巷道的近似面积,通常取 0.3~0.4m2
热线式 热体式 热敏电阻式 超声波叶式风速传感器(0.4~15m/s)数字显示。 四、全压 绝对全压

p全 = p静 + h速

( pa )

相对全压

h全 =| p全 ? pa |

相对全压是指从管道外和侧点目标高的大气压力之差算起的测点全压的相对值。 全压与静压的关系: 相对静压测量 压入式:

p静 = p a + h静
抽出式:

h静 = p静 ? p a

p静 = p a ? h静
相对全压测量: 压入式:

h静 = p a ? p静
抽出式:

p全 = p a + h全

p全 = p a ? h全

全压、静压、速压三者之间的关系 压入式:

p全 = p静 + h速
抽出式:

p静 = p a + h静

h全 = h静 + h速

p全 = p静 + h速

p静 = p a ? h静

h全 = h静 ? h速

第三周 第五节 能量方程的应用 一、始于断面间的无动力源 1—2 段为下行风流

h1? 2 = ( p s1 ? p s 2 ) + (hv1 ? hv 2 ) + ( z1 ? z 2 ) p1? 2 g
2—3 段为平巷

h2?3 = ( p s 2 ? p s 3 ) + (hv 2 ? hv 3 )
3—4 段为斜巷上行风流

h3? 4 = ( p s 3 ? p s 4 ) + (hv 3 ? hv 4 ) + ( z 3 ? z 4 ) p3? 4 g
4—5 段为上行风流

h4?5 = ( p s 4 ? p s 5 ) + (hv 4 ? hv 5 ) + ( z 4 ? z 5 ) p 4?5 g
1~5 段总阻力等于各段阻力之和则

h1?5 = ( p s1 ? p s 2 + p s 2 ? p s 3 + p s 3 ? p s 4 + p s 4 ? p s 5 ) + (hv1 ? hv 2 + hv 2 ? hv 3 + hv 3 ? hv 4 + hv 4 ? hv 5 )

+ ( z1 ? z 2 ) pl1? 2 g + ( z 3 ? z 4 ) p3? 4 g + ( z 4 ? z 5 ) p 4?5 g = ( p s1 ? p s 5 ) + (hv1 ? hv 5 ) + z1? 2 p1? 2 g ? z 3? 4 p3? 4 g ? z 4?5 p 4?5 g
二、始末断面间有动力源

h阻1? 2 = ( p s1 ? p s 2 ) + (

2 v12 p1 v 2 p2 ? ) 2 2

h阻3? 4

2 2 v3 p3 v 4 p4 = ( ps3 ? ps 4 ) + ( ? ) 2 2

1—4 断面的通风阻力为:

h阻1? 4 = ( p s1 ? p s 2 + p s 3 ? p s 4 ) + (

2 2 2 v12 p1 ? v 2 p 2 + v3 p3 ? v 4 p4 ) 2

例 1:在不通风的余井中,用空盒气压计测得 1 断面的压力 p1 为 770mmHg ,2 断面低于 1 断面, 垂高差 z12 = 50m ,1~2 两断面间空气柱的平均密度 ρ12 = 1.25kg / m ,求 1—2 断面的位能差,
3

Ep ?12 和 2 断面的压力 p 2 。
解: he1? 2 = ρ 12 gz12 = 1.25 × 9.8 × 50 = 612.5

pa

p 2 = p1 + ρ12 gz12 = 770 × 133.3 + 612.5 = 103253.5
例 2:风机作压入式通风今侧得 1 点相对静压 对全压 h全 ,设风筒外 i 点风标高处绝对静压 解:相对全压 绝对全压

pa = 774.6mmHg
动压 hvi = 16mmH 2 o ,求 i 点相

hi = 80mmH 2 o

p静 = 780mmHg ,求风筒内 i 点的绝对全压 p全 。

h全 = h静 + h速 = 80 + 16 = 96mmH 2 o h全 = p静 + h速 = 780 × 13.6 + 16 = 10624mmH 2 o

第三章
矿井能风阻力

矿井通风阻力

风流必须具有一定的能量,用以克服井巷对风流所呈现的能风阻力。 磨擦阻力( h摩 )+局部阻力( h局 )

①风流经过的流程内都产生磨擦阻力 ②局部阻力只发生在巷道断面变化,拐弯,分岔,地点 ③一般矿井通风阻力中, h摩 占 80~90%, h局 占 10~20%

第一节 风流的流动状态 1.风流动状态 层流状态——管内液体质点只有轴向直线运动,没有每项向运动 紊流状态——流体的质点 巷道内的风流状态可以前程烟雾直观地鉴别: 层流——随风飘移,能较长时间和管道内保持清晰的迹线 紊流——烟雾很快与空气混合而消失 2.雷诺数 两种流态的判别数,雷诺数 Re

pνd Re = Vd = νd = ν ? ? ( ) p
V ——平均流速 m / s

ν ——运动粘性系数 m 2 / s
D ——圆型管直径,非圆型管当量直径 d e =
半圆拱 U = 3.84 S 梯形

4 S (断面积) U (湿周)

U = 4.16 S

三心拱 U = 4.1 S

Re ≤ 2000 2000 < Re < 100000 Re > 100000
例:巷道断面 S = 2.5m 2 运动粘性系数

层流 过渡紊流 完全紊流 周界

U = 6.58m

ν = 144 × 10 ?6 m 2 / s

试估算出风流开始向紊流过渡的平均风速 解: V =

ReUv 2000 × 6.58 × 14.4 × 10 ?6 = = 0.015 4S 4 × 2.5

m/s

实际井巷中最低风速都在 0.15 以上,故均属紊流,不会出现层流,只有漏风风速才可能出现层 流。 如果 Re = 100000 时 该巷道内的风流呈现紊流的平均风速为:

V = 100000 × 6.58 × 14.4 × 10 = 0.95 ? × 2.5 井下风流的风速大多在 0.95 m / s 以上,
故井下风流多数是完全紊流。 第二节 1.达丙公式(沿程阻力公式)
2 hf = λ L V ρ d 2 L ——风道长度( m ) d ——断面当量直径( m )

?6

m/s

磨擦阻力

pa

ρ ——空气的密度 λ ——沿程(磨擦)阻力系数
h摩 = R摩 Q
2.层流沿程阻力(磨擦阻力)
2 h f = 64 L V ρ Re d 2
2 2 64 L ? V 2 ? ρ = 2vρLu v = 2QρLu Q 4vs 4 s 2 s2 s3 vu u

令 α = 2vρ

称 α 为层流磨擦阻力系数

32 ?VL d2 ? λ = 64 = 64 Re Vdρ hf =

代入达西公式可得上式

?

上式说明层流沿程阻力和平均流速的一次方成正比, λ 与 Re 成反比,而与管壁粗糙度无关 3.紊流沿程阻力(磨擦阻力) 1933 年,尼古拉根据 Re =

vd 和 λ = 2dgh f v Lv 2

采用了六种不同的相对粗糙度,进行了大量试验,见图 3—1,根据 λ 值随 Re 变化的特征。图 中曲线可分为三区。 Ⅰ层流区

Re < 2000 说明 λ 仅随 Re 变化,而与相对粗糙度无关,且 λ = 64 Re
( 3.3 < lg Re < 5.0 ) λ 既 和 Re 有 关 , 又 和 管 壁 相 对 粗 糙 度 有 关 相对粗糙度

Ⅱ区为中间过渡区

λ = f ( Re , ? ) γ

? (绝对粗糙度) γ 水力半径

Ⅲ完全紊流区 即λ = f ( )。

。 λ 与 Re 无关,只和管壁的相对粗糙度有关, lg Re ≥ 5.0 (即 Re ≥ 100000 )

γ

?

4.完全紊流状态下的磨擦阻力公式
2 h摩 = λ L V ρ d 2

2 ρ = λ L V ρ = λ Lu V 2 8 s ( 4S ) 2 U

( pa )



α=

λρ
8

称 α 为磨擦系数 (井下空气密度变化不大,支护方式已定型的矿井,壁面粗

。 糙度是常量, λ 是常数) 从而

Q h摩 = α ? LU V 2 = α LU ( ) 2 = ( 2 LU )Q 2 3 S S S S
= R摩 Q 2

其中

R摩 = αLU S3

称为井巷磨擦风阻(它反映井巷的特征,只受 L , U , S , α 的影响) 。

5.磨擦阻力定律——紊流沿程磨擦阻力与风量平方成正比

h摩 = R摩 Q 2
第四周

( pa )

① α 值一般通过实际测定,得出各类巷道的 α (见表 3—1 3—2 3—3 3—4 3—5 3—6 3—7 3—8 3—9 3—10 3—11 3—12 3—13 3—14 3—15) 。 ②不同支护方式 α 不同 ③风流密度不同时, α 不同。 比如同样的巷道,高山地区矿井, α 值比平原地区为小,为了统一比较,析算为标准空气密度

ρ 0 = 1.2

kg / m 3 条件下的所谓标准值,用 α 表示, α 0 标准 = 1.2 α测

ρ测

R = Ns 2 / m 8 = kgm / s 2 ? s 2 / m 8 = kg / m 7

α= h

Q

④ h摩 与风量的平方成正比,风量增大,磨擦阻力急剧增加 ⑤单位 国际制: α ( kg / m 3 )

R摩 ( N ? S 2 / m 8 ) = kg / m 7

h摩

( pa )
1k u = 1000u

工程制: α ( kg + s 2 / m 4 )

R摩 (kg + s 2 / m 8 ) = 1k u

⑥必须指出:摩擦阻力 h f 和磨擦风阻 R f 是两个完全不同的概念为纪念通风学者缪个格。

h摩 ——是每立方米空气在流动过程中损失的机械能(电压) R摩 ——风流流动的阻扰参数,可以类比于电路中的电阻。不过前者是二次方关系,后者是一
次方关系。 例: L = 2000m

S 梯 = 8m 2

U 型钢去护,支架纵口径 ? = 6 ,通风的风量 Q = 50m 3 / s

ρ m = 1.25kg / m 3
解:求 h f

α 0 = 170 × 10 ?4

kg / m 3

本巷道的通风阻力, 设主扇风和总效率 η = 0.6

为克服这段巷道的通风阻力,一年耗电多少度。

Rf

h f = R f Q 2 = (0.814) × 50 2 = 2035

pa
kg / m 7

Lu = 0.0177 × 2000 × 11.77 = 0.814 Rf = α ? 3 s 83
查附录六 按空气密度 梯形断面周长

α = α0

ρm
1.2

= 0.017 1.25 = 0.0177 1.2

kg / m 3
m

U = 4.16 S = 4.16 8 = 11.77

通风所耗功率

N=

h f ? Q 2035 × 50 = = 169.6 1000η 1000 × 0.6

kw

一年耗电量

W = 24 × 360 × N = 146.5 × 10 4
N=

kwh

pa = N / m 2

hf ?Q = N / m 2 ? m 3 / s = Nm / s = W 1000η
2

例:某设计巷道的木柱直径 d 0 = 16cm 纵口径 ? = 4 ,净断面 S = 4m ,周界 U = 8m ,长度

L = 300m 计算通风的风量 Q = 1440m 3 / mm ,求该巷道的磨擦阻力系数 α ,磨擦风阻 R摩 ,磨擦
阻力 h摩 。 解:据 d 0 ? S 的数值在表 3—3 中查得

α = 161.7 × 10 ?4 × 0.93 = 0.015
(3—11)

( Ns 2 / m 4 )

300 × 8 = 0.5625 R摩 = 2 Lu = 0.015 × 3 3 S 4

( N ? s 2 / m8 )

(3—12)

h 摩 = R 摩 ? Q 2 = 0.5625 × (

1440 2 ) = 324 60

( pa )

投产后,若这条巷道内空气密度的实际值是 ρ ′ = 1.26 数变为:

(kg / m 3 ) ,这时该巷道的磨擦阻力系

′ ρ′ (? α = )

α

ρ

∴α ′ =

ρ′ ? α = 1.26 × 0.015= 0.01575 ρ 1.2

( Ns 2 / m 4 )

′ ρ ′ R ′fr = ? (α = ) α ρ R fr

∴ R ′fr =

ρ′ ? R fr = 1.26 × 0.5625 = 0.5906 ρ 1.2 ρ' h fr = 1.26 × 324 = 340.2 ρ 1.2
3

( Ns 2 / m 8 )

′ ρ ′ R ′fr h ′fr ? (α = = = ) α ρ R fr h fr

∴ h ′fr =

( pa )

若该设计巷道用于高原矿井,该矿井下空气的平均值为 0.9 kg / m ,这时巷道的摩擦阻力系数 变为:

α ′′ = 0.9 × 0.015 = 0.01125

(N ? s 2 / m4 ) 1.2 ′ = 0.9 × 0.5625 = 0.4219 ( Ns 2 / m 8 ) R ′fr 1.2 ′ = 0.4219(1440 ) 2 = 243.01 ( pa ) h ′fr 60

以上计算表明,高原矿比平原矿的空气密度要小,对特征相同的井巷,磨擦阻力系数和磨擦风 阻都较小,通过的风量相同时,高原矿井的磨擦阻力也较小。 6.降低磨擦阻力的措施 降低矿井通风阻力,无论对安全和经济都有重要意义,根据 h摩 = α ?

Lu Q 2 S3

要保证一定风量,降低磨擦阻力的主要措施有: ①降低 α ,尽量使巷道壁光滑采用光朴喷 ②扩大巷道断面 S ,条件许可,采用双巷进器风 ③减少巷道周界长 U , (断面相同的条件下,圆型财长最小,拱型周长次之,梯型周长最大, 地、井筒要采用圆形断面,主要大巷采用拱形断面) (中失并裂式,供风路成长,两边对用式缩短周界改成) ④减少巷道长 L , ⑤既负巷道骨风量过大, (尽量使矿井的总进风早分开,矿井的总回风晚汇合)

第三节 局部阻力 1.局部阻力——是指风流在流动过程中因遇到局部障碍而产生的阻力称为局部阻力。 2.局部阻力产生的地点: ①拐弯

②断面扩大和缩小 ③巷道分岔 ④巷道内停放矿车,堆积物 ⑤坍塌 ⑥进风井口和出风井口 3.局部阻力定律 局部阻力可以表示为速压的倍数

h局 = ζ

ρv 2
2



ρ Q

( ) 2 = ζ 2 ? Q 2 = R局 ? Q 2 2 2 2s

ρ

( pa )

ζ ——称为局部阻力系数(无因项量)
R局 ——称为局部风阻
Ns 2 / m 8

井巷各种局部阻力系数,见表 3—16,表 3—17 4.降低局部阻力的措施 ①断面尽量避免突然变化要逐渐过渡,最有利的角度 8 < α < 20 ②避免直角拐弯,拐角要圆滑,曲率半径要适当 ③清理井巷中堆积物,少堵塞巷道断面

第四节 通风阻力定律和特征 一、通风阻力定律——反映了通风阻力与风阻,风量的关系,完全紊流

h阻 = RQ 2

( pa )

h阻 = 通风阻力
R ——风阻
Q ——风量
层流状态

( pa )

( Ns 2 / m 8 )

m3 / s

h阻 = RQ
中间过渡状态

( pa )

h阻 = RQ x

( pa )

二、井巷风阻特征曲线——可以反映矿井风阻的大小 已知矿井通风总阻力 h阻 和矿井总用量 Q ,即可求得矿井总风阻

Rm =

h阻 Q2

Rm 可以反映矿井通风难易程度的一个指标

通风阻特征曲线:

Q
h

Q1

Q2

Q3 h3

…… ……

…… ……

Qn hn

h1

h2

风阻特征曲线越平坦越好,阻力越小,通风容易; 越陡越不好,阻力越大,通风困难。 三、等积孔 等积孔是一个假想的孔口,可以通过等积孔面积的大小来形象地反映矿井通风的难易程度。 假定在无限空间有一薄壁上,有一面积为 A( m 2 ) 的孔口,当孔口通过的风量等于矿井总风量。 而孔口两侧的压差等于矿井总阻力:

h阻 = p1 ? p 2

h阻 =

ρ
2

2 v2

则孔口面积 A 就称为矿井等积孔 列伯努利方程,截面 1—1,风速等于 0 截面 2—2,风速达最大值 设流动过程中没有能量损失,则:

p1 +

ρ
2

v12 = p 2 + ? 0

ρ
2

2 v2

p1 ? p 2 =
V2 =

ρ
2

2 v2

2h阻

ρ

∴ 由流体力子知:风流收缩断面面积 A2 与孔口面积 A 之比,称为收缩系数, ? = 0.65 =


A2 , A

V2 =

Q Q = A2 0.65 A
Q = 0.65 A Q h阻 2h阻

代入

V2 =

2h阻

ρ



ρ

令 ρ = 1.2kg / m 3

A = 1.19

(m 2 ) = 1.19 1 R h阻 ——矿井通风总阻力 ( pa )
R ——矿井总风阻( Ns 2 / m 8 )

A ——称为矿井等积孔( m 2 )
Q ——矿井总风量
(m /s )
3

若 h 单位用 mmH 2 o ,则

A = 0.38

Q h阻

= 0.38 1 R

(m 2 )

R = 0.144 / A 2
四、矿井等积孔分类 (表 3—18) 通风阻力等级 大阻力矿 中阻力矿 小阻力矿 等积孔 A( m 2 ) <1 m
2

总风阻 R

通风难易程度 困难 中等 容易

7144 ?
2

1~2 m >2 m
2

144~36 ? <36 ?

? 矿井等积也不仅与沼气等级有关
而且与产量,开采强度有关 ∴ 表 3—19,重新修订了等积孔的合理值。 例:某中央式通风系统矿井,测得矿井通风总阻力 h阻 = 280mmH 2 o 矿井总风量 Q = 80( m / s ) ,求矿井总风阻 Rm 和矿井等积孔 A ,评价其通风难易程度。
3

解:

Rm =

= 280 ×29.8 = 0.429 Q 80
2

h阻

kg / m 7
(矿井通风难易属中等)

A = 1.19 / 0.429 = 1.82(m 2 )
矿井等积孔 井型 小 中 大 特大 五、多风机工作矿井的等积孔

高沼气矿井 1.5~2.0 2.0~3.5 3.0~4.5 4.5~6.0

低沼气矿井 1.0~1.5 1.5~2.0 2.0~3.0 3.0~4.0

多风机工作矿井的等积孔应根据各主扇的通风阻力 hi 和风量 Qi ,按风量加数平均,求出全矿总 阻力 h总 ,它表示全矿各系统平均单位体积风量所消耗的机械能。

h=

∑h ?Q
i =1 i

n

i

∑Q
i =1

n

=

h1Q1 + h2 Q2 + ? + hn Qn Q1 + Q2 + ? + Qn

i

n ——运转主扇的数目

hi ——第 i 台主扇的阻力值( pa ) Qi ——第 i 台主扇的风量值( m 3 / s ) A总 = 1.19 (Q1 + Q2 + ? + Qn ) h1Q1 + h2 Q2 + ? + hn Qn Q1 + Q2 + ? + Qn
(∑ Qi ) 3 / 2
i =1 n n

= 1.19

(Q1 + Q2 + Q3 ? + Qn ) 3 / 2 h1Q1 + h2 Q2 + ? + hn Qn

= 1.19

(h用pa )

∑h ?Q
i =1 i

i

A总 = 0.38

(∑ Qi ) 3 / 2
i =1 n

n

∑h ?Q
i =1 i

(h用mmH 2 o)

i

注意:总等积孔绝不是各等积孔之和

1N = 0.102kgf 1J = 0.102kgf ? m 1W = 0.102kgf ? m / s

1kgf = 9.81N

1 pa = 0.102kgf / m 2 = 0.102mmH 2 o

1000 pa = 0.102mH 2 o = 102mmH 2 o

六、风流的功率与电耗 1.风流的功率 N 的计算式为:

h?Q (kw) 1000 3 ∴ ( pa ? m 3 / s = N2 ? m = N? m = J = w = kw ) s s s 1000 m N=
2.矿井一天的通风电费

C=

h f ? Q f × 24 × e 1000η
( pa ) (m /s )
3

(y / d)

kw ? h = 度

h f ——矿井主扇的风压

Q f ——扇风机的风量
24——一天小时数

h/d

e ——每度电的单价

y /(kw ? h)

η ——风的效率,风机与电机直接传动时取 0.6
风机与电机间接传动时取 0.5

例:某矿左右两翼的通风阻力分别

h左 = 1274( pa ) = 130mmH 2 o h右 = 1960( pa ) = 200mmH 2 o
′ = 60m 3 / s Q左 ′ = 70m 3 / s Q右
外部漏风量

L左 = 4%

L右 = 5%

求: R1 、 R2 及风阻特性曲线

A1 A2
解:

A总 h总

R总

C1

C2
m3 / s m3 / s

′ )Q左 ′ = (1 ? 0.04) × 60 = 57.6 Q左 = (1 ? L左 ′ = (1 ? 0.05) × 60 = 66.5 Q右 = (1 ? L右 )Q右
两翼不包括外部漏风的风阻分别是

R左 =

h左 = 1274 /(57.6) 2 = 0.38399 Q左

Ns 2 / m 8

(0.03918ku )

R右 =

h右 = 1960 /(66.5) 2 = 0.44321 Q右
h左 = 0.38399Q 2 h右 = 0.44321Q 2

Ns 2 / m 8
( pa ) ( pa )

(0.04523ku )

左翼风阻特性曲线方程 右翼风阻特性曲线方程 列表格:

Q

0

20 153.6 15.7

40 614.4 62.7

60 1382.4 141.1

80 2457.5 250.8

100 3839.9 391.8

( pa )

h左

0 0

mmH 2 o
等积孔

A1 = 1.19 × 57.6 / 1274 = 1.92 A2 = 1.19 × 66.5 / 1960 = 1.79

(m 2 ) (m 2 )

? 全矿的风流总动率等于左右两翼风流的功率之和,即

h总 = (Q左 + Q右 ) = h左 ? Q左 + h右 ? Q右

从而

h总 =

h左 ? Q左 + h右 ? Q右 Q左 + Q右
( pa )

= 1274 × 57.6 + 1960 × 66.5 = 1641.6 57.6 + 66.5

R总 =

h总 = 1641.6 = 0.10659 Q总 (57.6 + 66.5)

( Ns 2 / m 8 )

A总 = 1.19
若 则

Q总 h总

= 1.19 57.6 + 66.5 = 3.64 1641.6

(m 2 )

η1 = η 2 = 0.6

电费单价

e = 0.09

( y / kw ? h)

两翼一天的通风电费分别是:

C1 =

h左 ? Q左 × 24 × 1274 × 60 × 24 × 0.09 = = 275.2 1000η1 1000 × 0.6 h右 ? Q右 × 24 × 1960 × 70 × 24 × 0.09 = = 493.9 1000η 2 1000 × 0.6

(y / d)

C2 =

(y / d)

全矿一于的通风电费是:

C = C1 + C 2 = 275.2 + 493.9 = 769.1

(y / d)

第四章

矿井通风动力

空气能在井巷中流动是由于风流的起来点间存在着能量差,这种能量差的产生,若是由扇风机 造成的,则称为机械风压;若是由矿是自然条件产生,则称为自然风压。 机械风压和自然风压均是矿井通风的动力,用以克服矿井的通风阻力,促使空气流动。 第一节 自然风压 一、自然通风——在各种自然因素的作用下,使风流获得能量并沿井巷流动,这种现象称为自然通 风,其动力称为自然风压。

h自 = ( z1? 2 r1? 2 + z 2?3 r2?3 ) ? ( z 4?5 ? r4?5 )
自然风压=进风段空气柱重量-回风段空气柱重量 矿井通风总阻力

h阻 = ( ρ 0 + + (ρ3 +
因为

ρ1
2

V22 + z 2?3 r2?3 ) ? ( ρ 3 +

ρ3
2

V32 + 0)

ρ3
2

V32 + 0) ? ( ρ 4 +

ρ4

′ ρ5 = ρ0

2 2 ρ1V2 V52 ρ 5 = 2 2

V42 + 0) + ( ρ 4 +

ρ4
2

V42 + 0) ? ( ρ 5 +

ρ5
2

V52 + z 4?5 r4?5 )

′ + z 2?3 r2?3 ? z 4?5 r4?5 h阻 = ρ 0 ? ρ 0 ? ∴ ′ + z1? 2 r1? 2 ρ0 = ρ0 ′ = z1? 2 r1? 2 ρ0 ? ρ0

h阻 = ρ + z1? 2 r1? 2 + z 2?3 r2?3 ? z 4?5 r4?5 = h自 h自 = z 01 ρ 01 g ? z 23 ρ 23 g

任何矿井的自然风压就是在井下最低标高的巷道以上, 进风与回风两到垂直空气柱的重量之差。

ρ 23 = 1.22kg / m 3 = 120(1.28 ? 1.22) × 9.8 = 70.6
冬天 1 → 2 夏于 2 → 1

( pa )

h自 为正 h自 为负

h自 = ( z1? 2 r1? 2 + z 2?3 r2?3 + z 4?5 r4?5 ) ? ( z 6?7 r6?7 + z 8?9 r8?9 + z10?11 r10?11 )
二、自然风压的影响因素 1.进回风两侧空气柱的高度 2.进回风两侧空气柱的平均重率(温差是主要因素) 3.空气成份和湿度影响空气的密度 4.空气密度陡井深增加而增加 5.扇风机工作对自然风压的大小和方向也有影响 浅井自然风压变化规律 深井通风的自然风压变化规律 三、自然风压的测算方法 1.间接测算法 测空气柱的平均密度,多布置测点,测 ρ 、T、 ? 。

ρ = 0.003484
近似计算:

ρ
T

(1 ?

0.378?ρ sa

ρ

)

kg / m 3

ρ = (0.461 ~ 0.463)
n

ρ
T

kg / m 3

ρm =

ρ1 + ρ 2 + ρ 3 + ? + ρ n

2.直接测定法 主扇停止运转时,关闭风峒内闸门,隔断总风流,用压差计测出闸门两侧的压差,此值即为自 然风压。 3.简略计算法

H自 = g ? z

( 1 ? 1 ) R Tm1 Tm 2

ρ

( pa ) ρ ——矿井最高点与最低点的平均气压。

Tm1 Tm 2 ——分别为井回风侧空气柱的平均气温
R ——湿空气的气体常数, R =

k

R干 + Rv d 287 + 461d = 1+ d 1+ d

( J / kgk )

四、自然风压的利用和控制 自然风压既是通风动力,也可能是事故的肇因 因此研究自然风压的利用和控制,具有一定的现实意义。 1.设计通风系统时,充分利用地形和气候特点,使自然风压的作用方向与机械风压一致,尽可 能增大井出风井口的标高差,使进风井口布置在背阳处。 2.根据自然风压的变化规律,应适时调整主扇工况点,既保证风量,又节约电能。 冬季自然风压帮助扇风和通风,可减小叶片角度或转逆山区平峒小矿,冬季停开风机,也能保 证风量。 3. 在多井口能风的山区, 尤其在高沼气矿井, 要掌握自然风压的颁规律, 防止因自然风压作用, 造成某些巷道无风或反风而发生事故。 某矿抽出式冬季 AB 和 DB 皆进风 Q AB = 2000m 3 / mm ,某日平洞自然风压作用使 AB 反向, 出风量 Q AB = 300m / mm ,反向风流将采空区瓦斯吹出,因电在引排水
3

4.建井施工中,有条件的可利用钻孔形成自然风口,解决局部地区的通风问题。 5.利用自然风在做好非常时期的通风,一旦主扇故障,自然风压成为唯一动力,平时要对自然 风压调查分析,有多少可通达地面的巷道,其中密闭是否可打开,自然风压值多大,在制定事故突 变处理的应有所考虑。 第二节 矿用扇风机的构造和附属装置 矿用扇风机是矿井通风的主要动力,相当于人体肺脏,它的功率较大,耗电约占全矿电耗 1/4。 矿用扇风机有三类: 1.主要扇风机(主扇)服务于全矿 2.辅助扇风机(辅扇)服务于某一采区或工作地 3.局部扇风机(局扇)服务于独具巷道掘进 扇风机按其构造可分为: 1.离心式: ①前倾式,压力较高,一般是鼓风机 ②后倾式,效率较高,中低压风机(矿用) ③径向式,小型风机 主要由:动轮,螺旋形机壳,吸风筒和锥形扩散器 原理:由于风机旋转而产生离心力作用,使风流获得能量,连续不断地从入风口吸入,由出风 口排出。 2.轴流式扇风机 主要由:动轮 1,圆筒形机壳 3,集风器 4,整流器 5,流线体 6,环形扩散器 7 组成。 轴流式扇风机的叶片安装一般可调

15 ?

20 ?

25 ?

30 ?

35 ?

40 ?

45 ?

? 使用时,可以每隔 25 ,调一次,有些轴流扇风机安装两段动轮,整流器用来整理旋转气流,

以减少涡流损失。环形扩散器是使环状气流过渡到柱状气流,速压逐渐减少,以减少冲击损失,同

时使静压逐渐增加。 三、扇风机有哪些附属装置 反风装置,防爆门 ,风峒和扩散器 1.反风装置就是使正常风流反向的设施 使用条件:当进风井筒附近和井底车场发生火灾或爆炸时,为了避免一氧化化碳和二氧化碳等 有害气体进入采掘工作面,危及井下工人的生命安全,则利用主扇的反风装置,迅速将风流方向反 向。 《规程》规定:反向设施必须在 10 分钟内把矿井风流方向反转过来。 反风方法: 反风道反风(轴流式,离心式都可) 扇风机反转反向(只适合轴流式) 反风道反向: 只改变风的开关状态,风机照常运转,反风率高但外部漏风大,见图 4—10,4—11。 反转风和反风: 调整电动机电源的两端,以改变扇风机动轮的旋转方向,使井下风流反向,这种方法不需 要做反风道,比较经济,外部漏风小。 2.防爆门 《规程》规定:装有扇风机出风井口,应装防爆门。 作用:当井下发生瓦斯爆炸时,爆炸气流将防爆门掀开。从而,达到保护主扇的作用。 必须符合下列要求: ①防爆门面积不小于该井口的断面积 ②防爆门必须正时出风井的风流方向 ③防爆门水槽中,要保持足够的水位,以防止漏风 ④要挂平衡锤配重 3.风峒 风峒是矿井主扇和出风井之间的一段联络巷道 风峒设计时应满足以下要求 ①风速 ≈ 10 m 3 / s ,最大不应超过 15 m / s ②风峒阻力不大于 100~200 pa ③风峒闸门要严密,防止大量漏风 ④风峒内应安设测量风速及风流压力的装置 4.扩散器(如图 4—14) 扇风机出风口外,联接一段断面逐渐扩大的风道称扩散器,其作用是,减少扇风机出风口的速 压损失,提高扇风机静压外扩散器的拐弯处有一组导流叶片,以降低阻力。 5.消音装置 我国规定,扇风机的噪音不得超过 90 dB (分贝) 在工业广场或居民区扇风机应装消音器 消音器: 主动式,作用是吸收声音的能量 反射式,作用是把声能反射回声源 扇风机多采用主动式消音装置,当风流通过多孔性,材料装成的流道时,其噪声被吸收

第三节 扇风机理论参数及特性 一、理论全压 1.推导理论全压的假设 (1)扇风机工作时没有任务能量损失,既电动机加在风机轴上的能量。全部为被输送的气体所 获得。 (2)叶轮的叶片数为无限多,叶片原度为无限薄,故可以为在动办同一圆周上各点的气流速度 相同。 (3)叶轮的转速不变,则气体作定常流动。 (4)空气为不可压缩。 2.离心式扇机的理论全压 在上述假设条件下,导出单位体积流体经过叶轮时所获得的能量,既理论全压 ρ T∞ 为

ρ T∞ = ρ (C 2uU 2 ? C1uU 1 )
U 1 U 2 ——叶道入、出口处的圆周速度 ( m / s )
(m/ s ) C1u C 2u ——叶道入口和出口气流的绝对速度在圆周速度方向的投影称旋绕速度。 3.轴流式扇风的理论全压

pT∞ = ρu (C 2u ? C1u )
二、理论流量 1.离心式的理论流量为

QT = πD2 b2 C 2 smα 2 D2 ——叶轮外径
b2 ——叶轮出口宽度

α 2 ——叶片出口绝对气流角
2.轴流式扇风机的理论流量为
2 2 QT = π ( D2 )C a ? d2 4

C a ——平均轴向不速数
D ——叶轮外径 m d ——轮壳直径 m

m/s

三、理论全压特性 转速一定时,扇风机的理论全压与理论流量的关系称为理论全压特性

ρ T∞ = A ? BQT
A=(

πD2 n
60

)2 ρ

B=

ρn
60b2

ctgβb2

对于确定的风机,其动轮直径 D2 宽度 b2 为定值,当转数 n 一定时,其 A、B 值均为常数 第五节 扇风机的实际参数 扇风机的实际参数指: 实际风压 实际风量 实际功率 实际效率

h2?3 = ( pT∞ + p s 2 + hv 2 ) ? ( p 0 + hv 3 + z 3? 2 p3? 2 g ) ′ + hv 3 ) = ( pT∞ + p s 2 + hv 2 ) ? ( p 0 ′ = p 0 + z 3? 2 p 3? 2 g p0
理论参数与实际参数总是有差距,因为假设条件并非实际加之气体具有粘性,流径扇风机时, 还会产生各种损失,故实际参数均比理论参数小。 1.抽出式风机的实际风压 如图 4—4—1 风机的理论风压 pT∞ 减去自风机井风口到扩散器出风口 3 之间的风压损失 h2?3 剩余的风压 ? 风 机装置的全风压 h ft 即

h ft = pT∞ ? h2?3

(4—26)

风流自风机入口进入,而从扩散器出口排出,是一个获得能量,同时又困克服阻力而损失少部 分能量的过程。 据能量方程写为:

′ + hv 3 pT∞ ? h2?3 + p s 2 + hv 2 = p 0 + hv 3 + z 3? 2 p3? 2 g = p 0
′ ? p s 2 ? hv 2 + hv 3 = hs 2 ? hv 2 + hv 3 = ht 2 + hv 3 h ft = p 0

′ ? p 0 + z 3? 2 p 3? 2 g = p 0 ′ ? p s 2 = hs 2 又 ? p0


h ft = hs 2 ? hv 2 + hv 3 = ht 2 + hv 3

h ft ——扇风机装置的全风压

ht 2 ——风机入风口 2 点的相对全压 hv 3 ——为扩散器出口 3 点的速压

为了应用方便,人们把 h ft 分为扇风机装置的静风压 h fs 和速压 h fv 两个组成部分,即

h ft = h fs + h fv h扇主 = h静 + h扇速 h扇静 = h静 2 ? h速 2

h fs = hs 2 ? hv 2 = ht 2 h扇主 = h静 2 + h速 2

h扇 ± h自 = h阻1? 2

h扇主 ± h自 = h阻1? 2 + h速3

2.抽压式扇风机的实际风压(图 4—24) 压入式通风的矿井往往多一段吸风道,主扇实际上是又抽又压式,风流自扇风机入口 2 到扩散 器出口 3 的能量变化方程是: pt 2 + h fth ? hr 2 ?3 = pt 3 即

h ft = h fth ? hr 2?3 = pt 3 ? pt 2 = ( p s 3 + hv 3 ) ? ( p s 2 + hv 2 ) = ( p s 3 ? p s 2 ) + (hv 3 ? hv 2 )

= hs 3? 2 + hv 3? 2 hs 3? 2 ——是 3 和 2 断面上风流的绝对静压之差( pa ) hv 3? 2 ——是 3 和 2 断面上风流的速压之差
∴ h ft = h fs + h fv = hs 3? 2 + hv 3 ? hv 2
从而,抽压式扇风机装置的静风压,测算式为 ( pa ) (? h fv = hv 3 )

h fs = hs 3? 2 ? hv 2

(4—34)

3.压入式扇风机的实际风压 扇风机井风口 2 直接和地表大气相接, (即没有吸风道)其能量变化方程:

p 0 + h fth ? hr 2?3 = pt 3


h ft = h fth ? hr 2?3 = pt 3 ? p 0 = ht 3 = hs 3 + hr 3 h扇全 = h静 + h速 2

h扇全 ± h自 = h阻1? 2 + h速

二、扇风机的实际风量 无论风机的工作方式如何,都可在风机进风口断面上测出速压换算成平均风速,或直接测出平 均风速(在风峒内规整断面上测量) 。

Q = Vi S i ? m 3 / s
三、扇风机的实际功率 扇风机的实际功率包括输入功率(2 各轴功率) N fi 和输出功率 N fo 两种

N fi 须用下式实测

交流电源

N fi =

3VI cos ? η eη t 1000

(kw)

η e ——电动机效率

η t ——传动效率
直流电源

扇风机与电动机直接传动时 η t = 1

N fi = VI η eη t 1000

(kw)

全压输出功率

N fot =

h ft ? Q f 1000 h fs ? Q f 1000

(kw)

静压输出功率 四、扇风机的实际效率

N fos =

(kw)

风流在扇风机装置内不仅有能量损失, 而且还有机械磨擦和容积损失 (漏损) , 扇风机装置的 N fo 必须小于 N fi ,二者的比值反映了扇风机的实际工作质量,此比值称为工作效率。 全压效率测算式

η ft =
η fs =

N fot h ft ? Q f = N fi 1000 N fi N fos h fs ? Q f = N fi 1000 N fi
第六节 扇风机的实际特性

静压效率测算式

Q ~ hf Q ~ Nf Q ~ηf

个体风压特性曲线 个体功率特性曲线 个体效率特性曲线

由于风机的类型,叶片形状,叶轮和前导器的叶片角度,图 4—25 为新旧程度不同,每台风机 的实际特性曲线不同。 一、个体风压特性曲线 a. 后倾式

β 2 > 90 ?

b. 径向式 β 2 = 90

?

c. 前倾式 β 2 < 90

?

风压曲线较稳定 叶片容易制作 变化均匀 多用于局扇 效率高 使用较多 轴流式,特点是有一段马鞍形 (驼峰)曲线

风压变化不均匀 风压较高 非矿用高压鼓风机

ad 段是实用段 ac 段是不稳定段 2.个体功率曲线 轴流式,功率随风量的增加而减少(图 4—26)轴流式扇风机则应打开闸门在风量最大的启动。 离心式,功率随着风量的增加而增加(图 4—27) ,启动时,要关闭闸门在风量最小时启动,然 而再打开闸门。 二、个体特性曲线的应用 1.对于抽出式扇风机

hr = hs 2 ? hv 2 + hn = h fs + hn ? h fs = hs 2 ? hv 2 = ht 2
抽出式扇风机是用装置静风压和矿井的自然风压相结合,来克服矿井的通风总阻力。 ——扇风机装置全风压中,用 h fs 克服井巷通风总阻力,而用 h fv ,克服风流自扩散器出风口进 入地表大气的局部阻力。 ——扇风机安装扩散器的目的就在于尽可能减少这项局部阻力的减少 h fv ,提高 h fs 增加矿井的 通风能力。 —— h fs 2 名抽出成扇风机装置的有效静风压 ——如果扩散器设计安装正确,扇风和出风口的速压的 70~75%以上,可转变为有效静风压。 2.对于抽压式扇风机

hr = hs 3? 2 + hv 3? 2 + hn
由 4—33, h ft = hs 3? 2 + hv 3? 2

( pa )

该式表明,2 抽式压的扇风机是用装置全风压和矿井的自然风压相结合来克服矿井总阻力。 3.对于压入式扇风机

hr = h ft + h自
三、扇风机个体特性曲线的合理工作范围 1.为了运转稳定,实际应用的风压不能超过最大风压的 0.9 ( H s ≤ 0.9 H max ) ,轴流式风机 不允许工况点落在马鞍形区域内。 2.主要扇风机的静压效率>0.6 3.转速不超过最大额定转速, 离心式 30~80 m / s 4.叶片按装角 一级动轮 二级动轮

轴流式 80~100 P 28

m/s

Qmm < Q < Qmax

见图 ? —29

10 ? < Q < 45 ? 15 ? < Q < 45 ?

第七节 影响扇风机实际特性的因素 一、同类型扇风机的比例定律 所谓同类型(又名同系列)的扇风同是指符合几何相似,运动相似和动力相似的一组扇风机。 ①根据几何相似的原则 对于同类型扇风机,它们的形状相似,几何尺寸成比例: 即

D2 b2 = ′ b2 ′ D2

(叶轮直径之比=叶片宽度之比)

(4—46)用图 4—18

②根据运动相似原则 对于同类型扇风机,它们的速度相似,对应的速度成比例:

C 2 m U 2 πD2 n / 60 Dn C = = = 2 = 2u ′m U 2 ′ πD2 ′ n ′ / 60 D2 ′ n′ C 2 ′u C2
(径向速度之比=旋绕速度之比) 对于同类型扇风机,叶轮出口处风流流过面积之比为:

(旋绕速度)

F = πD2 b2 = D2 b2 = ( D2 ) 2 ′ b2 ′ D2 ′ b2 ′ ′ F ′ πD2 D2
由扇风机的理论风量(4—21)

FC 2 m D Dn D Q = = ( 2 )2 × 2 = ( 2 )3 n ′m ′ ′ n′ ′ n′ Q ′ F ′C 2 D2 D2 D2
上式表明,扇风机的风量与叶轮直径的二次方成正比,和转数的一次方成正比。 ③根据动力相似原则 对于类型的扇风机,它们对应工作的风压成正比, 即

h = ρU 2 C 2u = ρ ( D2 ) 2 ( n ) 2 ′C2 ′ u ρ ′ D2 ′ h ′ ρ ′U 2 n′

上式表明:扇风机的风压和空气重率的一次方成正比,和叶轮直径的平方成正比,和转数的平 方成正比。 因同类型扇风机对应工作点的功率比为:

N = h ? Q = ρ ( D2 ) 2 ( n ) 2 ? ( D2 ) 3 ? ( n ) ′ ′ N ′ h ′Q ′ ρ ′ D2 n′ D2 n′ =

ρ D2 5 n 3 ( ) ( ) ′ ρ ′ D2 n′

上式表明:扇风机的功率和空气重率或密度的一次方成正比,和叶轮直径的五次方成正比,和 转数的三次方成正比。 因同类扇风机对应工作点的效率比为 :

η=

hQ 102 N

η′ =

h ′Q ′ 102 N ′

η hQ N ′ = ? =1 ′ η h′Q ′ N

η = η′
上式表明:同类型扇风机,它们对应工作点的效率相等。

η′ =

h′ ? Q ′ = 102 N ′

h(

′ ρ ′ n ′ 2 D2 ′ D′ )( ) ( ) ? Q( n )( 2 ) 3 n D2 ρ n D2 hQ = =η ′ ′ D 102 N ′ 3 2 5 ρ n 102 N ( ) ( ) ? ( ) n D2 ρ

扇风机的比例定律如下:

ρ n h1 D = 1 ( 1 )2 ? ( 1 )2 p 2 ρ 2 n2 D2
Q1 n D = ( 1 )( 1 ) 3 Q2 n 2 D2 N 1 ρ1 n1 3 D1 5 ( ) ( ) = N 2 ρ 2 n2 D2
此时,扇风机各对应点的效率相等,因为:

η1 =

h1Q1 1000 N 1

η2 =

h1Q2 1000 N 2

? h2 = h1 (

ρ 2 n 2 2 D2 2 )( ) ( ) ρ1 n1 D1

Q2 = Q1 (

n 2 D2 3 )( ) n1 D1 n 2 3 D2 5 ρ 2 ) ( ) ( ) ρ1 n1 D1

N 2 = N1 (

η2 =

h2 Q2 = 1000 N 2

h1 (

ρ 2 n 2 2 D2 2 n D )( ) ? ( ) ? Q1 ( 2 )( 2 ) 3 ρ1 n1 D1 n1 D1 hQ = 1 1 = η1 1000 N 1 ρ n D 1000 N 1 ( 2 ) 3 ( 2 ) 5 ( 2 ) ρ1 n1 D1



η 2 = η1

由此例定律得出:扇风机的风压与空气密度的一次方,转数的二次方,叶轮直径的二次方成正 比;扇风机的风量与转数一次方,叶轮直径的二次方成正比。扇风机的功率与密度的一次方,转数 的三次方和叶轮直径的五次方成正比。 扇风机的比例定律,在实际工作中有着重要用处,它可以将一台扇风机(D 一定)的特性曲线 转化为不同转数时的该扇风机的特性曲线。 例:已知,某轴流式扇风机的叶片安装角 30 ,转数 n1 = 1500 转/分,的特性曲线,如图所示,当
?

其它条件不变时,利用比例定律可得转数为 n 2 = 1000 转/分时的特性曲线。

n1 特性曲线上各点参数值
坐标点号 1 2 3 4

表1

n1
1500 1500 1500 1500

Q扇
15 20 23 25

h 扇静
230 195 140 90

N 扇入
45 55 50 45 表2

η1
0.75 0.69 0.63 0.49

n2 特性曲线上各点参数值
坐标点号 1 2 3 4

n2
1000 1000 1000 1000

Q 扇2
10 13.3 15.3 16.7

h 扇静 2
102 86.5 62.2 40

N2
13.3 16.3 14.8 13.3

η2
0.75 0.69 0.63 0.49

其方法:先在 n1 特性曲线上,取 1,2,3,4,……并将各点对应的 Q1 , h1 , N 1 , η1 等值填 入表 1。 然后,用比例定律求得,对应点的 h扇2 , Q扇2 , N 2 等值填入表 2, 即

h扇静 2 = h扇静1 ( Q扇2 = Q扇1 (

n2 2 ) n1

n2 ) n1 n2 3 ) n1

N 扇入 2 = N 扇入1 (

然后,在同一坐标图上描得各点并连成曲线,即为 n 2 时特性曲线。 第八节 扇风机的类型特性 在同类型扇风机的特性只有一组特性曲线来表示,这一组特性称为扇风机类型特性曲线。 类型特性曲线的用途是: ①使扇风机的特性曲线简化。 ②根据类型特性曲线可以选取最有利的扇风机。 ③可以比较不同类型的扇风机的工作性能。 一、扇风机类型特性参数

风压系数

H = h2 ρu

(抽象风压)

风量系数

Q=

Q

π D 2u
4

(抽象风量)

功率系数

N=

π ρD 2 u 3
4

N

(抽象功率)

上面 H 、 Q 、 N 都由比例定律得出。 因为扇风机叶片外缘的圆周速度 u 为:

u = πDn 60


u1 πD1 n1 = u2 60

πD2 n2
60

=

D1 n1 D2 n 2

方程两边平方并同乘

ρ1 ρ2

u12 D n = ( 1 )2 ( 1 )2 2 D2 n2 u2

ρ1u12 ρ1 D1 2 n1 2 h1 = ( ) ( ) = 2 ρ 2 D2 n 2 h2 ρ 2u2
从而,

h1 h = 2 2 = H = 常数 (无因论) 2 ρ1u1 ρ 2 u 2
Q1 n1 D1 3 n D D2 u D2 = ( ) = ( 1 1 ) 12 = 1 12 Q2 n 2 D2 n 2 D2 D2 u 2 D2


又 ?

Q1 Q2 = 3 3 n1 D1 n2 D2
方程两边同除 从而

Q1 Q2 = 2 2 u1 D1 u 2 D2

71 4

π D 2u 1 1
4

Q1

=

π D 2u 2 2
4

Q2

= Q = 常数 (无因论)

又?

N 1 ρ1 n1 3 D1 5 ρ1 n1 D1 3 D12 ρ1 u13 D12 = ( ) ( ) = ( ? ) ? 2 = 3 2 N 2 ρ 2 n2 D2 ρ 2 n 2 D2 ρ 2 u2 D2 D2



N1 N2 = 3 5 3 5 ρ1 n1 D1 ρ 2 n2 D2



N1 N2 = = N = 常数 3 2 3 2 D2 ρ1u1 D1 ρ 2 u 2

方程两边同除 从而

π
4

π D2ρ u3 1 1 1
4
h?Q N

N1

=

π D2 ρ u3 2 2 2
4

N2

= N = 常数

扇风机的效率和各系数的关系。

η=

二、扇风机类型特性曲线的应用: 如有某台扇风机的个体特性曲线图,找出用于推算绘制同类同类型扇风机的类型特性曲线图。 该扇风机圆周速度 u (或 n ) D 为某一定值,且 ρ = 1.2 的三条个体特性曲线上,每隔适当间 距取 5~6 个点,分别量出每点的 Q , h , N , η 各值。 然后用

Q

π D 2u 2 2
4

=Q

h =h 2 ρu 2

π ρD 2 u 3 2 2
4
h?Q =η N

N

=N

算出每点的 Q , h , N , η 各值。 最后把这些数值标在方格纸上,并描绘成同类型扇风机的三条类型特性曲线,这种特性曲线为 各种叶轮直径各种转数的同类型扇风机所共用。 例如,图 4—30 是根据 4—72 型( D2 = 1m )离心式扇风机模型的个体特性曲线而绘制的类型 特性曲线。 为该类型 No.10 , No.12 , No.16 , No.20 离心式扇风机所共用。 各种情况下相似风机的性能换算公式

换 算 算 条 公 式 件 换算 参 数 换 压力换算

D1 ≠ D2 n1 ≠ n2 ρ1 ≠ ρ 2
H 1 ρ1 D1 2 n1 2 = ( ) ( ) H 2 ρ 2 D2 n2 Q1 D n = ( 1 )3 ? ( 1 ) Q2 D2 n2 N 1 ρ1 D1 5 n1 3 = ( ) ( ) N 2 ρ 2 D2 n 2

D1 = D2 n1 = n2 ρ1 ≠ ρ 2
H 1 ρ1 = H 2 ρ2

D1 = D2 n1 ≠ n2 ρ1 = ρ 2
H1 n = ( 1 )2 H2 n2 Q1 n1 = Q2 n 2 N1 n = ( 1 )3 N2 n2

D1 ≠ D2 n1 = n2 ρ1 = ρ 2
H1 D = ( 1 )2 H2 D2 Q1 D = ( 1 )3 Q2 D2 N1 D = ( 1 )5 N2 D2

流量换算

Q1 = Q2
N1 ρ1 = N2 ρ2

功率换算 效 率

η1 = η 2

和上述相反,用图 4—30 所示的类型特性曲线图,可以推算绘制 4—72 型离心式, No.10 , No.12 , No.16 , No.20 同类型扇风机在某些转数下的若干个体特性曲线图。 ——用类型特性曲线选择主要扇风机时,先要根据主扇所需风压的最大值, h f ( pa ) , 用(4—55 式)①计算动轮的圆周速度, 即

u2 =

hf

ρ ?h

(m / s)

h =h 2 ρu 2

2 u2 = h ρ ?h

u=

h ρ ?h

h ——风压系数,用类型特性曲线中效率最高点所对应的数值,对于 4—72 型离心式扇风机
h = 0.4 ,对于 Q 4—73 型, h = 0.44 。
再根据主扇所需的风量 Q f ( m / s )
3

用(4—54)式②计算动轮直径:

D2 =
Q

4Q f

πu 2 Q
2 D2 =

( m)
Q

π D 2u 2 2
4

=Q

π Qu 2
4

D=

Q

π Qu 2
4

Q ——风量系数,用类型特性曲线中效率最高点所对应的数值,对于 4—72 型离心式扇风机 Q = 0.22 ,对于 Q 4—73 型离心式离风机 Q = 0.23

——根据算得的 D2 值在扇风机产品目录中选择接近此值的动轮直径 D (m) 或机号。 ③再根据算得的 D2 和 u 2 值,用下式计算所需转数 n

n=

60u 2 πD2

r / min

u = π D2 n 30

——最后根据 D 和 n 的数值选定合理的扇风机 第九节 国产扇风机的特征和特性简介 国产离心式扇风机类型较多,其中 4—72—11 型的全压效率最高达 91%,较为常用,其类型特 性曲线如图 4—30,其个体特性见表 4—1,表 4—2,表 4—3,表 4—4。 型号的意义 4—72—11— No.01 C 4——表示扇风机在最高效率点时的全压系数乘 10 倍的比重数。 72——表示扇风机在最高效率时的 u 转数 11——表示扇风机井口为单吸口。 No.01 ——表示扇风机的设计顺序为第一位。 C ——表示扇风机的转动方式。 比较数是同类型扇风机在效率最高时风压系数,与风量系数的关系的常数,比转数越大,风量 越高。 比较数

ns = n

Q ( H )3/ 4

Q 、 H 分别为效率最高时的流动压力。

ρ

二、轴流式扇风机 70 B2 和 2 BY 轴流式已淘汰。 现有效率较高的 62A14—11 No.24 型轴流式,其符号的意义是: 62——毂轮比的 100 倍 取整数 A——轮叶为扭曲机翼形,共 16 片 14——叶形第 14 次设计应用 1——该型扇风机第一次设计 1——一级动轮 No.24 ——表示扇风机的机号,动轮直径( m )的 10 倍 个体特性曲线分别为图 4—32,五图 4—39 所示,这些图和左下角是动轮反转反风时的特性曲 线。 另一种新型轴流式扇风机是 2K60—4 型,共有: No.18 、 No.24 、 No.28 、 No.30 2K60—1 No.18 2——两级动轮 K——矿井通风用 60——轮毂比的 100 倍 1——结构设计的顺序号 No.18 ——动轮直径的 10 倍 见图 4—40、图 4—41、图 4—42 第十一节 扇风机的联合作业

两台或两台以上的扇风机同时对风网进行工作,叫做扇风机的联合作业或联合运转。 联合作业分为串联作业或并联作业。 矿井通风中有时会遇到一台风机不能保证矿井需要的风量, 或不足以克服矿井通风阻力的情况, 需要采用两台或数台风机并联或串联扇风机联合工作。 一、扇风机的并联工作 1.目的——为了增加风量 2.尽力能选用两台型号相同的扇风机,如不相同,工作点必须保证在合理范围内。 上限 下限

hmax 的 0.9 倍以下

η = 0.6 以上

3.并联特性曲线,根据风压相等,风量相加原则 4.工况点

h0 = hs1 = hs 2 Q0 = Q1 + Q2
5.B 点和联合运行极限点 6. QI + QI > Q0 (并联时,不能充分发挥每台扇风机的风量作用)

二、扇风机串联工作 当通风网络阻力较大,一台扇风机不以满足需要时,应采用扇风机串联工作,一般多用于长距 离间的掘进通风。 1.目的——增加风压(掘进中使用) 2.使用条件:只有在风阻大而风量不足时,才能使用 3.串联特性曲线,根据风量相等,风压相加原则 4.工况点

Q0 = QΙ = Q ∏ h0 = hMΙ + hM ∏
5.B 点为联合运行极限点 6. hΙ + h∏ > h0 (串联的不能发挥每台风机的风压作用)

三、自然风压和主扇风串联作业 任何矿井都有自然风压,而且都和主扇串联作业。 冬天:

h阻 = h扇静 + h自
表明,扇风机提供的风压 h fs 加上自然风压 h自 ,用来克服矿井通风阻力。 夏天:

h阻 = h扇静 ? h自

表明,扇风机提供的风压, h ′fs 减去自然风压 h自 ,用来克服矿井通风总阻力。 冬天风量可以有高余;夏天风量可以有不足。

第五章

风网中风流基本规律和风量自然分配

1.通风网络图 通风网络图是不按比例,不表示巷道空间位置,但能清楚反映风网联结形式。 通风网络可分为三段:进风段,用风段,回风段。 风量分配方法可分为:自然分配风量,按高分配风量 2.网络图通法 第一节 风网的基本术语和形式 1.节点——三条以上风道的交汇点称为节 2.分支——两节点间的连线(风道)称为分支 3.路——是由若干方向相同的分支首尾相接而成的线路 如图 a—b—c—e—f 4.回路和风孔——是由若干方向并不都相同的分支所构成的闭合线路,如图 b—c—e—d—b 是 回路,b—c—d—b 是一个网孔。 5.假分支——是风阻为零的虚拟分支(a—a 分支) 6. 树——它包括风网中全部节点和不构成回路或网孔的一部分分支, 每一种风网具有若干棵树。 每颗树的节点数 J 和树枝数之差都等于 1,即每棵树的树枝是 J ? 1 ,图中的树枝数 4-1=3 7.弦——在任一风网的每棵树中每增加一个分支状构成一个独立回路,这种分支叫做弦。 网孔数 M -节点数 J ——分支数 N 关系。

M = N ? J +1

M =2

N =5

J =4

二、风网的形式 1.串联风路 风路顺次首尾相接称为串联风路。 2.并联风路 若干分支有共同的始点和终点的风路称为并联风路。 3.角联风路 跨接于并联分支之间的风路称角联风路 4.复杂联风网 比上述几种形式更复杂的风网叫做复杂联风网。 第二节 风网中风流的普遍规律 风流在风网中流动时,遵守质量守恒和能量守恒定律,即克希荷大(Kirchhoff)定律。 一、风量平衡定 流进某一节点的风量之和等于流出该节点的风量之和,称为风量平衡定律。

Q1? A + Q2? A + Q3? A = Q A?5 + Q A? 4 Q1? A + Q2? A + Q3? A ? Q A?5 ? Q A? 4 = 0
流入节点的风量等于流出该节点的风量

Q1? 2 + Q3? 4 = Q5?6 + Q7 ?8 Q1? 2 + Q3? 4 ? Q5?6 ? Q7 ?8 = 0
可以写成 般数学表达式:

∑Q
i =1

n

i

=0

(m 3 / s)

流入节点或回路的风量为正 流出节点或回路的风量为负 二、风压平衡定律 任一回路或网孔中的风流遵守能量守恒定律,回路或网孔中不同方向的风压或阻力必须平衡或 相等,在闭合回路 2—4—5—7—2 中,有:

h2? 4 + h4?5 + h5?7 = h2?7 h2? 4 + h4?5 + h5?7 ? h2?7 = 0
写成一般数学表达式,则为:

∑h
i =1

n

i

=0

上式表明:回路或网孔中,不同方向的风流,它们的风压或阻力的代数和等于零,一般顺时针 风压为正,逆时针风压为负。 当闭合回路中有自然风压入扇风机工作时,则:

∑h
i =1

n

i

? h f ? h自 = 0

( h f 和 h自 顺时针)



∑h
i =1

n

i

+ h f + h自 = 0

( h f 和 h自 逆时针)

要分析, h f 和 h自 是作用方向顺时针为正,逆时针为负。 如图 5—10

′ + zρg p0 = ρ 0
根据风流的能量方程,得:

′ + zpg ? ( p3 + hv 3 ) h1?3 = p 0 ? ( p3 + hv 3 ) = p 0
风路 2—3 段的风压是 2— 2′ 和 3′ —3 段的风压之和,即

′ + zp ′g ? ( p 2′ + hv 2′ ) + [ p3 ′ + hv 3′ ? ( p3 + hv 3 )] h2?3 = h2? 2′ + h3′?3 = p 0
′ + hv 3′ ? ( p 2 ′ + hv 2 ) ? h f = p3 ′ + h f ? ( p3 + hv 3 ) + zp ′g h2?3 = p 0

′ + h f ? ( p3 + hv 3 ) + zp ′g ? [ p 0 ′ + zpg ? ( p3 + hv 3 )] h2?3 ? h1?3 = p 0 = h f + zg ( p '? p )
因敞开并联风网内的自然风压,

hn = z ( p ′ ? p ) g
故得 或

h2?3 ? h1?3 = h f + hn h2?3 ? h1?3 ? h f ? hn = 0

写成一般数学式:

∑h
i =1

n

i

? h f ? h自 = 0

若 h f 和 hn 逆时针,则:

∑h
i =1

n

i

+ h f + h自 = 0

三、通风阻力定律 矿进风网中的风流,绝大多数属于完全紊流状态,故阻力定律,遵守本身关系

h = Ri Qi2
第三节 简单风风中风流的特殊规律 一、串联风路 串联风络若干风路顺次首尾相接,称为串联风流根据风流连续定律。 1.总风量 M s 等于各分支风量 M i

M s = M1 = M 2 = ? = M n

kg / s

当空气的密度相等,即 ρ 1 = ρ 2 = ? = ρ n ,体积流量彼此相等

Qs = Q1 = Q2 = ? = Qn
2.串联时的总阻力 hs 等于各分支阻力 hi 之和

hs = h1 + h2 + ? + hn
3.串联时的总风阻 Rs 等于各分支风阻 Ri 之和

Rs = R1 + R2 + ? + Rn
4.串联时的等积孔

A = 1.19 ? A 2 = Rm
(1.19) 2 R1 = A12

(1.19) 2 Rm

Rm = (1.19 ) 2 A

(1.19) 2 (1.19) 2 ?? Rn = R2 = 2 2 A2 An

2 (1.19) 2 (1.19) 2 (1.19) 2 ) Rs = (1.19 = R + R + ? R = + + m 1 2 2 2 2 Am A12 A2 Am

1 = 1 + 1 + ?? 1 2 2 2 Am A12 A2 An
二、并联风路 并联风路若干分支有共同的始点和终点的风路称为并联风路 1.并联风路的总风量 M s 等于各分支风量 M i 之和,即

M s = M 1 + M 2 + ?? M n
当密度相等,即

ρ1 = ρ 2 = ?? ρ n
(m 3 / s)

Qs = Q1 + Q2 + Q3 + ?? Qn
2.并联网络系统各阻力 hs 等于各分支阻力 hi ,即

hs = h1 = h2 = ?? hn
3.并联风路总风阻, Rs 的例数的平方根等于各分支风阻 Ri 的例数的平方根之和,即

1 = 1 + 1 + ?? + 1 Rs R1 R2 Rn
因为

Rs =

hs Qs2

R1 =

hs Qs

1 = Qs Rs hs

即 , 并联时,? Qs = Q1 + Q2 + ?? + Qn

1 = Qs = Q1 + Q2 + Q3 + ?? + Qn Rs hs hs = Q1 hs + Q2 hs + Q3 + ?? +

Qn hs

hs

= 1 + 1 + 1 + ?? + 1 R1 R2 R3 Rn

Rs =

1 1 1 ( + + ?? 1 ) 2 R1 R2 Rn Rs = 1 ( 1 + 1 )2 R1 R2

二条风路并联

4.并联系统的等积孔

As = A1 + A2 + ?? An A = 1.19 Q = 1.19 (Q1 + Q2 + Q3 + ? + Qn ) n n
+ 1.19Q2 n2 + 1.19Q3 n3 +?+ 1.19Qn nn

=

1.19Q1 n1

= A1 + A2 + ? + An
5.并联风路的风量分配 因为 又 故

hi = hs

(总风压等于分风压)

hi = Ri Qi2 Ri Qi2 = Rs Qs2

hs = Rs Qs2

所以

Qi =

? ? ? ? Rs Qs ? 1 ? Q = ? ? Ri s 1 1 1 1 Ri + + +?+ ? ? R2 R3 Rn ? ? R1

? ? ? Q1 = Qs ? ? R1 + ? R 1 ?

? ? ? ? ? ? 1 ? = Qs ? R1 R1 R ? ?1+ + +? 1 ? ? R2 R3 Rn ? ?

R1 + R2

1 R1 +?+ R3

? ? ? ? R1 ? Rn ? ?

? ? ? ? ? ? 1 Q2 = Q s ? ? R2 R2 ? ? R2 +1+ +? ? ? R R Rn ? 1 3 ?

? ? ? Q3 = Qs ? ? R3 ? R + 1 ?

1 R3 +1+ R2

? ? ? ? R3 ? R3 +? ? R4 Rn ?

?

? ? ? Qn = Q s ? ? Rn + ? R 1 ?
三、串联风路与并联风路的对比 设有二条风路,其风阻相等 两条风路串联则总风阻

1 Rn + R2

? ? ? ? Rn + ?1 ? ? R3 ?

R1 = R2 = 0.8
Rs = R1 + R2 = 1.6

两条风路并联则

Rs = (1 +

R1 R1 2 ) R2

=

R1 = 0.2 4

R串 =8 R并
若通过总风量 则并联时的阻力 串联时的阻力 即

Qs = 10

m3 / s

h并 = Rs Qs2 = 20
h串 = Rs Qs2 = 160

( pa )
( pa )

h串 = 8h并

通风功率的消耗

N串 h串Q 160 = = =8 N 并 h并 Q 20



综合起来,并联网络较之串联网络,有下列优点: 1.总风阻及总阻力较小,并联网络的总风阻经其中任一分支的风阻都小。 2.各并联分支的风量可用改变分支风阻等方法,按需进行调节。 3. 各并联分支都有独立的新鲜风流, 而串联时, 后一风路是前一风路排出的活风,互相影响大, 尤其是发生事故时,串联危害更大。 所以《规程》强调各工作面要独立通风,限制采用串联通风。 四、角联网络 角联风网中,对角风路的风流方向,只取决于周围几条巷道风阻之比。

R1 R2 = R s R4 R1 R2 > R s R4 R1 R2 < R s R4

C D 无风流 (

R1 R4 = 1) R2 R5 R1 R4 > 1) R2 R5

D→C



C→D

(

R1 R4 < 1) R5 R5

若三个工作时,必须保证角联 CD 风路风向稳定,否则,CD 风流反向,引起三个工作大串联。 对角风路中风流的稳定性 这是一个单角联风网,风路 cd 称为角联分支 风路 5 的风流风向随着具它邻近风路风阻值的变化而变化,有三种情况: 1.没有风流通过,

Q5 = 0

则 h5 = 0

则根据风压平衡定律得:

h1 = h3
根据阻力定律:

h2 = h4

R1Q12 = R3 Q32
2 2 R2 Q2 = R4 Q4

两式相比

R1Q12 R3 Q32 = 2 2 R2 Q2 R4 Q4 ∴ Q1 = Q2
R1 R3 = R2 R4 R1 R3 > R2 R4 R1 R3 < R2 R4

Q3 = Q4
?k= R1 R4 =1 R2 ? R3 R1 R4 >1 R2 ? R3 R1 R4 <1 R2 ? R3
(无风流

Qi = 0 )

?k=

(有风流

d>c)

?k=

(有风流

c→d)


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