第二章矿井风流的基本特性及其ceding

• 1．密度
2.1 矿井空气的物理性质
m V
• 式中，m—空气的质量，kg； • V—空气的体积，m3。 • 大气压为10l325 Pa、气温0℃(273.15K）时， 干空气密度1.293 kg / m3。
2.1 矿井空气的物理性质
• 湿空气的密度是1m3 空气中所含干空气质量和水蒸 气质量之和： d v •
p pk psh
sh 0.001293 0.003484 , kg / m 3 0T T
0

• 湿空气密度
p k 0.003484 (1 0.378 s ), kg / m 3
T p
id、iv——分别为1(kg)干空气和1(kg)水蒸汽的焓， 2.2 矿井空气的状态 t， t • kJ/kg，id=cpd· iv=2051+cpv· 2.2.4 焓 随温度而变化的热量，称之为“显热”。 cpd—干空气定压比热，常温下1.01J/(kg· ℃)； • 一定状态下湿空气的内能与流动功之和称焓。含 而（2501d）是0℃时kg水的汽化热，它仅随含湿量 cpv—水蒸汽定压比热，常温下1.85kJ/(kg· ℃)； 1kg干空气的湿空气的焓称为比焓。 变化，而与温度无关，故称为“潜热” 。 t——空气温度，℃； • 1kg干空气的焓和d kg水蒸汽的焓两者的总和，称 由此可见，湿空气的焓将随着温度和含湿量的升高 为(1+d)kg湿空气的焓。如果取0℃的干空气和0℃的 2501——0℃时水的汽化潜热，kJ/kg。 而加大，随其降低而减小。 水的焓值为零，则湿空气的焓： i id d iV • ，kJ/kg • 将比热值代入，得湿空气焓计算式 i 1.01t d (2501 1.85t ) ，kJ/kg • • ，kJ/kg i (1.01 1.85d )t 2501d
2.3 矿井空气的压力及其测定
•
图2-7 皮托管结构示意图

• 2.2.3 气体状态方程 • 湿空气 = 干空气 + 水蒸气，可以把它当作理想气体来处理。
对于空气，Rk=287J/（kg· K）；对水蒸气Rsh = 2.2K）。 干空气分压力和水蒸气分压力分别为Pk和Psh 461.5 J/（kg· 矿井空气的状态
p RT
• 矿井风流同样适用于道尔顿定律 • 由气体状态方程和道尔顿定律，得出湿空气密度的计算式。 psh pk p 1 p sh k k sh ( k sh ) RshT T Rk Rsh Rk T • 当温度t＝0℃、压力p0＝101325（Pa）时，组成成分正常的 干空气密度=1.293（kg/m3）。任意一条件下成分正常的干 空气密度 T
2.1 矿井空气的物理性质
• 在矿井通风中还常用运动粘度 (m2/s)。 v • (2-7) • 在矿井条件下（温度为20℃）， • 湿空气的v＝15×10-6 m2/s ，μ＝18.3×10-6 Pa· 。 s 温度是影响流体粘性的主要因素之一，但对气体 和液体的影响不同。气体的粘性随温度的升高而 增大，液体的粘性随温度的升高而减小。 实际应用中，压力对流体的粘性很小，可以忽略。 据上式可知，对可压缩流体，运动粘性和密度有 关，即和压力有关，因此在考虑流体的可压缩性 时常采用动力粘度而不用运动粘度。
1）温度变化带。约深0～15m以上，这一带的温 2.2 矿井空气的状态 度随地面温度的变化而变化。2）恒温带。距地表 • 矿井通风的空气温度除受地表温度影响外，还受多 约深20～30m，温度常年稳定不变，其温度约等 种因素的影响，如下： 于或略高于当地的年平均气温。3）温度随深度增 • （1）空气受到压缩或膨胀的影响。当空气沿井巷 加的“增温带”。在恒温带以下，由于岩石的性 向下流动时，随着深度的增加，每下降100m，气温 质和种类不同，岩层温度每升高1℃相对应的下降 升高1℃左右；当空气向上流动时，则因膨胀而吸 深度（即称为“地温率”）的数值也不尽相同。 热，平均每增高100m，气温下降0.8～0.9℃。 10～15m/℃，30～35 m/℃，甚至40～50 m/℃者 均有之。 • （2）地下岩石温度的影响。地表以下岩石温度的 变化分为三带。增温带中距地表的垂深为H（m)处 H h 的岩石温度t为

t t0
gr
2.2 矿井空气的状态
• •

2.2.2 湿度 psh——同温度下的饱和水蒸气分压力，Pa； （1）绝对湿度。每1m3的湿空气中所含水蒸汽的 ps——湿空气中水蒸汽的分压，Pa。 重量称为绝对湿度（kg/m3）。 • （2）相对湿度。湿空气的绝对湿度与同温度下饱 和空气的绝对湿度之比，称为相对湿度，即：

2.2 矿井空气的状态
• 2.2.5 湿空气的焓湿图
1．等焓线和等含湿量线 5．热湿比 2.2 矿井空气的状态 焓i与含湿量为坐标绘图 常用状态变化前后的焓差 2．等温线 和含湿量差的比值来表示， 称为热湿比 3．等相对湿度线 4．水蒸汽的分压力线 ε=(iB-iA)/(dB-dA)=Di/Dd ε就是直线AB的斜率，它 反映了过程线的倾斜角度， 故又称“角系数”。斜率 与起始位置无关。因此， 起始状态不同的空气只要 斜率相同，其变化过程线 必定互相平行。 图2-3 空气状态变化 图2-2 焓湿示意图 在i-d图上的表示
尖端孔口与标着（+） • 2.3.2 风流点压力 图2-8所示的连接,测 号的接头相通，侧壁 • 测定风流点压力的常用仪器是压差计和皮托管。 定的是点的动压； 小孔与标着（-）号的 如果将皮托管（+） 接头相通。侧壁孔口 接头与压差计断开， 平行于风流方向，只 这时测定的是点的 感受点的绝对静压， 相对静压；如果将 故称为静压孔；端孔 皮托管（-）接头与 除了感受的作用外， 压差计断开，这时 还受该点的动压的作 测定的是点的相对 用，即感受点的全压， 全压。 称之为全压孔。
Ⅱ Ⅲ ε<0 ε>0 ε<0 增焓减湿升温 减焓减湿降温（或 等温、升温） 减焓加湿降温 图2-4 在i-d图上四个象限 内过程示意图
• •
Ⅳ
mA（kg/h）状态为iA、dA的 空气和m （kg/h）状态为i 、 上式是一直线方程式， B B 2.2 矿井空气的状态 所以，求空气混合后 •B6．湿空气的混合 d 即图2-5上连接状态点 的空气相混合，混合后空 的状态时，只需在i-d A、B的直线方程，并 气量为(mA+mB)kg/h，混合 图上把参与混合的空 可知混合后的状态点 空气状态iC、dC。 气状态点连成直线， C，必然在直线A-B上。 在混合过程中，如与外界没 并根据与质量成反比 有热、湿的交换，根据热平 的关系，分割该直线， 衡和湿平衡原理，有： 其分割点即为混合后 mA· +mB· =(mA+mB)· iA iB i 的状态点。反之，也C m可由已知空气的状态 dC d d A·A+mB·B=(mA+mB)· 和预定的混合状态， 得：mA· B=(iB-iC)/ (iC-iA) /m • 来确定混合时所需保 C-dA) 图2-5 两种状态的 = (dB-dC)/ (d • 持的质量比 空气混合过程
2.2 矿井空气的状态
• 2.2.1 温度 •，用t表示，单位摄氏 度℃。摄氏温标与热力学温标之间的关系为：
T 273.15 t
• 温度是矿井表征气候条件的主要参数之一。 • 矿井通风一般处于离地表不深的地带，所以矿井通 风空气的温度受地面气温的影响较大。 • 矿井通风工程的深度越浅，受地面空气温度的影响 越大。随着工程深度的增加，岩石与空气热交换充 分，这一影响则逐渐减少。
例如空气在管道内作层流流动时管壁附近的流速较小向管道轴线方向流速逐渐增大如图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流体具有的这一性质称作流体的粘性
矿井通风（1章～7章）
第2章 矿井风流的基本特性及 其测定
2.1 2.2 2.3 2.4 矿井空气的物理性质 矿井空气的状态 矿井空气的压力及其测定 矿井风速测定和风流结构

当流体层间发生相对运 2.1 矿井空气的物理性质 动时，在流体内部两个 在垂直流动方向上，设 有厚度为 dy(m)、速度 流体层的接触面上，便 为v (m/s)、速度增量为 产生粘性阻力（内摩擦 dv(m/s)的分层，在流动 力）以阻止相对运动， 方向上的速度梯度为 流体具有的这一性质， dy/dv，由牛顿内摩擦定 称作流体的粘性。例如， 律得：F= μ s· dy/dv 空气在管道内作层流流 动时，管壁附近的流速 式中，F—内摩擦力，N； 较小，向管道轴线方向 S—流层之间的接触面 流速逐渐增大，如图2积，m2；μ—动力粘度 （或称绝对粘度）， • 1所示。 图2-1 层流流速分布 Pa· s。

2.2 矿井空气的状态
• 表2-2 空气状态变化的 根据ε可知，定焓过程Δi=0， • 四个象限及特征表
角系数ε=0；定湿过程Δd=0， 角系数ε=∞。因此，用定焓 热湿 象限 状态变化 线和定含湿量线可将i-d图 比 分成四个象限（如图2-4所 增焓加湿升温（或 ε>0 Ⅰ 等温、降温） 示）
绝对静压是以真空状态绝对零压为比较基准的 相对静压是以当地大气压力(绝对静压)P0为比较基 静压，即以零压力为起点表示的静压。绝对静 准的静压，即绝对静压与大气压力P0之差。如果容 压恒为正值，记为 P0。 器或井巷中某点的绝对静压大于大气压力P0，则称 正压，反之叫做负压。相对静压(用Hs表示)随选择 的基准P0变化而变化。



• 由气体状态方程和道尔顿分压定律可以得出湿空气 3 1m 空气中干空气的质量，kg； 3 的密度计算公式（2-3）： 1m 空气中水蒸气的质量，kg。 温度时饱和水蒸气的分压，Pa； 相对湿度，用小数表示
0.378 PS P 0.003484 (1 ) 273 t P
psh 100% 100% g jb ps g js
2.2 矿井空气的状态
• （3）含湿量。采用1kg干空气作为计算标准。
p sh d 0.622 P p sh
• 湿度分布:沿海地区相对湿度平均70%～80%，向内 Psh——同温度下的饱和水蒸气分压力，Pa； 陆逐渐降低，西北地区最低（15%～25%）。 • 空气湿度测量所用的仪器有：毛发湿度计和干、湿 P——大气压力 ，Pa。 球湿度计等，现在还有在毛发湿度计原理的基础上 开发的数字式湿度计等新产品。 • 风扇湿度计由两支温度计组成，有一支温度计的液 球上包以纱布。测定时，用水浸湿，上紧风扇的发 条，风叶旋转1～2分钟，使纱布上的水蒸发，湿球 温度下降，读出干、湿球温度，再根据两者温度差， 由仪器所附的表格直接查出相对湿度。

• 7．焓湿图
2.2 矿井空气的状态
• 图2-6 焓湿图
• 2.3.1 空气静压 • 空气的静压是气体分子间的压力或气体分子对容器 壁所施加的压力。大气压力是地面静止空气的静压 力，它等于单位面积上空气柱的重力。 • 根据量度空气静压大小所选择的基准不同，有绝对 压力和相对压力之分。

2.3 矿井空气的压力及其测定
2.1 矿井空气的物理性质
• 2．重率（容重） • 单位体积空气所具有的重量称为空气的重率 • kg /m2·2 s • 3．比容 • 空气的比容是指单位质量空气所占有的体积，比容 和密度互为倒数 •
G V
V m
m3/ kg
2.1 矿井空气的物理性质
• 4．比热 • 使单位质量空气的温度升高1℃所需要的热量称为 空气的比热c，它的计量单位是kJ /（kg· ℃）。 • 空气在不同热力变化过程中的比热是不相同的。等 容过程时，单位质量空气温度升高1℃所需要的热 量称为等容比热（或定容比热）cv；等压过程时， 空气的比热称为等压比热（或定压比热）cp。 • 对于一定的气体等压比热和等容比热的比值是个常 数，即， cP cV K 空气的K＝1.41。