第二章--风流能量及能量方程
采矿风流的能量与能量方程
采矿风流的能量与能量方程引言在采矿行业中，能源是至关重要的资源。
采矿工程通常需要大量的能量来驱动设备、实现提炼过程以及满足运输需求。
因此，了解矿山中的能量来源和能量转化过程对于优化能源利用、提高效率至关重要。
本文将讨论采矿风流的能量以及能量方程的应用。
采矿风流的能量类型采矿风流中存在着多种能量类型，包括动能、势能和热能。
这些能量类型相互转化，驱动着采矿过程中的各种机械设备。
动能动能是指物体由于其运动而具有的能量。
在采矿风流中，动能主要来自于风流的流动速度。
风流通过管道或通道时，其动能可以用以下公式表示：$$ E_k = \\frac{1}{2}mv^2 $$其中，E k表示动能，m表示风流中空气的质量，v表示风流的流速。
势能势能是指物体由于其位置而具有的能量。
在采矿风流中，势能的存在主要来自于风流的位置高度。
势能可以用以下公式表示：E p=mgℎ其中，E p表示势能，m表示风流中空气的质量，g表示重力加速度，ℎ表示风流的垂直高度。
热能热能是指物体由于其温度而具有的能量。
在采矿风流中，热能主要来自于风流的温度。
热能可以用以下公式表示：$$ E_t = mc\\Delta T $$其中，E t表示热能，m表示风流中空气的质量，c表示空气的比热容，$\\Delta T$表示风流的温度变化。
能量转化与能量方程在采矿过程中，能量的转化是一个复杂的过程。
各种能量类型之间可以相互转化，通过不同的设备和机械实现能量的利用。
能量转化过程可以通过能量方程来描述。
能量方程表示能量的守恒原理，即能量在系统内的转化和储存总量不变。
在采矿风流中，能量方程可以写作：$$ E_{\\text{in}} - E_{\\text{out}} = \\Delta E_{\\text{sys}} $$其中，$E_{\\text{in}}$表示能量输入，$E_{\\text{out}}$表示能量输出，$\\Delta E_{\\text{sys}}$表示系统内能量的变化。
第2章热力学第一定律
技术功：技术上可以利用的功
1 2 wt c gz wi 2
q u w
wt w pv w p2 v2 p1v1
可逆过程
wt pdv p1v1 p2v2 pdv d pv vdp
2 2 2 2 1 1 1 1
第二章 热力学第一定律
本章要求
理解热力学第一定律的实质—能量守恒定律 掌握流动功,轴功及技术功的概念 注意热力学能，焓的引入及定义
掌握热力学第一定律能量方程的基本表达式 及稳定流动能量方程
本章学习流程
热力学第一定律的提出
热力系能量的组成
能量之间的传递和转化 ＋ 焓
闭口系能量方程 ＋ 开口系能量方程 （第一定律数学表达式）
热力学能只取决于热力系内部的状态,且具有 可加性,是一个具有广延性质的状态参数
2
1
du u 2 u1
du 0
2u 2u Tv vT
u u du dT dv T v v T
二．外储存能
工质在参考坐标系中作为一个整体，因有宏观 速度而具有动能，因有高度差而具有位能
热力学能：是指储存于热力系内部的能量． 用U表示，单位是J或 kJ，单位质量工质的热力 学能称为比热力学能，用u表示，单位是J/kg或 kJ/Kg
热力学能是工质的状态参数，完全取决于工 质的初态和终态，与过程的途径无关
热力学能为两个独立状态参数的函数： u=f(T,v)或u=f(T,p)或u=f(p,v)
能量方程式的应用
确定研究对象—选好热力系统
写出所研究热力系对应的能量方程
针对具体问题,分析系统与外界的相互作用, 作出某些假设和简化,使方程简单明了 求解简化后的方程,解出未知量
风流的能量及其变化规律21页PPT文档
1.风流的动能修正系数α
若干元流组成的总流，其断面上的各元流能量不均匀， 总流断面上的总能量须用该断面上所有元流能能量的 平均值之和来表示。但因为总流断面S上各元流的流 速ω不相等，单位时间t流过S的流体总动能并不等于 该断面上平均流速 计算出来的动能，所以需要一个 动能修正系数α来校正 。即v ，
2dQv2Q
Байду номын сангаас
2s
2
J/S ――⑻
稳定总流的能量方程
通过对上式左侧进行化简，可得
n
3ds
v3 i
Si
――⑼
S 3
v S
i1 vS
稳定总流的能量方程
⒉不可压缩气体总流的能量方程 根据以上分析，只须用⑼式去修正⑺式即得：
P 1P 2(z1z2 )g1v1 22v22H r 2
管道风流的特征
二．管道风流的特征
1．由于工业通风时的管路铺设均采用同 一材质，管路距离亦有限（<10km)。 风机的风压较稳定，无局部风流产生 瞬时扰动等，因此大部分管道流均是 稳定流（定常流）。
2．风流为连续介质：其运动要素都是连 续分布的。
管道风流的特征
3．风流可视为一维运动：
管道风流是沿着管道的轴线方向运动的。 4．风流具有可控制性：
通过一些换算，可得多变过程的压能变化为：
Ps n (Ps2 Ps1)
n1 2 1
∴可压缩的风流单位质量的能量方程为：
n(P s1 P s2) (z1 z2 )g1 v 1 22v 2 2 H r
n 11 2
2
§3―3 能量方程的意义及其应用
（自学）
e d Q h ( P s 1 v 1 P s 2 v 2 ) d h d w （1）
矿井风流的能量及其变化规律
单位体积空气所具有的动能为：
1 E vi i vi2 2
, J / m3
式中： i ——i点的空气密度，Kg/m3；
v——i点的空气流速，m/s。
Evi对外所呈现的动压hvi，其值相同。
h vi
1 i vi2 2
, Pa
13
2.2 风流任一断面上的机械能量
⒊动压的特点
⑴只有作定向流动的空气才具有动压，因此 2矿井风流的能力 及其变化规律 2.1矿井风流运动 的特征 2.2风流任一断面 上的机械能量 2.3能量方程 2.4矿井风流的能 量方程 2.5能量方程的应 用 动压具有方向性。
动能转化后显现的压力叫动压或称速压，用符
号hv表示，单位Pa。
12
2.2 风流任一断面上的机械能量
⒉动压的计算
2矿井风流的能力 及其变化规律 2.1矿井风流运动 的特征 2.2风流任一断面 上的机械能量 2.3能量方程 2.4矿井风流的能 量方程 2.5能量方程的应 用
Ventilation of Mines
7
2.2 风流任一断面上的机械能量
2矿井风流的能力 及其变化规律 2.1矿井风流运动 的特征 2.2风流任一断面 上的机械能量 2.3能量方程 2.4矿井风流的能 量方程 2.5能量方程的应 用
Ventilation of Mines
风流的绝对压力（P）、相对压力（h）和与其对应的大 气压（P0）三者之间的关系如下式所示：h=P－P0
抽出式通风
hb(-)
hbt(-) hv Pbt 真空
Pb
18
2.2 风流任一断面上的机械能量
a
2矿井风流的能力 及其变化规律 2.1矿井风流运动 的特征 2.2风流任一断面 上的机械能量 2.3能量方程 2.4矿井风流的能 量方程 2.5能量方程的应 用
第二章--风流性质和能量方程
第二章矿井风流的基本性质§2—1 矿井空气的物理性质一、空气的密度指单位体积空气的质量，用ρ表示，单位：kg/m3。
ρ＝vm式中：v—空气的体积，m3；m—v体积空气的质量，kg。
由理想气态方程，对于干空气：ρ干＝3.484TP对于湿空气：ρ湿＝（3.458~3.473）TP式中：P—空气绝对大气压力，kPa；T—热力学温度，T＝（273.15＋t）K；t—空气的温度，℃。
将标准大气压力P ＝101.325 kPa，t＝0℃，φ＝0代入上式，得ρ干＝1.293 kg/m3。
将标准大气压力P ＝101.325 kPa，t＝20℃，φ＝60%代入上式，得ρ湿＝1.20 kg/m3。
二、空气的重度指单位体积空气的重力，用γ表示，单位：N/m3。
γ＝vW式中：v—空气的体积，m3；W—空气的重力，N。
将W＝mg代入上式，得γ＝ρg N/m3因此，对于干、湿空气γ干＝1.293×9.81＝12.684 （N/m3）γ湿＝1.20×9.81＝11.772 （N/m3）三、空气的比容指单位质量的空气具有的容积，用ν表示，单位：m3/kg。
ν＝V/m＝1/ρ显然，空气的比容与空气的密度互为倒数。
四、空气的比热指质量为1 kg的空气，温度升高（或降低）1℃时，所吸收（或放出）的热量，单位：k.J/kg. ℃。
五、空气的粘性指空气抗拒剪切力的性质，是空气在流动时产生阻力的内在因素。
由于空气的粘性，空气在巷道中流动时靠近巷道轴部流速快，靠近巷道边沿流速慢。
V小V大§2—2 井巷中的风速与测定一、井巷断面风速分布井巷风速指风流单位时间内流过的距离，用V表示，单位：m/s或m/min。
由于空气的粘性，空气在巷道轴部流动速率快，靠近边沿流速慢，我们所说的风速是指巷道的平均风速。
平均风速与最大风速的比值叫风速分布系数，用k速表示，即k速＝V均/V大，一般在0.7~0.9之间。
对于不同的巷道砌碹巷道：k速≈0.83；木棚支护巷道：k速≈0.73；无支护巷道：k速≈0.75。
风流基本原理
压差计
P gLsin
补偿式微压计
压差传感器
铁芯B
差动变压器原理
KG9501型风流压力传感器 R0
平衡器
R1 压力传感器
R4
R2
Uc
R3
工作电源
E
原理：压力传感器是由四个应变电阻片固定在一个弯梁上组成的， 当弯梁受力时，这四个应变电阻片的阻值发生变化，从而反应弯梁 受力的大小
应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的 精度以及较好的线性特性
第二章 空气流动基本原理
本章主要内容框架
通风基 础理论
压力计算及测试 连续性方程 能量方程及应用 通风阻力及计算
网络特性及定律
本章的重点： 1.空气的物理参数 2.风流的能量、点压力及其关系 3.连续性方程、能量方程 4.能量方程应用--压力坡度图 5.通风阻力 6.通风基本原理及规律 7.自然通风、全面通风、置换通风 本章的难点： 点压力之间的关系 能量方程及其应用
不可压缩流体 可压缩流体
Q入 Q出
入Q入 出Q出
１
不可压缩流体 可压缩流体
Q1 Q2 Q3
θ1
1Q1 2Q2 3Q3 θ2
３
２
2.2可压缩流体的能量方程 能量方程表达了空气在流动过程中的压能、动能和位能的 变化规律，是能量守恒和转换定律在通风中的应用。 2.2.1单位质量流量的能量方程 在通风中，风流的能量由机械能和内能组成。 机械能：静压能、动压能和位能之和。 内能：风流内部所具有的分子内动能与分子位能之和。
解：假设风流方向12，列能量方程：
h R12
P1
P2
12
2
1
22
2
2 Z1
风流的能量与能量方程(优选.)
第二章 风流的能量与能量方程井下风流的流动遵循能量守恒及转换定律。
本章结合矿井风流流动的特点，介绍了空气的主要物理参数，风流的能量与压力， 压力测量方法及压力之间的关系，重点阐述了矿井通风中的能量方程及其应用。
第一节 空气的主要物理参数与矿井通风密切相关的物理参数除了反映气候条件的温度、湿度以外，还有密度、比容、压力、粘性等。
一、空气的密度单位体积空气所具有的质量称为空气的密度，用ρ来表示。
即：VM=ρ （2-1）一般来说，空气的密度是随温度、湿度和压力的变化而变化的。
在标准大气状况下（P ＝101325Pa ，t ＝O ℃，ϕ＝O%），干空气的密度为1.293 kg/m 3。
湿空气密度的计算公式为：ρ湿＝0.003484T P（1－0.378P P 饱ϕ） (2-2)由上式可见，压力越大，温度越低，空气密度越大。
当压力和温度一定时，湿空气的密度总是小于干空气的密度。
在矿井通风中，由于通风系统内的空气温度、湿度、压力各有不同，空气的密度也有所变化，但变化范围有限。
在研究空气流动规律时，要根据具体情况考虑是否忽略这种变化。
一般将空气压力为101325Pa ，温度为20℃，相对湿度为60%的矿井空气称为标准矿井空气，其密度为1.2kg/m 3。
二、空气的比容单位质量空气所占有的体积叫空气的比容，用υ（m 3/kg ）表示，比容和密度互为倒数，它们是一个状态参数的两种表达方式。
即：ρυ1==M V （2-3） 三、空气的压力（压强）矿井通风中，习惯将压强称为空气的压力。
由于空气分子的热运动，分子之间不断碰撞，同时气体分子也不断地和容器壁碰撞，形成了气体对容器壁的压力。
气体作用在单位面积上的力称为空气的压力，用P 表示。
空气压力的单位为帕斯卡（Pa ），简称帕，1 Pa=1N/m 2。
地面空气压力习惯称为大气压。
由于地球周围大气层的厚度高达数千千米，越靠近地表空气密度越大，空气分子数越多，分子热运动的平均动能越大，所以大气压力也越大。
第二章 风流性质与能量方程
第二章矿井风流的基本性质§2—1 矿井空气的物理性质一、空气的密度指单位体积空气的质量，用ρ表示，单位：kg/m3。
ρ＝vm式中：v—空气的体积，m3；m—v体积空气的质量，kg。
由理想气态方程，对于干空气：ρ干＝3.484TP对于湿空气：ρ湿＝（3.458~3.473）TP式中：P—空气绝对大气压力，kPa；T—热力学温度，T＝（273.15＋t）K；t—空气的温度，℃。
将标准大气压力P ＝101.325 kPa，t＝0℃，φ＝0代入上式，得ρ干＝1.293 kg/m3。
将标准大气压力P ＝101.325 kPa，t＝20℃，φ＝60%代入上式，得ρ湿＝1.20 kg/m3。
二、空气的重度指单位体积空气的重力，用γ表示，单位：N/m3。
γ＝vW式中：v—空气的体积，m3；W—空气的重力，N。
将W＝mg代入上式，得γ＝ρg N/m3因此，对于干、湿空气γ干＝1.293×9.81＝12.684 （N/m3）γ湿＝1.20×9.81＝11.772 （N/m3）三、空气的比容指单位质量的空气具有的容积，用ν表示，单位：m3/kg。
ν＝V/m＝1/ρ显然，空气的比容与空气的密度互为倒数。
四、空气的比热量，单位：k.J/kg. ℃。
五、空气的粘性指空气抗拒剪切力的性质，是空气在流动时产生阻力的内在因素。
由于空气的粘性，空气在巷道中流动时靠近巷道轴部流速快，靠近巷道边沿流速慢。
V小V大§2—2 井巷中的风速与测定一、井巷断面风速分布井巷风速指风流单位时间内流过的距离，用V表示，单位：m/s或m/min。
由于空气的粘性，空气在巷道轴部流动速率快，靠近边沿流速慢，我们所说的风速是指巷道的平均风速。
平均风速与最大风速的比值叫风速分布系数，用k速表示，即k速＝V均/V大，一般在0.7~0.9之间。
对于不同的巷道砌碹巷道：k速≈0.83；木棚支护巷道：k速≈0.73；无支护巷道：k速≈0.75。
矿井风流流动的能量方程及其应用
二、关于能量方程使用的几点说明
从能量方程的推导过程可知，方程是在一定的条件下导出的， 并对它做了适当的简化。因此，在应用能量方程时应根据矿井的实 际条件，正确理解能量方程中各参数的物理意义，灵活应用。
二、抽出式通风矿井的能量互换关系 A、B两点的能量互换关系为：
三、主要扇风机安设在井下的能量互换关系 从地表到扇风机入口A的通风阻力为h1，其能量互换关系为：
式中： 同理，从扇风机出口B到地表的通风阻力为h2，其能量互换关系为： 式中
整个矿井的通风阻力为上述两段阻力之和，即h＝h1＋h2，即
实际上 以hcBiblioteka 示，则：(1)能量方程的意义是，表示单位体积空气由1断面流向2断面的过 程中所消耗的能量(通风阻力)等于流经1、2断面间空气总机械能 (压能、位能、动能)的变化量。
(2)风流流动必须是稳定流，即断面上的参数不随时间的变化而变 化；所研究的始、末断面要选在缓变流场上。
(3)风流总是从总能量(机械能)大的地方流向总能量小的地方。在 判断风流方向时，应用始末两断面上的总能量来进行，而不能只看 其中的某一项。如不知风流方向，列能量方程时，应先假设风流方 向，如果计算出的能量损失（通风阻力）为正，说明风流方向假设 正确；如果为负，则风流方向假设错误。
就是井下这台扇风机的全压，
得出的结论，仍然和主要扇风机安装在地表是一样的。
(4)正确选择基准面。
第二节 能量方程的应用
一、压入式通风矿井的能量互换关系 A点的能量等于B点的能量加两点间的能量差h。
空气流动基本原理
p1 p2
m
v12 2
v22 2
g (Z1
Z2)
Lt
设1m3空气流动过程中旳能量损失为hR（Pa），则由体积和质 量旳关系，其值为1kg空气流动过程中旳能量损失（LR）乘以按 流动过程状态考虑计算旳空气密度ρm ，即
hR=LRρm
将上式代入前面旳式子，可得
hR
p1
p2
v12 2
v22 2
2.掌握空气流动旳连续性方程和能量方程 3.掌握紊流状态下旳摩擦阻力、局部阻力旳计算 4.了解风流流态与风道断面旳风速分布 5.掌握通风网络中风流旳基本定律和简朴通风网路特征 6.掌握自然风压旳计算措施 7.了解风道通风压力分布 8.了解吸入口与吹出口气流运动规律 9.掌握均匀送风与置换通风方式旳原理
第一节 风流压力
风流压力：单位体积空气所具有旳能够对外做功旳机械能。 一、静压
1.概念 由分子热运动产生旳分子动能旳一部分转化旳能够对外做功 旳机械能叫静压能，用Ep表达（J/m3）。 当空气分子撞击到器壁上时就有了力旳效应，这种单位面积 上力旳效应称为静压力，简称静压，用p表达（N/m2，即Pa） 工业通风中，静压即单位面积上受到旳垂直作用力。
抛物线
vc
指数曲线
vc
（a）层流
（b）紊流
图2-3-1 风流流态与风道断面风速分布示意图
2.风道断面风速分布
层流流态旳风流，断面上旳流速分布为抛物线形，中心最大
速度v0为平均流速旳2倍（图2-3-1）。
紊流状态下，管道内流速旳分布取决于Re旳大小。距管中心
r处旳流速与管中心（r=0）最大流速v0旳比值服从于指数定律
2.特点 （1）不论静止旳空气还是流动旳空气都具有静压力。 （2）风流中任一点旳静压各向同值，且垂直作用面。 （3）风流静压旳大小（可用仪表测量）反应了单位体积风 流所具有旳能够对外做功旳静压能旳多少。 3.表达措施 （1）绝对静压：以真空为测算零点（比较基准）而测得旳 压力，用p表达。 （2）相对静压：以本地当初同标高旳大气压力为测算基准 （零点）而测得旳压力，即表压力，用h表达。
风流基本原理
LR
P1 P2
m
2 v1 v 2 2 g Z1 Z 2 2 2
2.2.2单位体积流量的能量方程
2 12 2 h R P1 P2 2 2 m g m Z1 Z 2
（1）1m3 空气在流动过程中的能量损失等于两断面间 的机械能差。
2 2 0 1 .2 0 0 0 18 9.8 2 2 17 .2m / s
1Q1 2Q2 3Q3
2.2可压缩流体的能量方程
能量方程表达了空气在流动过程中的压能、动能和位能 的变化规律，是能量守恒和转换定律在通风中的应用。 2.2.1单位质量流量的能量方程 在通风中，风流的能量由机械能和内能组成。
机械能：静压能、动压能和位能之和。
内能：风流内部所具有的分子内动能与分子位能之和。 p1、v1、u1 q
1.风流压力
风流压力（风压）：通风中空气压力，它是表示运动空
气所具有的能量, 它包括静压、动压和全压。
1.1 静压
静压：气体分子对容器壁所施加的压力。 特点：静压总是垂直并指向作用面； 静压各向同值；
反映单位体积风流所具有的对外作功的静压能。
表示形式：绝对静压—以绝对零压作为基准的静压,P； 相对静压—以当地大气压力为基准的静压,h。。
解：中心轴线为基准面， Z1 Z 2 0，1 0，p1 0，p2 h0 18 9.8 Pa，hR12 0 h R12
风流的能量与能量方程
第二章 风流的能量与能量方程井下风流的流动遵循能量守恒及转换定律。
本章结合矿井风流流动的特点，介绍了空气的主要物理参数，风流的能量与压力， 压力测量方法及压力之间的关系，重点阐述了矿井通风中的能量方程及其应用。
第一节 空气的主要物理参数与矿井通风密切相关的物理参数除了反映气候条件的温度、湿度以外，还有密度、比容、压力、粘性等。
一、空气的密度单位体积空气所具有的质量称为空气的密度，用ρ来表示。
即：VM=ρ （2-1）一般来说，空气的密度是随温度、湿度和压力的变化而变化的。
在标准大气状况下（P ＝101325Pa ，t ＝O ℃，ϕ＝O%），干空气的密度为1.293 kg/m 3。
湿空气密度的计算公式为：ρ湿＝0.003484T P（1－0.378P P 饱ϕ） (2-2)由上式可见，压力越大，温度越低，空气密度越大。
当压力和温度一定时，湿空气的密度总是小于干空气的密度。
在矿井通风中，由于通风系统内的空气温度、湿度、压力各有不同，空气的密度也有所变化，但变化范围有限。
在研究空气流动规律时，要根据具体情况考虑是否忽略这种变化。
一般将空气压力为101325Pa ，温度为20℃，相对湿度为60%的矿井空气称为标准矿井空气，其密度为1.2kg/m 3。
二、空气的比容单位质量空气所占有的体积叫空气的比容，用υ（m 3/kg ）表示，比容和密度互为倒数，它们是一个状态参数的两种表达方式。
即：ρυ1==M V （2-3） 三、空气的压力（压强）矿井通风中，习惯将压强称为空气的压力。
由于空气分子的热运动，分子之间不断碰撞，同时气体分子也不断地和容器壁碰撞，形成了气体对容器壁的压力。
气体作用在单位面积上的力称为空气的压力，用P 表示。
空气压力的单位为帕斯卡（Pa ），简称帕，1 Pa=1N/m 2。
地面空气压力习惯称为大气压。
由于地球周围大气层的厚度高达数千千米，越靠近地表空气密度越大，空气分子数越多，分子热运动的平均动能越大，所以大气压力也越大。
二风流的能量与能量方程课件
实测时，应在两个断面之间布置多个测点，分别测 出各点和各段的平均密度，再由下式计算。
p12 1aZ1a g abZabg b2Zb2g ijZij g
11
Z1a a·
Zab Z12 b·
Zb2
22 图2.2 立井位压计算图
测点布置的越多，测段垂直距离越小，计算结果越精确。
（二）测量相对压力的仪器
测量井巷中（或管道内）某点的相对压力或两点的压力差时，一 般需要用皮托管配合压差计来进行。压差计有U形压差计、单管倾斜 压差计、补偿式微压计等。
程风 流 的 能 量 与 能 量 方
3、空气压力测量及压力关系
1.皮托管
皮托管是承受和传递压力的工具。它 由两个同心圆管相套组成，其结构如图2.4 所示。内管前端有中心孔，与标有“+”号 的接头相通；外管前端侧壁上分布有一组 小孔，与标有“－”号的接头相通，内外 管互不相通。使用时，将皮托管的前端中 心孔正对风流，此时，中心孔接受的是风 流的静压和动压（即全压），侧孔接受的 是 风 流 的 静 压 。 通 过 皮 托 管 的 “+” 接 头 和 “－”接头，分别将全压和静压传递到压 差计上。
h＝P － P0
程风 流 的 能 量 与 能 量 方
2、风流的能量与压力
当井巷空气的绝对压力一定时，相对压 力随大气压力的变化而变化。在压入式 通风矿井中，井下空气的绝对压力都高 于当地当时同标高的大气压力，相对压 力是正值，称为正压通风；在抽出式通 风矿井中，井下空气的绝对压力都低于 当地当时同标高的大气压力，相对压力 是负值，又称为负压通风。由此可以看 出，相对压力有正压和负压之分。在不 同通风方式下，绝对压力、相对压力和 大气压力三者的关系见图2.1所示。
(二)风流的能量与能量方程
风 流 的 能 量 与 能 量 方 程
2、风流的能量与压力
矿井通风系统中，风流在井巷某断面上所具有的总机械能（包括 静压能、动能和位能）及内能之和叫做风流的能量。风流之所以能够 流动，其根本原因是系统中存在着能量差，所以风流的能量是风流流 动的动力。单位体积空气所具有的能够对外做功的机械能就是压力。 能量与压力即有区别又有联系，除了内能是以热的形式存在于风流中
功MgZ（J），物体因而获得了相同数量的位能，即：
E位 = mgZ
风 流 的 能 量 与 能 量 方 程
2、风流的能量与压力
例：
如图，井口断面对第一水平和第二水平标高的位压 是不相等的，如果求1-1断面对2-2断面的位能，可 取2-2断面为基准面，1-1断面的位压为： 1 1 Z1a
a·
Zab b· Zb2 2 2 Z12
p位12 12 Z12 g
实测时，应在两个断面之间布置多个测点，分别测 出各点和各段的平均密度，再由下式计算。
p12 1a Z1a g ab Zab g b2 Zb2 g ij Zij g
图2.2 立井位压计算图
测点布置的越多，测段垂直距离越小，计算结果越精确。
风 流 的 能 量 与 能 量 方 程
2、风流的能量与压力
特点：
（1）位压只相对于基准面存在，是该断面相对于基准面的位压差。基准面的选 取是任意的，因此位压可为正值，也可为负值。为了便于计算，一般将基准面 设在所研究系统风流的最低水平。 （2）位压是一种潜在的压力，不能在该断面上呈现出来。在静止的空气中，上 断面相对于下断面的位压，就是下断面比上断面静压的增加值，可通过测定静 压差来得知。 （3）在倾斜或垂直巷道中，空气位压和静压可以相互转化。 （4）不论空气是否流动，上断面相对于下断面的位压总是存在的。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
例2-2 在图2-11a所示的抽出式通风风筒中，测得
风流中某点的相对静压h静＝1200Pa，动压h动＝
100Pa，风筒外与该点同标高的大气压力P0＝
98000Pa，求该点的P静、h全、P全分别是多少？
解：（1）P静＝P0－h静＝98000－1200＝96800 Pa
（2）h全＝h静－h动＝1200－100＝1100 Pa （3）P全＝P0－h全＝98000－1100＝96900 Pa 或P全＝P静＋h动＝96800＋100＝96900 Pa
二、动能—动压
1、动能与动压的概念 空气做定向流动时具有动能，用E动表示 （J/m3），其动能所呈现的压力称为动压（或速 压），用h动（或h速）表示，单位Pa。 2、动压的计算式 设某点空气密度为ρ（kg/m3），定向流动的 流速为v（m/s），则单位体积空气所具有的动能 为E动，E动对外所呈现的动压为：
相对全压：h全＝P全－P0 ＝（P静＋h动）－P0
结论：就相对压力而言，压入式通风风流中某点 的相对全压等于相对静压与动压的代数和。
2、抽出式通风中相对压力的测量及相互关系
h静＝P0－P静 或 -h静＝P静－P0 h全＝P0－P全 或 -h全＝P全－P0 h动＝P全－P静 h全＝P0－P全 ＝P0－（P静＋h动）＝（P0－P静）－h动 ＝h静－h动
1 2 h动＝ v Pa 2
3、动压的特点
（1）只有做定向流动的空气才呈现出动压，静止的空
气不会有动压；
（2）动压的作用方向与风流方向一致，仅对与风流方 向垂直或斜交的平面施加压力。垂直流动方向的平面承受
的动压最大，平行流动方向的平面承受的动压为零；
（3）在同一流动断面上，因各点风速不等，其动压也 各不相同。计算断面上的动压，要用断面上的平均风速计 算； （4）动压无绝对压力与相对压力之分，总是大于零的
2、位压的特点
在静止的空气中，上断面相对于下断面的位压，
就是下断面比上断面静压的增加值，可通过测定静压
差来得知。 （1）位压只相对于基准面存在，是该断面相对于基 准面的位压差。基准面的选取是任意的，所选基准面 不同，位压的绝对值也不同。基准面可能在上，也可 能在下，因此位压可为正值，也可为负值。为了便于
计算，一般将基准面设在所研究系统风流的最低水平。
（2）位压是一种潜在的压力，不能在该断面上呈
现出来。因此，位压的大小不能用仪表直接测定。
只能通过测量该点相对于基准面的高差和空气平 均密度计算得出。 （3）位压和静压可以相互转化。当空气从高处流 向低处时，位压转换为静压；反之，当空气由低 处流向高处时，部分静压将转化成位压。
由于静压是静压能的体现，二者分别代表着空气分
子热运动所具有的外在表现和内涵，所以在数值上大小
相等，静压是静压能的等效表示值。
2、静压的特点 （1）只要有空气存在，不论是否流动都会呈现 静压； （2）由于空气分子向器壁撞击的机率是相同的， 所以风流中任一点的静压各向同值，且垂直作用 于器壁； （3）静压是可以用仪器测量的，大气压力就是 地面空气的静压值；
一、静压能—静压
1、静压能与静压的概念 由分子热运动理论可知，不论空气处于静止状态还
是流动状态，空气分子都在做无规则的热运动。这种由
空气分子热运动而使单位体积空气具有的对外做功的机 械能量叫静压能，用E静表示（J/m3）。 简称静压，用P静表示（N/m2，即Pa）。 空气分子热 运动不断地撞击器壁所呈现的压力（压强）称为静压力，
一、空气流动连续性方程 根据质量守恒定律，对于流动参数不随时间变化的 稳定流，流入某空间的流体质量必然等于流出其空间的 流体质量。矿井通风中，空气在井巷中的流动可以看作 是稳定流，同样满足质量守恒定律。 二、矿井通风中应用的能量方程 能量方程是用能量守恒定律描述风流沿程流动的能 量转换和守恒规律的数学表达式。矿井通风中应用的能 量方程则表达了空气的静压能、动能和位能在井巷流动 过程中的变化规律，是能量守恒和转化定律在矿井通风 中的应用。
正值。
四、全压、势压和总压力
矿井通风中，为了研究方便，常把风流中某点的 静压与动压之和称为全压；
将某点的静压与位压之和称为势压；
把井巷风流中任一断面（点）的静压、动压、位
压之和称为该断面（点）的总压力。
井巷风流中两断面上存在的能量差即总压力差是 风流之所以能够流动的根本原因，空气的流动方向 总是从总压力大处流向总压力小处，而不是取决于 单一的静压、动压或位压的大小。
图2-1 绝对压力、相对压力和大气压力之间的关系
二、位能—位压
1、位能与位压的概念 单位体积空气在地球引力作用下，由于位置 高度不同而具有的一种能量叫位能，用E位（J/m3） 表示。 位能所呈现的压力叫位压，用P位（Pa）表示。 需要说明的是，位能和位压的大小，是相对 于某一个参照基准面而言的，是相对于这个基准 面所具有的能量或呈现的压力。
3、空气压力的两种测算基准
（1）绝对压力：以真空为基准测算的压力称为 绝对压力，用P表示。由于以真空为零点，有空气 的地方压力都大于零，所以绝对压力总是正值。 （2）相对压力：以当地当时同标高的大气压力 为基准测算的压力称为相对压力，用h表示。对于 矿井空气来说，井巷中空气的相对压力h就是其绝 对压力P与当地当时同标高的地面大气压力P0的差 值。
矿井通风系统中，风流在井巷某断面上所具有 的总机械能（包括静压能、动能和位能）及内能之 和叫做风流的能量。
单位体积空气所具有的能够对外做功的机械能
就是压力。 能量与压力即有区别又有联系，除了内能是以热 的形式存在于风流中外，其它三种能量一般通过压 力来体现，也就是说井巷任一通风断面上存在的静 压能、动能和位能可用静压、动压、位压来呈现。
复习思考题
2-1至2-4 为什么在压入式通风中某点的相对全压大 于相对静压； 在抽出式通风中某点的相对全压小于相对 静压？
P 1
1v12
2
Z11 g P2
2v2 2
2
Z 2 2 g h阻12
2 v2 2
2 Z 2 2 g）
或
h阻12 （P1
1v12
2
Z1 1 g）－（P2
从能量观点来说，它表示单位体积风流流经井 巷时的能量损失等于第一断面上的总机械能（静 压能、动能和位能）与第二断面上的总机械能之 差。从压力观点上来说，它表示风流流经井巷的 通风阻力等于风流在第一断面上的总压力与第二 断面上的总压力之差。
风流点压力的测量及压力关系
（一）风流点压力 绝对静压（P静) 相对静压（h静） 点压力 动压 h动（无绝对、相对之分） 绝对全压（P全） 相对全压（h全）
静压
全压
相对压力的测量及其相互关系 1、压入式通风中相对压力的测量及相互关系相对静Fra bibliotek：h静＝P静－P0
相对全压：h全＝P全－P0
动
压：h动＝P全－P静 ＝（P静－P0）＋h动 ＝h静＋h动
三、能量方程在矿井通风中的应用 能量方程是矿井通风的理论基础，应用极 为广泛，特别是在有关通风机性能测定、矿 井通风阻力测定和矿井通风技术管理、通风 仪器仪表的设计等方面都与该理论密切相关。
（二）矿井主通风机房内水柱计的安装和作用
通过矿井通风阻力与主通风机风硐断面相对压 力之间的关系式可以看出，矿井通风总阻力可以通 过测定风硐断面的相对压力和自然风压值计算出来。 实际上，矿井风硐断面的动压值不大，变化也 较小；自然风压值随季节而变化，一般也不大，因 此，只要用压差计测出风硐断面的相对静压值，就 能近似了解到矿井通风总阻力的大小。 测量风硐断面的相对压力时，压差计的安装按取 压方法不同有两种，即壁面取压法和环形管取压法。 如图2-19所示。
结论：就相对压力而言，抽出式通风风流中 某点的相对全压等于相对静压减去动压。
例2-1 在压入式通风风筒中，测得风流中某点的
相对静压h静＝1200Pa，动压h动＝100Pa，风筒外
与该点同标高的大气压力P0＝98000Pa，求该点的
P静、h全、P全分别是多少？
解：（1）P静＝P0＋h静＝98000＋1200＝99200 Pa （2）h全＝h静＋h动＝1200＋100＝1300 Pa （3）P全＝P0＋h全＝98000＋1300＝99300 Pa 或 P全＝P静＋h动＝99200＋100＝99300 Pa