第7章 风流基本定律和风量自然分配

第7章 矿井通风网络与风量自然分配
第7章
矿井通风网络中风流基本定律 和风量自然分配
Principles of Airflow
本章主要内容及重点和难点 1、风量分配基本定律----三大定律 风量分配基本定律----三大定律 ---2、网络图及网络特性 1)简单网络 1)简单网络 2)角联及复杂网络 2)角联及复杂网络 3、计算机解算复杂网络
若不考虑风流密度的变化， 若不考虑风流密度的变化，则流入与流出某节点 的各分支的体积流量（风量）的代数和等于零， 的各分支的体积流量（风量）的代数和等于零，即：
∑
1 2 图a a 3
Q
i
= 0
４ 6
5
如图a，节点4处的风量平衡方程为： 如图a 节点4处的风量平衡方程为：
Q1− 4 + Q2 − 4 + Q3− 4 − Q4 −5 − Q4 − 6 = 0
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四、基本定律
1 风量平衡定律
是指在稳态通风条件下，单位时间流入某节点 是指在稳态通风条件下， 的空气质量等于流出该节点的空气质量；或者说， 的空气质量等于流出该节点的空气质量 ； 或者说 ， 流入与流出某节点的各分支的质量流量的代数和等 于零。 于零。
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总风压等于各分支风压， 2. 总风压等于各分支风压，即
3. 并联风网总风阻与各分支风阻的关系
hi = Ri Q
2 i
Qi =
hi Ri
Q0 = Q1 + Q2 +...+ Qn
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h0 R0
=
h1 R1
+
h2 R2
+ ... +
hn Rn
1.42 R= 2 A
1 A2 = R 1.42
1 R0
1 A = R 1.42
1 R 1
=
+
1 R2
+...+
1 Rn
A0 = A1 + A2 + ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ + An
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5. 并联风网的风量分配 若已知并联风网的总风量， 若已知并联风网的总风量，在不考虑其它通风动力及风流密度变 化时，可由下式计算出分支i的风量。 化时，可由下式计算出分支i的风量。 ∵
hi = RiQi
2
h = RQ
2
hi——通风网络 分支的通风阻力； 通风网络i分支的通风阻力 通风网络 分支的通风阻力； Ri——通风网络 分支的风阻； 通风网络i分支的风阻 通风网络 分支的风阻； Qi——通风网络 分支的风量； 通风网络i分支的风量 通风网络 分支的风量； h——通风网络的通风总阻力； 通风网络的通风总阻力； 通风网络的通风总阻力 R——通风网络的总风阻； 通风网络的总风阻； 通风网络的总风阻 Q——通风网络的总风量。 通风网络的总风量。 通风网络的总风量
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三、矿井通风网络图 通风网络图：用直观的几何图形来表示通风网络。 通风网络图：用直观的几何图形来表示通风网络。 特点： 特点： １ ） 通风网络图只反映风流方向及节点与分支 间的相互关系，节点位置与分支线的形状可以任意 间的相互关系， 改变。 改变。 能清楚地反映风流的方向和分合关系， ２ ） 能清楚地反映风流的方向和分合关系 ， 并 且是进行各种通风计算的基础， 且是进行各种通风计算的基础，因此是矿井通风管 理的一种重要图件。 理的一种重要图件。
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串联、 第二节 串联、并联通风网路的基本性质
一、串联通风风路
由两条或两条以上分支彼此首尾相连， 由两条或两条以上分支彼此首尾相连 ， 中间没有风流 分汇点的线路称为串联风路。如图所示
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（一） 串联风路特性
总风量等于各分支的风量， 1. 总风量等于各分支的风量，即 M0 = M1 = M2 =…= Mn 当各分支的空气密度相等时， 当各分支的空气密度相等时， Q0 = Q1 = Q2 =…= Qn
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通风网路通常由众多的分支及回路所组 串联、 按各分支联结形式不同，可分为串联 成，按各分支联结形式不同，可分为串联、 并联、简单角联和复杂联结等 并联、简单角联和复杂联结等。 风流在网路中流动时遵循风量平衡定律、 风流在网路中流动时遵循风量平衡定律、 风量平衡定律 风压平衡定律和阻力定律。 风压平衡定律和阻力定律。
一般表达式为： 一般表达式为：
∑H + ∑H = ∑h
f N
Ri
1 6 2 3
5 4
即：能量平衡定律是指“在任一闭合回路 能量平衡定律是指“ 中，各分支的通风阻力代数和等于该回路 中自然风压与通风机风压的代数和。 中自然风压与通风机风压的代数和。”
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3 阻力定律 风流在任一分支或整个网路系统中流动均遵 循阻力定律
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二 基本术语 节点：矿井风流流经各个巷道和工作面， 节点：矿井风流流经各个巷道和工作面， 构成复杂的通风网络系统。 构成复杂的通风网络系统。通常将风道的交 节点。 汇点称为节点 汇点称为节点。 分支巷道：两节点间的风道称为分支（巷 分支巷道：两节点间的风道称为分支（ 分支 道）。 网孔： 网孔：两条或两条以上的分支形成的闭合 回路称为回路或网孔 回路或网孔。 回路称为回路或网孔。
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（一）并联风路特性： 并联风路特性：
总风量等于各分支的风量之和， 1. 总风量等于各分支的风量之和，即
Mi—单位时间流过的气体的质量。 单位时间流过的气体的质量。
当不考虑风流密度的变化，即各分支的空气密度相等时： 当不考虑风流密度的变化，即各分支的空气密度相等时：
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将上述节点扩展为无源回 路，则上述风量平衡定律依 然成立。如图b所示，回路2 然成立。如图b所示，回路24-5-7-2的各邻接分支的风量 满足如下关系： 满足如下关系： 图b
1 2 7 8 5
４
3
6
Q1− 2 + Q3− 4 − Q5−6 − Q7 −8 = 0
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2 风压平衡定律
假设：一般地，回路中分支风流方向为顺时针时， 假设：一般地，回路中分支风流方向为顺时针时， 其阻力 取“＋”，逆时针时，其阻力取“－”。 逆时针时，其阻力取“ =0） （1）无动力源（Hn=0 ， Hf=0） 无动力源（ 通风网路图的任一回路中，无动力源时， 通风网路图的任一回路中，无动力源时，各分支阻力的 代数和为零， 代数和为零，即：
《金属非金属矿山安全规程》GBl6423—2006 金属非金属矿山安全规程》
6.4.2.6各采掘工作面之间来自不应采用不符合6.4.1要求 各采掘工作面之间，不应采用不符合 各采掘工作面之间 要求 的风流进行串联通风。 的风流进行串联通风。
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二、并联通风风网
由两条或两条以上具有相同始节点和末节 点的分支所组成的通风网络， 点的分支所组成的通风网络，称为并联风网。 如图所示并联风网由3条分支并联。 如图所示并联风网由3条分支并联。
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第一节 一、通风网络
概述
矿井通风系统是由纵横交错的井巷构成的 一个复杂系统。用图论的方法对通风系统进行 一个复杂系统。 抽象描述，把通风系统变成一个由线、 抽象描述，把通风系统变成一个由线、点及其 属性组成的系统，称为通风网络。 属性组成的系统，称为通风网络。 组成的系统 通风网络
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（二）并联风路等效阻力特性曲线的绘制 根据以上并联风路的特性，可以绘制并联风路等效阻力特性曲线。 根据以上并联风路的特性，可以绘制并联风路等效阻力特性曲线。 方法： 方法： 坐标图上分别作出并联风路1 的阻力特性曲线R １、首先在h—Q坐标图上分别作出并联风路1、2的阻力特性曲线R1、R2； ２、根据并联风路“风压（阻力）相等，风量叠加”的原则，作平行于Q轴 根据并联风路“风压（阻力）相等，风量叠加”的原则， 的若干条等风压线，在等风压线上将1 叠加， 的若干条等风压线，在等风压线上将1、2分支阻力h1、h2叠加，得到并 分支阻力h 联风路的等效阻力特性曲线上的点； 联风路的等效阻力特性曲线上的点； ３、将所有等风压线上的点联成曲线R3，即为并联风路的等效阻力特性曲 将所有等风压线上的点联成曲线R 线。
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总风压（阻力） 2. 总风压（阻力）等于各分支 风压（阻力）之和， 风压（阻力）之和，即:
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总风阻等于各分支风阻之和， 3. 总风阻等于各分支风阻之和，即：
n h1 + h2 + ... + hn R0 = h0 Q02 = = R1 + R2 + ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ + Rn = ∑ Ri 2 Q0 i =1
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网络图两种类型： 网络图两种类型 ： 一种是与通风系统图形状基本一致的 网络图；另一种是曲线形状的网络图。 网络图 ； 另一种是曲线形状的网络图 。 但一般常用曲 线网络图。 线网络图。 绘制步骤： 绘制步骤： (1) (2) (3) 节点编号 绘制草图 图形整理 在通风系统图上给井巷的交汇点标上特 在图纸上画出节点符号， 在图纸上画出节点符号 ， 并用单线条 按照正确、 按照正确、美观的原则对网络图进行修 定的节点号。 定的节点号。 （直线或弧线）连接有风流连通的节点。 直线或弧线）连接有风流连通的节点。 改。