2 矿井空气流动基本理论
2井巷空气流动的基本规律
第二章 井巷空气流动的基本规律第一节 矿井风流的基本参数一、空气的密度单位体积空气所具有的质量称为空气的密度，用符号ρ表示。
矿井空气的密度可由下式计算：0.3780.003484(1)273sat P P t Pϕρ=-+ 2-1-1 式中P 湿空气的压力，Pa ，t 空气的温度，℃；P sat 温度t 时饱和水蒸气的分压，Pa 见表2-1-1；ϕ 空气的相对湿度。
由式2-1可见，空气的压力越大，温度越低，湿度越小，空气密度越大。
当空气的压力和温度一定时，空气的相对湿度越大，其密度越小，即湿空气的密度比干空气的密度小。
在矿井通风中，空气流经复杂的通风网络时，其温度、压力及湿度将会发生一系列的变化，这些变化都将引起空气密度的变化。
矿井风流的密度变化会引起矿井通风的动力或阻力效应。
例如自然风压等。
根据式2-1，在标准物理空气状态下（P=101325Pa ，t=0℃，ϕ=0），计算得干洁空气的密度为1.293 kg ／m 3；在标准矿井空气条件下（P=101325Pa ，t=20℃，ϕ=60%），计算得矿井空气的密度为1.2 kg ／m 3。
工程计算中一般以1.2 kg ／m 3作为标准矿井空气的密度。
考虑矿井空气为潮湿空气，为简化计算，工程中可根据下述公式近似测算矿井空气的密度：0.00346273P tρ+ 2-1-2 二、风流的压力1．静压(静压强)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空气的静压在各个方向上均相等。
空间某一点空气静压的大小，与该点在大气中所处的位置和受扇风机的作用有关。
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。
地球为空气所包围，空气圈的厚度高达1000km 。
靠近地球 表面空气密度大，距地球表面越远，空气密度越小，不同海拔标 高处上部空气柱的重力是不一样的。
因此，对不同地区来讲，由 于它的海拔标高、地理位置和空气温度不同，其大气压力(空气静压)也不相同，各地大气压力主要随海拔标高而变化。
矿井空气流动的基础理论
第二章矿井空气流动的基础理论本章的重点：1、空气的物理参数----T、P、Φ、μ、ρ；2、风流的能量与点压力----静压，静压能；动压、动能；位能；全压；抽出式和压入式相对静压、相对全压与动压的关系3、能量方程连续性方程；单位质量能量方程、单位体积能量方程4、能量方程在矿井中的应用----边界条件、压力坡度图本章的难点：点压力之间的关系能量方程及其在矿井中的应用主要研究内容：矿井空气沿井巷流动过程中宏观力学参数的变化规律以及能量的转换关系。
介绍空气的主要物理参数、性质，讨论空气在流动过程中所具有的能量（压力）及其能量的变化。
根据热力学第一定律和能量守恒及转换定律，结合矿井风流流动的特点，推导了矿井空气流动过程中的能量方程，介绍了能量方程在矿井通风中的应用。
第一节空气的主要物理参数一、温度温度是描述物体冷热状态的物理量。
矿井表示气候条件的主要参数之一。
热力学绝对温标的单位K ，摄式温标：T=273.15+t 二、压力（压强）1、定义：空气的压力也称为空气的静压，用符号P 表示。
压强在矿井通风中习惯称为压力。
它是空气分子热运动对器壁碰撞的宏观表现。
P=2/3n(1/2mv 2)2、压头：如果将密度为 ρ 的某液体注入到一个断面为A 的垂直的管中，当液体的高度为 h 时，液体的体积为： V = hA m 33、矿井常用压强单位：Pa Mpa mmHg mmH 20 mmbar bar atm 等。
换算关系：1 atm = 760 mmHg = 1013.25 mmbar = 101325 Pa (见P396) １mmbar = 100 Pa = 10.2 mmH 20, １mmHg = 13.6mmH 20 = 133.32 Pa)ex p(00TR gZP P μ-=三、湿度表示空气中所含水蒸汽量的多少或潮湿程度。
表示空气湿度的方法：绝对湿度、相对温度和含湿量三种。
１、绝对湿度每立方米空气中所含水蒸汽的质量叫空气的绝对温度。
第02章矿井空气流动基本理论
a
P0
b
P永远>0; 而h有 正负之分；
P可>、<或=P0
PPT文档演模板
ha(+) P0
Pa
hb(-)
Pb
真空
第02章矿井空气流动基本理论
PPT文档演模板
１
１
a dzi z12
b
２
２
第02章矿井空气流动基本理论
PPT文档演模板
第02章矿井空气流动基本理论
⑵动压总是大于零。垂直流动方向的作用面所承受的动压最大（即流动方 向上的动压真值）；当作用面与流动方向有夹角时，其感受到的动压值将小于 动压真值。
(2)hti=hi+hvi=1000+150=1150Pa
(3)Pti=P0i+hti=Pi+hvi=101332.32+1150=Pa 例外题与2i点-2同-2标高如的图P抽0i=出1式01通33风2风Pa筒，中求某：点i的hi=1000Pa，hvi=150Pa，风筒
(1) i点的绝对静压Pi； (2) i点的相对全压hti；(3) i点的绝对全压Pti。 解：(1) Pi=P0i+hi=101332.5-1000=100332Pa
Pa hv＝ρ v2/2 Pa Pw＝ρgZ
特点
备注
①在各个方向上都相等
②只要有空气存在，就呈 现出静压
③静压的大小反映了静压
压入式取﹢ 抽出式取﹣
能的多少
①具有方向性
②永远为正 ③同一断面上各点的速压
恒为正
不相等
①与基准面有关
②不能用仪器测量 ③不呈现压力 ④位压与静压可以相互转
只与基准面选 取有关
a
相连，只感受到绝对静压Pi； 尖端孔口a正对风流方向，与管的“+”口
2 矿井空气流动基本原理
温度是影响流体粘性主要因素，气体随温度升 高而增大，液体而降低
7
2.1 空气主要物理参数
2.1.4、湿度
2 矿井空气流动基 本原理 2.1 空气主要物理 参数 2.2风流的压力及 能量方程 2.3 井巷风流运动 特征 2.4 矿井空气参数 测定仪器
Ventilation and Air Condition of Mines
上一章我们已经解决的问题： 1.我们需要什么样的空气？ 2.矿井中哪些气体有害？他们是从哪儿来的？ 对他们的控制要求是什么？ 3.相对于低海拔地区矿井，高海拔矿井具有哪 些特殊的气候特点？ 4.矿井有害气体的检测方法及检测原理是什么？ 如何对有害气体进行有效管理？ 5.如何评价矿井气候条件？ 本章需要解决的问题： 1.描述空气流动用到哪些参数？ 2.空气流动的内在原因是什么？ 3.如何描述空气流动的基本规律？ 4.如何测定矿井空气参数？ 2
6
2.1 空气主要物理参数
根据牛顿内摩擦定律有：
2 矿井空气流动基 本原理 2.1 空气主要物理 参数 2.2风流的压力及 能量方程 2.3 井巷风流运动 特征 2.4 矿井空气参数 测定仪器
Ventilation and Air Condition of Mines
F S
du dy
式中：μ—比例系数，代表空气粘性，称为动 力粘性或绝对粘度。其国际单位：帕.秒，写作： Pa.S。 运动粘度为:
P 0.00346 273 t
Ventilation and Air Condition of Mines
考虑到矿井空气比较潮湿，且湿度难以准确测 定，一般可按下述公式近似测算矿井空气的密度：
2.1.2、质量体积 空气的质量体积是指单位质量空气所占有的体 积，用符号(m3/kg)表示。质量体积和密度互为倒 数：
2第二章 井巷空气流动的基本理论及应用x
ReU 2320 9.58 14.4 106 v 0.012m / s 4S 4 6.5
井巷中最低风速都在0.15～0.25m/s以上，故正常通风巷道风 流都处于完全紊流状态。
但在大型采场、漏风巷道、煤岩裂隙、采空区等风速一般都 很小，会出现层流。
第二节
井巷风流运动特征及连续方程
Q=vS
第二节
井巷风流运动特征及连续方程
Ventilation and Safety of Mines
第二节
井巷风流运动特征及连续方程
Ventilation and Safety of Mines
三、空气流动的连续性方程
根据质量守恒，对于稳定流，单位时间内流入某空间的流体 质量必然等于流出其空间的流体质量。如图2-12一元稳定流 动，在流动过程中不漏风又无补给时，则流过各断面的风流 的质量流量相等，可表示为： 1v1S1 2v2 S2 3v3S3 或 1Q1 2Q2 3Q3 或 M i vi Si const
矿井通风与安全
第二章
井巷空气流动基本理论 及应用
山东科技大学 2009.07
本章主要内容
Ventilation and Safety of Mines
1、空气的物理参数----密度、粘性、压力等 2、井巷风流的运动特征与连续方程 3、风流的点压力及相互关系---静压、动压、全 压；抽出式和压入式相对静压、相对全压与动 压的关系。 4、井巷风流的能量方程及其在通风中的应用 5、井巷通风阻力
第二节 程
井巷风流运动特征及连 续方
Ventilation and Safety of Mines
1 2 3 则通过任一断面的体积流量Q(m3/s)相等，
矿井通风第二章.pptx
9
第一节 空气主要物理参数
三、密度 1、定义：单位体积空气所具有的质量成为空气的密度
=M/V 影响密度大小:温度和压力 湿空气密度:
例如:零摄氏度时，1mol 氧气在 22.4L 体积内的压强 是 101.3kPa 。如果向容器内加入 1mol 氮气并保持容器体 积不变，则氧气的压强还是 101.3kPa，但容器内的总压 强增大一倍。可见， 1mol 氮气在这种状态下产生的压强 也是 101.3kPa 。
11
第一节 空气主要物理参数
第四节 能量方程在矿井通风中的应用
一、水平风道的通风能量（压力）坡度线 二、通风系统风流能量（压力）坡度线 三、通风系统网络相对压能图和相对等熵静压图
3
本章重点和难点
本章重点：
1、空气的物理参数； 2、风流的能量与点压力； 3、能量方程； 4、能量方程在矿井中的应用。
本章难点：
1、点压力之间的关系； 2、能量方程及其在矿井中的应用。
《通 风 安 全 学》
第二章 矿井空气流动的基本理论
1
本章主要内容
第一节 空气主要物理参数
一、温度 二、压力（压强） 三、密度、比容 四、粘性 五、湿度 六、焓
第二节 风流能量与压力
一、风流能量与压力 二、风流点压力及其相互关系
2
本章主要内容
第三节 通风能量方程
一、空气流动连续性方程 二、可压缩流体能量方程
• 比容:单位质量空气所占的体积，用符号ν表示 • ν =V/M=1/
第02章矿井空气流动基本理论
由于静压有绝对和相对之分，故全压也有绝对和相对之分。 Ａ 绝对全压（Pti） Pti＝ Pi＋hvi B 相对全压（hti） hti＝ hi＋hvi＝ Pti－ Poi 说明： A 相对全压有正负之分； B 无论正压通还是负压通风，Pti>Pi hti＞ hi。
表示气体热力状态的总能量。 单位质量物质的焓称为比焓。 它是内能u和压力功PV之和。
i=id+d•iV
=1.0045t+d(2501+1.85t)
式中，Pd—1m3湿空气中干空气的分压力， Pa；
实际应用焓-湿图（i-d图）
P —1m3湿空气中水蒸气的分压力，
复习思考题
1-1 简述井下空气温度的变化规律。 1-2 简述湿度的表示方式以及矿内湿度的变化规律。
乙地的绝对湿度大于甲地，但甲地的相对
湿度大于乙地，故乙地的空气吸湿能力强。
上例 甲地、乙地的露点分别为多少？
三、水蒸气对干空气物理参数的影响
1) 湿空气密度
2.1.6焓
是一个组合的状态参数，
式中，ρd—1m3湿空气中干空气的质量，kg ； ρv—1m3湿空气中水蒸气的质量，kg。
2) 湿空气压力
P=Pd+Pv
3.静压力测算基准（表示方法） 静压一般直接测量,根据测算基准不同，可分为： A、绝对压力：以真空为测算零点（比较基准）而测得的压力，用P表示。 B、相对压力：以当时当地同标高的大气压力P0为测算基准(零点)测得的压 力，通常所说的表压力，用 h 表示。 4. 绝对压力P、相对压力h和测算基准P0的关系： h=P－P0
例如：甲地：t=18℃， V＝0.0107Kg/m3 乙地：t=30℃， V＝0.0154Kg/m3
2井巷空气流动的基本规律
第二章 井巷空气流动的基本规律第一节 矿井风流的基本参数一、空气的密度单位体积空气所具有的质量称为空气的密度，用符号ρ表示。
矿井空气的密度可由下式计算：0.3780.003484(1)273sat P P t Pϕρ=-+ 2-1-1 式中P 湿空气的压力，Pa ，t 空气的温度，℃；P sat 温度t 时饱和水蒸气的分压，Pa 见表2-1-1；ϕ 空气的相对湿度。
由式2-1可见，空气的压力越大，温度越低，湿度越小，空气密度越大。
当空气的压力和温度一定时，空气的相对湿度越大，其密度越小，即湿空气的密度比干空气的密度小。
在矿井通风中，空气流经复杂的通风网络时，其温度、压力及湿度将会发生一系列的变化，这些变化都将引起空气密度的变化。
矿井风流的密度变化会引起矿井通风的动力或阻力效应。
例如自然风压等。
根据式2-1，在标准物理空气状态下（P=101325Pa ，t=0℃，ϕ=0），计算得干洁空气的密度为1.293 kg ／m 3；在标准矿井空气条件下（P=101325Pa ，t=20℃，ϕ=60%），计算得矿井空气的密度为1.2 kg ／m 3。
工程计算中一般以1.2 kg ／m 3作为标准矿井空气的密度。
考虑矿井空气为潮湿空气，为简化计算，工程中可根据下述公式近似测算矿井空气的密度：0.00346273P tρ+ 2-1-2 二、风流的压力1．静压(静压强)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空气的静压在各个方向上均相等。
空间某一点空气静压的大小，与该点在大气中所处的位置和受扇风机的作用有关。
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。
地球为空气所包围，空气圈的厚度高达1000km 。
靠近地球 表面空气密度大，距地球表面越远，空气密度越小，不同海拔标 高处上部空气柱的重力是不一样的。
因此，对不同地区来讲，由 于它的海拔标高、地理位置和空气温度不同，其大气压力(空气静压)也不相同，各地大气压力主要随海拔标高而变化。
第二章(矿井空气及空气流动基本理论)
ρ = ρ d .a + ρ v
(1 −
ρ = 0 . 003484
P T
0 . 378 φ P sat P
3 ) kg/m
式中： 为大气压，Ｐ 为饱和水蒸汽分压（可根据温度查表得到）， 式中：P为大气压，Ｐsat为饱和水蒸汽分压（可根据温度查表得到）， 单位：Pa； 为相对湿度； 为空气绝对温度， K。 单位：Pa；φ为相对湿度；Ｔ为空气绝对温度，T= t + 273 , K。
+d•i =1.0045t+d(2501+1.85t)， KJ/kg。 空气的温度（ i=id+d iV=1.0045t+d(2501+1.85t)， KJ/kg。t－空气的温度（ ℃ ） 实际应用焓-湿图（ 实际应用焓-湿图（I-d) d—含湿量 d 含湿量
五、粘性
流体抵抗剪切力的性质。当流体层间发生相对运动时， 流体抵抗剪切力的性质。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) 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。其大小主要取决于温度。 流体具有的这一性质，称作流体的粘性。其大小主要取决于温度。
y V
根据牛顿内摩擦定律有： 根据牛顿内摩擦定律有：
F = µS
µ ρ
dv dy
式中： －－比例系数，代表空气粘性，称为动力粘性 绝对粘度。 动力粘性或 式中：μ－－比例系数，代表空气粘性，称为动力粘性或绝对粘度。 比例系数 其国际单位： 其国际单位：帕.秒，写作：Pa.S。 写作：Pa.S。 运动粘度为： 运动粘度为：
ν =
温度是影响流体粘性主要因素，气体，随温度升高而增大， 温度是影响流体粘性主要因素，气体，随温度升高而增大，液体而降低
矿井通风基本理论知识 Microsoft Word 文档.
矿井通风基本理论知识第一章矿井空气第一节矿井空气的主要成分矿井空气主要由氧气(O2)、氮气（Ｎ２）、二氧化碳ＣＯ２组成，它们的体积百分比分别是20.96%、79%、0.04%一、氧气(O2)无色、无味、无臭的气体，比空气略重（对空气的相对密度是1.05）能助燃和帮助人呼吸。
《煤矿安全规程》第103条规定：按井下同时工作的最多人数计算，每人每分钟供给的风量不得少于４m3 ；第100条规定：采掘工作面的进风流中，氧气浓度不得低于20%；人在一般情况下，在休息时的需氧量为0.2～0.4L/min ；在工作时的需氧量为1～3L/min 。
O2浓度为17%时静止时无影响，工作时呼吸困难心跳强烈15%时呼吸及心跳加快，无力进行劳动10－12%时失去知觉，昏迷，有生命危险6-9%时短时间内失去知觉,呼吸停止,死亡二、氮气无色、无味、无臭的惰性气体，相对空气密度为0.97，矿井中主要用于灭火。
矿井中的主要来源于井下爆破、有机物腐烂以及煤岩中涌出。
三、二氧化碳ＣＯ２ＣＯ２无色、略带酸味的气体，比空气重常积聚于巷道的底板，易溶于水，略带毒性。
当空气中ＣＯ２浓度增高时会降低Ｏ２浓度使人窒息。
主要来源：人员呼吸、氧化、燃烧、爆炸、煤岩中涌出《煤矿安全规程》规定：采掘工作面进风流中ＣＯ２浓度不得超过0.5%；矿井总回风或一翼回风巷中，浓度超过0.75%时必须立即查明原因进行处理；采区回风巷、采掘工作面回风巷中浓度超过1.5%时,采掘工作面风流中浓度达到1.5%时,都必须停止工作,撤出人员,采取措施进行处理。
四、矿井空气的检测方法取样分析法用气相色谱仪在化验室进行，精确但操作复杂、时间长，一般用于井下火区成分检测或需要精确测定空气成分的场合。
快速测定法便携式仪器（Ｏ２）；比长式检测管第二节矿井空气中的有害气体矿井中的有害气体有一氧化碳（CO）、硫化氢(H2S)、二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)、氨气(NH3)、氢气(H2)、甲烷(CH4)等。
第二章 矿井空气流动基本理论
当n 时，v const，即为等容过程， vdP v( P1 P2 )
2 1
矿井通风学
2.4 通风能量方程
2.4.2 可压缩气体能量方程
单位体积可压缩气体能量方程
hR LR· m
2 2 v1 v2 hR P ) m g m ( Z1 Z 2 ) 1P 2 ( 2 2
矿井通风学
2.2 风流能量与压力
2.2.4 全压
风道中任一点风流，在其流动方向上同时存在静压和动压，两者之和称 之为该点风流的全压，即：全压＝静压＋动压。 由于静压有绝对和相对之分，故全压也有绝对和相对之分。 A、绝对全压（Pti） Pti＝ Pi＋hvi≥Pi
B、相对全压（hti） hti＝ h＋hvi=Pti-P0i
2.1.2 密度、比容
单位体积空气所具有的质量称为空气的密度ρ（kg/m3）。
M = V
湿空气密度为干空气密度和水蒸汽密度之和，即：
P P 0.003484T (1 0.378 ) P
sa t
密度与P、t、湿度等有关 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/m3。
单位质量空气所占有的体积称为空气的比容 （m3/kg）。 V 1 M
矿井空气流动的基本理论
P=2/3n(1/2mv2)
矿井常用压强单位：Pa Mpa mmHg mmH20 mmbar bar atm 等。 换算关系：1 atm = 760 mmHg = 1013.25 mmbar = 101325 Pa
(见P396) １mmbar = 100 Pa = 10.2 mmH20,
PPT文档演模板
１mmHg = 13.6mmH20 = 133.32 Pa矿井空气流动的基本理论
三、湿度
表示空气中所含水蒸汽量的多少或潮湿程度。表示空气湿度的方法：绝
对湿度、相对温度和含湿量三种
１、绝对湿度
每立方米空气中所含水蒸汽的质量叫空气的绝对湿度。其单位与密
度单位相同（Kg/ m3），其值等于水蒸汽在其分压力与温度下的密
焓是一个复合的状态参数，它是内能u和压力功PV之和，焓也称热焓。 i=id+d•iV=1.0045t+d(2501+1.85t) 实际应用焓-湿图（I-d)
PPT文档演模板
矿井空气流动的基本理论
五、粘性
流体抵抗剪切力的性质。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。其大小主要取决于温度。
在矿井通风中，压力的概念与物理学中的压强相同，即单位面积上受
到的垂直作用力。静压Pa=N/m2也可称为是静压能，值相等
（２）静压特点
a.无论静止的空气还是流动的空气都具有静压力；
b.风流中任一点的静压各向同值，且垂直于作用面；
c.风流静压的大小（可以用仪表测量）反映了单位体积风流所具有
的能够对外作功的静压能的多少。如说风流的压力为101332Pa，则指
通风安全学第二矿井空气流动的基本理论
应综合考虑矿井通风需求、通风网络阻力、地形地貌、气候条件等因 素，选择适合的通风机类型和型号。
矿井通风设备的维护与管理
日常维护
定期检修
包括检查通风机的运转情况、轴承温度、 润滑情况等，确保通风机正常运转。
根据使用情况和厂家推荐的检修周期，对 通风机进行全面的检查和维修。
运行管理
人员培训
建立完善的运行管理制度，对通风机的运 行参数进行监测和记录，及时发现和处理 异常情况。
矿井风流流动的压力与阻力
压力分布
风流在流动过程中，由于受到各种阻力作用，压 力会发生变化。
阻力损失
风流在流动过程中，由于受到各种阻碍作用，会 损失一部分能量。
阻力系数
表示风流受到阻碍作用的大小，与风流流动的介 质、流速、管道等因素有关。
矿井风流流动的能量平衡与转换
能量守恒
风流在流动过程中，能量 不会凭空产生或消失，只 会从一种形式转换为另一 种形式。
矿井风流流动的阻力
摩擦阻力
风流在流动过程中与巷道壁面摩擦产生的阻力。
局部阻力
风流经过巷道转弯、变径等局部区域时产生的阻力。
风流自身的黏滞性阻力
风流自身的黏滞性导致的阻力。
矿井风流流动的动力与阻力的平衡
01
当矿井风流流动的动力大于阻力 时，风流会顺畅流动；反之，风 流则会产生紊乱、停滞或逆流。
02
压力
矿井内空气压力随深度增加而增大， 一般比地面低10%-20%。
流速
矿井内空气流速较低，一般在0.10.3米/秒之间。
矿井空气中有害气体
一氧化碳
是矿井中最常见的有毒气体之 一，主要来源于煤的燃烧和有
机物的氧化。
硫化氢
矿井空气流动的基本理论能量方程在矿井通风中的应用
∴ 通风机全压是用以克服风道通风阻力和出口动能损失。
第四讲 能量方程在矿井通风中的应用
通风机静压 通风机用于克服风道阻力的那一部分能量叫通风机的静压Hs。 Hs = hR1～11
(4-8)
通风机全压与静压关系 Ht= Hs＋hv11
(4-9)
通风机的全压等于通风机的静压和出口动能损失之和。
第二章 矿井空气流动的基本理论
第四讲 能量方程在矿井通风中的应用
第四讲 能量方程在矿井通风中的应用
一、能量（压力）坡度线的作法 通风能量(压力)坡度线是对能量方程的图形描述。从图形上比较 直观地反映了空气在流动过程中能量(压力)沿程的变化规律、通 风能量(压力)和通风阻力之间的相互关系以及相互转换。
即：入口至任意断面i的通风阻力（hR1～i）就等于该断面的相对 全压（hti）的绝对值。 压入段 求任意断面i至出口的通风阻力：
hRi~11 hti ht10 hti hv11 (h11 0) (4-3)
即：压入段任意断面i至出口的通风阻力（hRi～11）等于该断面
的相对全压（hti）减去出口断面的动压（hv11）。
(4-6)
第四讲 能量方程在矿井通风中的应用
通风机全压Ht与风道通风阻力、出口动能损失的关系 由能量方程和能量（压力）坡度线可以看出：
hR6～11 = Pt7－Pt11
hR1～6 = Pt1－Pt6
∴
∴
Pt7 = hR7～11＋Pt11，
Pt6 = Pt1－hR1～6，
Ht = Pt7－Pt6 = hR7～11＋Pt11－（Pt1－hR1～6） =hR7～11＋P1＋hv11－（P1－hR1～6）=hR7～11＋hv11＋hR1～6 Ht= hR1～11＋hv11
第二章 矿井空气流动基本理论
第二章 矿井空气流动基本理论 第一节 空气的主要物理参数 一、温度温度是描述物体冷热状态的物理量。
温度是矿井表征气候条件的主要参数之一。
目前温度多用两种温标：摄氏温标（实用温标）和开氏温标（绝对温标 ）二、压力(压强)空气的压力也称为空气的静压，用符号P 表示。
压强在矿井通风中习惯称为压力。
它是空气分子热运动对器壁碰撞的宏观表现。
其大小取决于在重力场中的位置（相对高度）、空气温度、湿度（相对湿度）和气体成分等参数。
空气分子不规则热运动的的总动能的三分之二转化为能对外做功的机械能 三、密度、比容空气和其它物质一样具有质量。
空气的密度：单位体积空气所具有的质量，用 符号表示。
湿空气的密度是1m3空气中所含干空气质量和水蒸汽质量之和由气体状态方程和道尔顿分压定律可以得出湿空气的密度计算公式：P －空气的压力，Pa ；t －空气的温度，℃；Ps －温度t 时饱和水蒸汽的分压，Pa ； ϕ－相对湿度，用小数表示空气的比容是指单位质量空气所占有的体积，用符号v(m3/kg)表示，比容和密度互为倒数 四、粘性粘性：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)以阻止相对运动的性质。
F －内摩擦力，N ；S －流层之间的接触面积，m2； μ－动力粘度（或称绝对粘度），Pa.s 。
气体的粘性随温度升高而增大；液体随温度升高而减小 五、湿度空气的湿度表示空气中所含水蒸汽量的多少或潮湿程度，表示空气湿度的方法有绝对湿度、相对湿度和含湿量三种。
1.绝对湿度每立方米空气中所含水蒸汽的质量叫空气的绝对湿度 2.相对湿度（ϕ）单位体积空气中实际含有的水蒸汽量（ρV ）与其同温度下的饱和水蒸汽含量（ρS ）之比称为空气的相对湿度3.含湿量（d ，kg/kg （d.a)）)21(322mv n P =)p P 378.01(t +273p003484.0s ϕρ-=dydusF .μ=t T +=15.273含有1kg 干空气的湿空气中所含水蒸汽的质量（kg ）称为空气的含湿量 六、焓第二节 风流的能量与压力 一、风流的能量与压力 1.静压能－静压1)静压能与静压的概念静压能：由分子热运动产生的分子动能的一部分转化的能够对外作功的机械能，用EP 表示（J/m3）。
- 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)。
P T
(1
0.378P sat P
)
式中： P为大气压，Ｐsat为饱和水蒸汽压，单位： mmHg。 注意：Ｐ和Ｐsat 单位一致。 空气比容：
V 1 M
13
Hale Waihona Puke 2.2 风流能量与压力2矿井空气流动基 本理论 2.1空气主要物理 参数 2.2风流能量与压 力 2.3矿井通风中的 能量方程 2.4能量方程在矿 井通风中的应用
3
2.1 空气主要物理参数
一、温度
2矿井空气流动基 本理论 2.1空气主要物理 参数 2.2风流能量与压 力 2.3矿井通风中的 能量方程 2.4能量方程在矿 井通风中的应用 的主要参数之一，热力学绝对温标的单位K。
Ventilation and Safety of Mines
温度是描述物体冷热状态的物理量。矿井表示气候条件
Ventilation and Safety of Mines
能量与压力是通风工程中两个重要的基本概念，压力可 以理解为：单位体积空气所具有的能够对外作功的机械能。 一、风流的能量与压力 ㈠静压能－静压 ⒈静压能与静压的概念 由分子热运动产生的分子动能的一部分转化的能够对外 作功的机械能叫静压能，J／m3，在矿井通风中，压力的概念 与物理学中的压强相同，即单位面积上受到的垂直作用力。 静压Pa=N/m2也可称为是静压能，二者数值相等
二、压力（压强）
空气的压力也称为空气的静压，用符号P表示。压强在矿 井通风中习惯称为压力。它是空气分子热运动对器壁碰撞的
宏观表现。P=2/3n(1/2mv2)
矿井常用压强单位：Pa atm 等。 换算关系：１atm=760mmHg=1013.25mmbar=101325Pa Mpa mmHg mmH20 mmbar bar
2矿井空气流动基 本理论 2.1空气主要物理 参数 2.2风流能量与压 力 2.3矿井通风中的 能量方程 2.4能量方程在矿 井通风中的应用
Ventilation and Safety of Mines
F S
du dy
式中：μ—比例系数，代表空气粘性，称为动 力粘性或绝对粘度。其国际单位：帕.秒，写作： Pa.S。 运动粘度为:
温度是影响流体粘性主要因素，气体随温度升 高而增大，液体而降低
11
2.1 空气主要物理参数
六、密度
2矿井空气流动基 本理论 2.1空气主要物理 参数 2.2风流能量与压 力 2.3矿井通风中的 能量方程 2.4能量方程在矿 井通风中的应用
Ventilation and Safety of Mines
１
a dzi b
２
z12
E P012 gdZi
2 i
1
, J / m3
18
2.2 风流能量与压力
⒊位能与静压的关系 当空气静止时（v=0），由空气静力 2矿井空气流动基 本理论 2.1空气主要物理 参数 2.2风流能量与压 力 2.3矿井通风中的 能量方程 2.4能量方程在矿 井通风中的应用 学可知：各断面的机械能相等。
饱和空气：在一定的温度和压力下，单位体积空气所能容纳水
蒸汽量是有极限的，超过这一极限值，多余的水蒸汽就会凝结出来。 这种含有极限值水蒸汽的湿空气叫饱和空气，这时水蒸气分压力叫 饱和水蒸分压力PS，其所含的水蒸汽量叫饱和湿度s。
5
2.1 空气主要物理参数
2矿井空气流动基 本理论 2.1空气主要物理 参数 2.2风流能量与压 力 2.3矿井通风中的 能量方程 2.4能量方程在矿 井通风中的应用
Ventilation and Safety of Mines
２、相对湿度 单位体积空气中实际含有的水蒸汽量（V）与 其同温度下的饱和水蒸汽含量（S）之比称为空气 的相对湿度。 φ＝ V／ S 反映空气中所含水蒸汽量接近饱和的程度。 Φ愈小 空气愈干爆， Φ ＝０ 为干空气；
Φ愈大
空气愈潮湿， Φ ＝１为饱和空气。
Ventilation and Safety of Mines
⒊压力的两种测算基准（表示方法） 根据压力的测算基准不同，压力可分为：
绝对压力和相对压力。
A、绝对压力：以真空为测算零点（比较基准） 而测得的压力称之为绝对压力，用 P 表示。 B、相对压力：以当时当地同标高的大气压力为 测算基准(零点)测得的压力称之为相对压力，通
温度下降，其相对湿度增大，冷却到φ=1时的 温度称为露点。
6
2.1 空气主要物理参数
2矿井空气流动基 本理论 2.1空气主要物理 参数 2.2风流能量与压 力 2.3矿井通风中的 能量方程 2.4能量方程在矿 井通风中的应用
Ventilation and Safety of Mines
例如：甲地：t = 18 ℃， V ＝0.0107 Kg/m3 乙地：t = 30 ℃， V ＝0.0154 Kg/m3 解：查附表 当t为18 ℃， s ＝0.0154 Kg/m3 当t为30 ℃， s ＝0.03037 Kg/m3 ∴ 甲地：φ＝ V／ S＝0.7 ＝70 % 乙地：φ＝ V／ S＝0.51＝51 %
Ventilation and Safety of Mines
上一章我们已经解决的问题： 1.我们需要什么样的空气？ 2.矿井中哪些气体有害？他们是从哪儿来的？ 对他 们的控制要求是什么？ 3.如何评价矿井气候条件？ 本章需要解决的问题： 1.描述空气流动用到哪些参数？ 2.空气流动的内在原因是什么？ 3.如何描述空气流动的基本规律？ 4.这些基本规律如何指导矿井通风？
Ventilation and Safety of Mines
四、焓 焓是一个复合的状态参数，它是内 能u和压力功PV之和，焓也称热焓。 i=id+d•iV=1.0045t+d(2501+1.85t) 实际应用焓-湿图（i-d图）
9
2.1 空气主要物理参数
2矿井空气流动基 本理论 2.1空气主要物理 参数 2.2风流能量与压 力 2.3矿井通风中的 能量方程 2.4能量方程在矿 井通风中的应用
必修课程
矿井通风与安全
Ventilation and Safety of Mines
第二章
矿井空气流动的基本理论
主讲教师：王洪粱
黑龙江科技大学 2013.8
1
温故而知新
2矿井空气流动基 本理论 2.1空气主要物理 参数 2.2风流能量与压 力 2.3矿井通风中的 能量方程 2.4能量方程在矿 井通风中的应用
(见P396)
１mmbar = 100 Pa = 10.2 mmH 20, １mmHg = 13.6mmH20 = 133.32 Pa
4
2.1 空气主要物理参数
三、湿度
2矿井空气流动基 本理论 2.1空气主要物理 参数 2.2风流能量与压 力 2.3矿井通风中的 能量方程 2.4能量方程在矿 井通风中的应用
c.风流静压的大小（可以用仪表测量）反映了单位体积
风流所具有的能够对外作功的静压能的多少。如说风流的压
力为101332Pa，则指风流1m3具有101332J的静压能。
15
2.2 风流能量与压力
2矿井空气流动基 本理论 2.1空气主要物理 参数 2.2风流能量与压 力 2.3矿井通风中的 能量方程 2.4能量方程在矿 井通风中的应用
2
本章主要内容
2矿井空气流动基 本理论 2.1空气主要物理 参数 2.2风流能量与压 力 2.3矿井通风中的 能量方程 2.4能量方程在矿 井通风中的应用
Ventilation and Safety of Mines
1、空气的物理参数----T、P、Φ、μ、ρ 2、风流的能量与点压力----静压，静压能；动 压、动能；位能；全压；抽出式和压入式相对 静压、相对全压与动压的关系。 3、能量方程 连续性方程、单位质量能量方程、单位体积能 量方程 4、能量方程在矿井中的应用----边界条件、压 力坡度图
)
式中：P为大气压，Ｐsat为饱和水蒸汽压，单位：Pa；
12
2.1 空气主要物理参数
六、密度
2矿井空气流动基 本理论 2.1空气主要物理 参数 2.2风流能量与压 力 2.3矿井通风中的 能量方程 2.4能量方程在矿 井通风中的应用
Ventilation and Safety of Mines
0.46457
Ventilation and Safety of Mines
１
１
1-1断面的总机械能
2-2断面的总机械能
E1=EPO1+P1
E2=EPO2+P2
a dzi b
２
由E1=E2得： EPO1+P1=EPO2+P2 ∵EPO2=0（2-2断面为基准面） 又EPO1=12.g.Z12， ∴P2=EPO1+P1=12.g.Z12+P1
３、含湿量 含有1kg干空气的湿空气中所含 水蒸汽的质量（kg）称为空气的含湿 量。 d= V／d V=φPs/461T d=(P-φPs)/287T d=0.622φPs/(P-φPs)
8
2.1 空气主要物理参数
2矿井空气流动基 本理论 2.1空气主要物理 参数 2.2风流能量与压 力 2.3矿井通风中的 能量方程 2.4能量方程在矿 井通风中的应用
乙地的绝对湿度大于甲地，但甲地的相对湿度
大于乙地，故乙地的空气吸湿能力强。 上例 甲地、乙地的露点分别为多少？
7
2.1 空气主要物理参数
2矿井空气流动基 本理论 2.1空气主要物理 参数 2.2风流能量与压 力 2.3矿井通风中的 能量方程 2.4能量方程在矿 井通风中的应用
Ventilation and Safety of Mines
。
a P P0 Pa
P0
b
ha(+)