第三章 通风阻力
第三章 矿井通风阻力汇总
第三章 矿井通风阻力矿井通风阻力：矿井风流流动过程中，在风流内部粘滞力和惯性力、井巷壁面的外部阻滞、障碍物的扰动作用下，部分机械能不可逆地转换为热能而引起的机械能损失。
或风流流动过程中的阻滞作用，称通风阻力。
分摩擦阻力和局部阻力。
§3—1 摩擦阻力一、摩擦阻力定律由于空气具有粘性，空气在流动过程中与井巷四周壁的摩擦以及空气分子之间的相互摩擦而产生的阻碍风流流动的阻力，称摩擦阻力。
摩擦阻力是矿井通风的重要参数。
风流在紊流状态下的摩擦阻力表达式为：h 摩＝α23Q SLU式中： h 摩—井巷的摩擦阻力，Pa ；L —井巷长度U —井巷断面周长，m 。
梯形U ＝4.16S ；三心拱：U ＝4.1S ；半园拱：U ＝3.84S 。
S —井巷断面，m 2；Q —井巷通过的风量，m 3/s ；α—井巷的摩擦阻力系数（又叫达西系数），α＝8λρ，与井巷的粗糙度（λ）、空气的密度（ρ）有关，见附表。
上式说明：当井巷通过的风量一定时，摩擦阻力与巷道的长度与断面的周长成正比，与断面的立方成反比；当井巷的参数一定时，通风阻力与井巷通过风量的平方成正比。
因此，当井巷变形，通风阻力很大时，采取扩充巷道断面来降低通风阻力往往是最佳措施；采取分区通风，避免风量过分集中，可取得良好的降阻效果。
对于一定的井巷，其参数在一定时期内是一定的，令R 摩＝α3SLU——称摩擦风阻，则上式为：h 摩＝R 摩Q 2必须注意：①h 摩是1立方米空气在流动过程中的能量损失，R 摩是风流流动的阻抗参数，取决于巷道特征；②h 摩＝R 摩Q 2，即井巷通过风量的变化而变化，R 摩＝αLU，对于特定的井巷是个定值，不随风量变化而变化。
二、降低摩擦阻力的措施1、扩大井巷断面，是降阻的主要措施；2、缩短风路，如密闭旧巷等；3、选用周边长较小的井巷断面；4、选用粗糙度小的材料支护；5、避免风量的过度集中等。
例：某梯形木支护巷道长为400m ，断面4.6m 2，通过的风量8m 3/s ，测得 h 摩＝39.2Pa ，求R 摩＝？α＝？若其他条件不变，通过的风量16m 3/s 时，h 摩＝？解：R 摩＝2O h 摩＝282.39＝0.6125α＝LU RS 3＝6.416.44006.46125.03⨯⨯＝0.0167 h 摩＝R 摩Q 2＝0.6125×162＝156.8 （Pa ）显然，风量增加1倍，阻力增加了4倍。
第3章矿井通风阻力
• 3.2.5 降低摩擦阻力的措施 • 井巷通风阻力是引起风压损失的主要根源，因此降低井巷通 风阻力，特别是降低摩擦阻力就能用较少的风压消耗而通过 较多的风量。许多原来是阻力大，通风困难的矿井，经降低 阻力后即变为阻力小、通风容易的矿井。
• 根据hfr＝(αLU/S3)Q2的关系式可以看出，保证一定风 量，降低摩擦阻力的方法就是降低摩擦风阻，根据影响Rfr的 各因素，降低摩擦阻力的主要措施有：
第3章矿井通风阻力
1 1
上一章内容
• 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
2
上一章内容
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
2 2 fr
LU 0 . 018 200 8 . 3 960 Q ( ) 119 . 5 P 解： h
S
3
4
3
60
答：该巷道的摩擦阻力为119.5Pa。 应当注意，巷道的 α 值随 ρ 的改变而改变，在 高原地区，空气稀薄，当地的α值需进行校正。校 正式如下：
18
• 3.2.3 层流状态下的摩擦阻力定律
14
例：某巷道的断面S＝2.5m2，周界U＝6.58m，风 流的ν＝14.4×10－6m2/s，试计算出风流开始出现 紊流时的平均风速？ Re 4SV
U
解：当风流开始出现紊流时，则其Re＝2000，当 完全紊流时， Re＝100000，因此：
6 R e U 2 0 0 0 6 . 5 8 1 4 . 4 1 0 V 0 . 0 1 9 m / s 4 S 4 2 . 5 6 R e U 1 0 0 0 0 0 6 . 5 8 1 4 . 4 1 0 V 0 . 9 5 m / s 4 S 4 2 . 5
3矿井通风阻力
矿井通风
Ventilation of Mines
第三章 矿井通风阻力
黑龙江科技大学 2012.3
1
温故而知新
上一章我们已经解决的问题：
3 矿井通风阻力 3.1风流的流动状 态 3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律 和特性 3.5通风阻力测量 3.6流体的相似理 论与应用
Ventilation of Mines
Ventilation of Mines
1 、井巷断面上风速分布--风流流态--井巷断 面风速分布 2 、摩擦风阻与阻力--摩擦阻力-- 摩擦阻力系 数-- 摩擦风阻--阻力计算--阻力测定 3 、局部风阻与阻力--局部阻力及计算--阻力 系数--局部风阻 4 、矿井总风阻与矿井等积孔--阻力特性--矿 井总风阻--矿井等积孔 5 、降低矿井通风阻力措施 6、通风阻力的测量 7、流体相似理论与应用
Ventilation of Mines
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：
Kv
v vmax
巷壁愈光滑，Kv值愈大，即断面上风速分布愈均匀。 砌碹巷道，Kv=0.8～0.86； 木棚支护巷道，Kv=0.68～0.82； 无支护巷道，Kv=0.74～0.81。
Ventilation of Mines
Ⅳ区——紊流过渡区，即图中Ⅳ所示区段。在这个区段 内，各种不同相对糙度的实验点各自分散呈一波状曲线，λ 值既与Re有关，也与 k/r有关。 Ⅴ区——水力粗糙管区。在该区段，Re值较大，管内液 流的层流边层已变得极薄，有k>>δ，砂粒凸起高度几乎全 暴露在紊流核心中，故Re对λ值的影响极小，略去不计，相
2、孔隙介质流
第194篇 通风安全学,张国枢版,考试要点,第3章井巷通风阻力2022
第194篇通风安全学，张国枢版，考试要点，第3章井巷通风阻力1.层流：也叫滞流，同一流体在同一管道中流动时，当流速较低时，流体质点互不混杂，沿着与管轴平行的方向做层状运动。
2.紊流，也叫湍流，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。
3.雷诺数：一个无因次准数，用来判断流体的流动状态，用re表示。
Re=vd/粘性系数，v是平均流速，d是管理直径。
4.流体在直圆管内流动时，当re<2320时，流动状态为层流，当re>4000,流动状态为紊流。
当re在2320-4000区域内时，流动状态是不固定的。
5.在非圆形断面的井巷，re数中的管道直径d应以井巷断面的当量直径de表示。
De= 4s/U，所以re= vd/粘性系数=4vs/(粘性系数*U)v是井巷断面上的平均风速。
空气运动的粘性系数，s是井巷断面积。
U是井巷断面周长。
6.对于不同开关的井巷断面，周长U和断面积S的关系为U=c*s1/2, c是断面的形状系数，梯形c=4.16,心拱c=3.85，半圆拱c=3.907.风速脉动现象：井巷中某点的瞬时速度v，虽然不断变化，但是在足够长的时间段t 内，流速v总是围绕着某一平均值上下波动，这种现象称为脉动现象。
8.风速分布系数：断面上平均风速与最大风速的比值。
9.摩擦阻力：风流在井巷中做沿程流动时，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。
矿井通风中，克服沿程阻力的能量损失，常用单位体积风流的能量损失hf表示。
Hf=沿和阻力系数*L*密度*v2/(2d)L是风道长度，d是圆形风道直径，非圆形风道的当量直径。
v断面平均风速。
沿程阻力系数，又称无因次系数。
通过实验求得。
10.绝对糙度：管壁上小突起的高度。
相对糙度：绝对糙度与管道半径的比值。
11.尼古拉兹实验，5个区：1区，层流区。
Re<2320,沿程阻力系数与与相对糙度无关。
3矿井通风阻力
3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律 和特性
3.5通风阻力测量 3.6流体的相似理 论与应用
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。
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)。
2 、摩擦风阻与阻力--摩擦阻力-- 摩擦阻力系 数-- 摩擦风阻--阻力计算--阻力测定
3 、局部风阻与阻力--局部阻力及计算--阻力 系数--局部风阻
4 、矿井总风阻与矿井等积孔--阻力特性--矿 井总风阻--矿井等积孔
5 、降低矿井通风阻力措施
6、通风阻力的测量
7、流体相似理论与应用
3.1风流的流动状态
3.1风流的流动状态
3 矿井通风阻力 3.1风流的流动状 态
3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律 和特性
3.5通风阻力测量 3.6流体的相似理 论与应用
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脉动
（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。
和特性
3.5通风阻力测量
v
3.6流体的相似理 论与应用
δ
vmax
1
平均风速：
v S
S vidS
式中： S vidS巷道通过风量Q。则：Q＝V ×S
3.1风流的流动状态
3 矿井通风阻力 3.1风流的流动状 态
3.2摩擦阻力 3.3局部阻力 3.4通风阻力定律 和特性
3.5通风阻力测量 3.6流体的相似理 论与应用
矿井通风 阻力
1 0 28 H 0.35 0.65 b
当H/b=1～2.5
时
b 28 0 H
ξ0——假定边壁完全光滑时，90°转弯的局部阻力系数，
１ ３
解：已知α=0.015kg/m3，Kα=1.35
hL1-3=Kαρ/2 (V12-2V3 ω+ V32)
其值见教材表3-3-1；
α——巷道的摩擦阻力系数，N.s2/m4；
β——巷道转弯角度影响系数，见教材表3-3-2。
第三节 局部风阻与阻力
5．风流分叉与汇合
1) 风流分叉
典型的分叉巷道如图所示， 1 ～2 段的局部阻力 hl １～ 2 和1～3
段的局部阻力hl１～3分别用下式计算：
hl1~ 2 K
0.01
第三节 局部风阻与阻力
2．突然缩小
对应于小断面的动压，ξ值可按下式计算：
S2 0.5 1 S 1
1 0.013
第三节 局部风阻与阻力
3．逐渐扩大
逐渐扩大的局部阻力比突然扩大小得多，其能量损失可认 为由摩擦损失和扩张损失两部分组成。 当Θ＜20°时，渐扩段的局部阻力系数ξ可用下式求算：
S
Rf 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/m8= 9.8 kμ
第二节 摩擦风阻与阻力
Rf ＝ f ( ρ,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R f 看作是反映井巷几何特
hl 2~ 3 K
通风阻力
例：已知Ro＝0.07，R1＝0.12，R2＝0.25Ns2/m8，风量Q1＝10，
Q2＝20 m3/s，试求该矿等积孔为多少？
Q Q 0 Q 1 Q 2 10 20 30 m / s
3
h 01 R 0 Q 0 R 1 Q 1 0 . 07 30 0 . 12 10 75 Pa
hr
α0 =284.2×10－4×0.88=0.025Ns2/m4
0
Rf
1 .2
0 . 025
1 . 25 1 .2
0 . 026
LU
S
3
L 4 .6 S
S
2
3
0 . 026 1000 11 . 77 8
3
0.598 Ns /m
2
8
hf RfQ
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。
Q 矿 Q 12 Q 13 h矿 h 012 Q 12 h 013 Q 13 Q 12 Q 13
3
A 1 . 19
( Q 12 Q 13 ) 2
1
( h 012 Q 12 h 013 Q 13 ) 2
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： h
Rm
Rm
Q
2
N.s2/m8
Rm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；
【采矿课件】第三章矿井风流的阻力
m12为1，2断面的平均密度，若高差不大，就用算术平均值， 若高差大，则有加权平均值；
Z12——1，2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大气压变化，然
后对上式进行修正。
hR12=(P1-P2)+P12（+(1v12/2- 2v22/2)+ m12gZ12
1932～1933年间，尼古拉兹把经过筛分、粒径为ε的砂粒均匀粘贴于管壁。
砂粒的直径ε就是管壁凸起的高度，称为绝对糙度；绝对糙度ε与管道半径r
的比值ε/r 称为相对糙度。以水作为流动介质、对相对糙度分别为1/15、 1/30.6、1/60、1/126、1/256、1/507六种不同的管道进行试验研究。对实验
把压差计放在1、2断面之间，测值是否变化？
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【采矿课件】第三章矿井风流的阻力
(2)、气压计法
由能量方程：hR12=(P1-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 用干湿球温度计测得t1,t2,t1’,t2’,和1,2，进而计算1，
• 因此，非圆形断面井巷的雷诺数可用下式表示：
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【采矿课件】第三章矿井风流的阻力
对于不同形状的井巷断面，其周长U与断面积S的关系，可用下式表
示：
式 中 ： C— 断 面 形 状 系 数 ： 梯 形 C=4.16 ； 三 心 拱 C=3.85 ； 半 圆 拱 C=3.90。
（举例见P38） 2、孔隙介质流 在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 0.25<Re<2.5
巷道通风阻力
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和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，它是造成风流能量损失的原因。
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。
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γ。
在实际工程计算中，为简便起见，通常以R e =2300作为管道流动流态的判定准数，即：R e ≤2300 层流， R e ＞2300 紊流（２）当量直径对于非圆形断面的井巷，Re 数中的管道直径d 应以井巷断面的当量直径de 来表示：因此，非圆形断面井巷的雷诺数可用下式表示：γdv e R ⨯=对于不同形状的井巷断面，其周长U 与断面积S 的关系，可用下式表示：式中：C —断面形状系数：梯形C =4.16；三心拱C =3.85；半圆拱C =3.90。
（举例见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，m 2；l —滤流带粗糙度系数，m 。
层流，R e ≤0.25； 紊流，R e ＞2.5； 过渡流 0.25<R e <2.5。
例：某巷道采用工字钢支护，S=9m 2，Q=240m 3/min=4m 3/s ，判断风流流态。
解：Re=Vd/ν=4VS/(U ν)=4×4×9/(15×10-6×4.16×3)=84615>2300,紊流 巷道条件同上，Re=2300层流临界风速： V=Re×U×ν/4S=2300×4.16×3×15×10-6/(4×9)=0.012m/s<0.15二、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变化。
第三章井巷通风阻力
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和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，它是造成风流能量损失的原因。
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。
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γ。
在实际工程计算中，为简便起见，通常以R e =2300作为管道流动流态的判定准数，即：R e ≤2300 层流， R e ＞2300 紊流（２）当量直径对于非圆形断面的井巷，Re 数中的管道直径d 应以井巷断面的当量直径de 来表示：因此，非圆形断面井巷的雷诺数可用下式表示：γdv e R ⨯=对于不同形状的井巷断面，其周长U 与断面积S 的关系，可用下式表示：式中：C —断面形状系数：梯形C =4.16；三心拱C =3.85；半圆拱C =3.90。
（举例见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，m 2； l —滤流带粗糙度系数，m 。
层流，R e ≤0.25； 紊流，R e ＞2.5； 过渡流 0.25<R e <2.5。
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变化。
（2）时均速度瞬时速度 v x 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 v x 总是围绕着某一平均值上下波动。
（3）巷道风速分布 由于空气的粘性和井巷壁面摩擦影响，井巷断面上风速分布是不均匀的。
3第三章 井巷通风阻力
第三章井巷通风阻力（2学时）（第一、二节）1.上次课内容回顾（5～10min）1.1上次课所讲的主要内容矿井通风能量方程，讲到空气流动连续性方程，单位质量流量能量方程，单位体积流量能量方程及通风能量（压力）坡度线。
1.2能解决的实际问题（一）矿井通风阻力的计算。
（二）矿井能量压力坡度线的画法，从图形上直观地看出空气在流动过程中能量（压力）沿程变化规律。
（三）风流方向的判断。
2.本节课内容的引入（5min）2.1本节课讨论的内容与上次课内容的关联。
2.2本节课主要谈论的内容。
井巷断面的风速分布，摩擦风阻及阻力。
2.3思考题（1）摩擦阻力与摩擦风阻有何不同？（2）试结合矿井实际情况如何降低矿井的摩擦阻力？（3）矿井风量与摩擦阻力有何关系，从降低摩擦阻力的角度，应如何控制风量？3.内容讨论与课堂讲述（60～70min）。
第一节井巷断面上的风速分布一、风流流态（一）管道流1883年英国物理学家雷诺(0．Reyndds)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。
当流速较低时，流体质点互不混杂，沿藏与管轴乎行的方向做层状运动，称为层流(或滞流)。
粘性摩擦流动。
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)。
附加剪切阻力的流动。
流体力学中定义：由运动速度不同的层面剪切阻力所引起的粘性摩擦流动称为层流。
由涡流所生成的紊流交错而产生附加剪切阻力的流动，称为紊流。
雷诺曾用各种流体在不同直径的管路中进行了大量实验，发现流体的流动状态与平均流速v管道直径d和流体的运动粘性系数γ有关。
可用一个无因次准数来判别流体的流动状态，这个无因次准数就叫雷诺数，用Re表示，即：Revd=γ2m mms s⋅/实验表明：Re≤2320层流（下临界雷诺数）Re>4000紊流（上临界雷诺数）2320R e<≤4000过渡区。
实际工程计算中，为简便起见，通常用Re=2320来判断管路流动的流态。
第3章井巷通风阻力(简化20111210)
中国矿业大学(北京)
目录
四、生产矿井一段巷道阻力测定
测定路线的选择依据的原则
①在所有并联风路中选择风量较大且通过回采工作 面的主风流风路作为主测定路线； ②选择路线较长且包括有较多井巷类型和支护形式 的线路作为主测定线路； ③选择沿主风流方向且便于测定工作顺利进行的线 路作为主测定线路。
中国矿业大学(北京)
方向与流动方向相反，使边壁附近，流速本来就小，趋于0, 在
这些地方主流与边壁面脱离，出现与主流相反的流动，涡漩。
渐缩段?
中国矿业大学(北京) 目录
３、转弯处 流体质点在转弯处受到离心力作用，在外侧出现减速增
压，出现涡漩。
４、分岔与会合 上述的综合。 ∴ 局部阻力的产生主要是与涡漩区有关，涡漩区愈大， 能量损失愈多，局部阻力愈大。
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(达西定律)来计算：
L v2 h f · d 2
Pa
λ－无因次系数，即沿程阻力系数，通过实验求得。 d—圆形风管直径，非圆形管用当量直径；
一台仪器(作为基准仪)在井底车场监视大气压变化，另一台仪器到各
个测点进行读数，根据基点的仪器读值进行修正。适用于测定时间短、矿 井通风网络简单的矿井。
计算公式：
hR12=(P1-P2)+P12+(1v12/2- 2v22/2)+ m12gZ12
中国矿业大学(北京)
目录
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，使均匀风流在局部地
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第三章 通风阻力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，它是造成风流能量损失的原因。
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。
通风阻力是矿井通风设计、通风系统调整和改造、通风管理工作的基础，是矿井通风学的重要组成部分。
第一节 风流的流动状态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。
当流速较低时，流体质点互不混杂，流体的运动轨迹呈现直线或平滑的曲线，且与管道轴线平行，这种流动状态称为层流（或滞流）。
当流速较大时，流体质点剧烈混合，流体除在运动方向上产生位移外，在垂直于运动方向上也存在位移，而且流体内部存在时而存在、时而消失的漩涡，这种流动状态称为紊流（或湍流）。
井下风流多数是完全紊流，只有一部分风流处于向完全紊流过渡的状态，只有风速很小的漏风风流才可能出现层流。
流体的运动状态容易受流体的速度、黏度和管道尺寸等因素的影响，流体的速度越大、黏性越小；管道尺寸越大，流体越容易呈现紊流状态。
根据流体力学相关知识，对于圆形的管道，流体的雷诺数可以表示为：νvdR e =式中：Re —流体的雷诺数，无因此； v —管道中流体的平均流动速度，m/s ； d —管道直径，m ；ν—流体的运动粘性系数，与流体的温度、压力有关，正常通风情况下，矿井中空气的运动黏性系数一般取值为14.4×10-6m 2/s 。
不同温度下空气的运动粘性系数可查表2-2.在圆形管道中，水力半径r 可通过公式：4)(42dd d u s r ===ππ 所以：4e S d U =S —流体断面积，m 2； U —流体的周界，m 。
对于非圆形管道，管道直径可采用当量直径来表示。
非圆形管道的雷诺数计算式：4e vdvS R U νν==据前人的经验，当Re ≤2300时，空气变现为层流运动，Re>2300时，为紊流运动。
第二节 摩擦阻力摩擦阻力是指矿井风流沿程作均匀流动时，因受井巷固定壁面限制，引起内外摩擦而产生的能量损失，也称沿程阻力，分层流摩擦阻力和紊流摩擦阻力两类。
此处均匀流动指的是风流的速度大小和方向均不发生改变。
矿井风流多属于完全紊流状态，因此，这里只介绍紊流状态下的摩擦阻力计算公式。
一、摩擦阻力的计算根据水力学中圆形管道沿途水头损失的达西公式，可推导井巷摩擦阻力h f 的计算式为：22f L v h d λρ=⋅式中：λ—无因次系数，即达西系数，可通过实验求得； d —圆形风管直径，非圆形风管可用当量直径替代，m 。
L —风管长度，m ；V —圆管中风流的平均流速，m/s 。
对于层流流动，圆形风管中摩擦阻力计算公式：2642f e L v h R d ρ=⋅⋅ （3-1）完全紊流状态下，e (R ,/)f r λε=，关系较为复杂，用当量直径4/e d S U =代替d ，则摩擦阻力计算公式为：22388f LULUh v Q SSλρλρ⋅⋅=⋅⋅=⋅⋅ （3-2）式中：Q —巷道通过的风量，m 3/s 。
此即风流在完全紊流状态下的摩擦阻力定律，上式表明了井巷的摩擦阻力仅与巷道表面的光滑程度、断面积、巷道长度、周界及通过的风量有关，与其它因素无关。
定义8λρα⋅=，称为巷道的摩擦阻力系数，Ns 2m -4，它仅表征了巷道表面的基本状况，对于不同支护形式的巷道，该值不同。
令3LUR S α=⋅，称为巷道的摩擦风阻，它表征了巷道通风难易程度。
223Q R Q S LU h 摩摩==α（3-3）式中：摩h —井巷摩擦阻力，Pa ；α—井巷摩擦阻力系数，可通过查表求得；L —井巷的长度，U —井巷的断面周长（梯形巷道：S U 16.4=；三心拱巷道：S U 85.3=；半圆拱巷道：S U 9.3=），m ；S —井巷的净断面积，Q —井巷中流过的风量，m 3/s 摩R —摩擦风阻。
上式即矿井（井巷）摩擦阻力定律表达式，是矿井通风学中最重要的公式之一。
它说明了在完全紊流状态下克服摩擦阻力所损失的能量与井巷有关参数和风量之间的关系。
对于不同支护形式的井巷，摩擦阻力系数可通过相关表格查得，表3-1~3-6列出了空气密度在1.2kg/m 3条件下的摩擦阻力系数，可供计算时查取。
表3-1 水平巷道不支护情况下的摩擦阻力系数值表3-2 砌碹水平巷道摩擦阻力系数值表3-3 圆木棚子支护巷道摩擦阻力系数值注：1.表中数值均为扩大10000倍后的数值，取值时应反算。
2.校正系数是在断面积3m2条件下测定的，不同断面条件下应取相对应的校正系数。
3.纵口径是指相邻两架棚子间距与木柱直径的比值。
表3-4 工字梁拱形和梯形支护巷道摩擦阻力系数值注：d0为金属梁截面的高度。
表3-5 金属梁、柱支护平巷摩擦阻力系数值注：帮柱是指混凝土或砌碹的柱子，呈方形；顶梁是由工字钢或16号槽钢加工的。
表3-6 混凝土井筒的摩擦阻力系数值注：1.无任何装备的清洁混凝土和钢筋混凝土按表中数值查得；2.砖和混凝土砖砌的无任何装备的井筒，数值按表中数值大一倍进行选取；3.有装备的井筒，井壁用混凝土、钢筋混凝土、混凝土砖及砖砌碹的α值为343~490 Ns 2m -4。
选取时应考虑罐道梁的间距，装备物纵口径以及有无梯子间和梯子间规格等。
进行矿井通风设计时，需要计算完全紊流状态下井巷的摩擦阻力。
即根据所设计的井巷长度、周界、井断面积、支护方式和要求通过的风量，以及其中有无提升运输设备等进行计算。
α值在不同情况时可查表求出，再根据32sLUQ h fr α=或2Q R h fr fr =计算出来。
当空气的密度发生改变时，应当进行修正。
例1：某设计巷道的木柱直径d=16mm ，纵口径⊿=4，净断面s=4m 2，周界=8m ，长度l=300m ，计划通过的风量Q=1440m 3/minm ，求摩擦阻力和摩擦风阻。
α可用表3-3查出，由d 和⊿可查出α＇=161.7×10-4，再根据S ＝4，查表校正系数为0.93。
所以α=0.01617*0.93=0.015Ns 2/m 2 ==3SlU R fr α0.562 Ns 2/m 82Q R h fr fr ==0.5625*（1440/60）2 =324Pa例2：某一巷道，断面积为S 0，通风阻力为h 0，当刷大巷道断面积为S 时，阻力降为h ，若其它条件不变，试证明5200)(S hhS =证明：该巷道初始通风阻力：2300Q S LU h α=该巷道刷大断面后：23Q S ULh α=断面扩大后，形状未发生变化，因此：S C U = 00S C U =，联立相比得：25030032323000)(S S U S U S Q S UL Q S LU h h ===αα 所以：5200)(S h hS =二、降低摩擦阻力的措施井巷通风阻力是造成风压降的根本原因。
降低井巷的通风阻力，就能达到消耗较小的风压而通过较多的风量，提高通风能力的目的。
亦即原来阻力大，通风困难的矿井，采取降阻措施后，就可以通风变得容易一些。
这对改变矿井通风状况，确保安全生产，节省通风动力费用等都有重要意义。
降低井巷摩擦阻力的具体措施：（1）扩大巷道断面，降低摩擦风阻。
扩大巷道断面是降低摩擦风阻亦即降低摩擦阻力的主要措施，井巷的摩擦风阻和断面面积的3次方成反比（例如：当井巷的净断面面积增大到原来的2倍时，则摩擦风阻将减少到原来的1/8），所以，在日常通风管理工作中，要经常整修巷道，使巷道清洁、完整，保持足够的有效断面，是风流通畅。
（2）提高井巷壁面的平整、光滑度、降低摩擦阻力系数（α）。
如采用砌碹、锚喷等形式，可以大大降低井巷的通风阻力。
（3）合理选择井巷断面形状，减少周界长度。
对井巷断面面积相同但形状不同的井巷，其周界长度以梯形的最大，拱形的次之，圆形的最小，但圆形断面巷道的有效断面积小。
为此，对于服务年限较长的主要巷道应尽可能采用拱形。
（4）优化设计，准确施工，尽量缩短井巷长度。
开拓设计时，在满足开采需要的前提条件下，尽量缩短井巷的长度；施工时，要严格按设计要求精心施工，杜绝差错，尽可能保持最短的通风流程。
（5）风量不宜过大，满足设计要求即可，尽量避免主要巷道内风量过于集中现象。
保持巷道的摩擦风阻值不变，当通过的风量增大1倍时，摩擦阻力将增大到原来的4倍。
可见，风量对摩擦阻力的影响是十分明显的。
第三节局部阻力一、局部阻力及其计算局部阻力是指因井巷边壁条件变化，风流的均匀流动在局部地区因阻碍物（巷道断面突变、巷道弯曲、风流分合、断面阻塞等）的影响而被破坏，风流流速大小、方向或分布发生变化，产生涡流而造成的能量损失。
局部阻力包括撞击损失、转向损失、涡流损失和变速损失，主要是涡流损失。
图3-1突然扩大时巷道中的速度云图图3-2突然扩大时巷道中的压力云图矿井产生局部阻力的地点很多，如巷道断面变化处（逐渐扩大或逐渐缩小；突然扩大或突然缩小，，风流流经井巷断面突然扩大处、拐弯处、分岔和汇合处以及巷道中得堆积物、停放和行车的矿车、井筒中得装备等处，都会产生局部阻力。
井下虽然产生局部阻力的地点不同，但是引起能量损失的原因是一样的（涡流的形成是产生局部阻力的主要原因）。
完全紊流状态下的局部阻力计算式为：2222Q R Q Sh 局局==ρε（3-4）式中：局h —局部阻力，Paε—局部阻力系数，无因次ρ—空气密度，kg/m 3S —产生局部阻力地点较小断面巷道的断面面积，m 2Q —通过产生局部阻力地点的风量，m 3/s 。
局R —局部风阻，22S R ρε=局由于产生局部阻力的过程非常复杂，所以系数ε值一般只能由实验求得，仅在个别情况下才能由理论求出。
应用式（3-4）计算局部阻力时，局部阻力系数ε值可从前人实验所得数据查出或实测求得。
表3-7为各种巷道突然扩大与突然缩小的ε值，表3-8为其它几种局部阻力的ε值。
在查表时，要注意表中得局部阻力系数ε值必须与表中图例所标的风速相匹配。
表3-7 各种巷道突然扩大与突然缩小的ε值（光滑管道）表3-8其他几种局部阻力的ε值（光滑管道）例：已知，进风井内V=8m/s ，井口密度ρ=1.2kg/m 3，井口的净断面积S=12.6m 2求该井口的局部阻力和局部风阻。
解：由表3-7可以看出，当井口风流突然收缩使局部阻力系数为0.6，则： 04.2322.186.0222=⨯⨯==ρζV h er Pa二、降低局部阻力的措施局部阻力的产生是由于风流的速度或方向突然发生变化，导致风流本身产生剧烈冲击，形成极为紊乱的涡流而造成的能量损失，所以减少局部阻力的方法就是减少风流的冲击和涡流。
一般可采取如下措施：（1）要尽可能避免断面的突然扩大或突然缩小，把连接不同断面巷道的边缘做成斜线（图3-3）或圆弧形。