第2章 矿内风流的基本性质
矿井通风与安全
《矿井通风与安全》教学大纲课程名称：矿井通风与安全开课学期：第4学期课程类型：专业课学时：60适用专业：矿山机电先修课程：《工程力学》、《机械设计基础》、《机械制图》、《煤矿电工学》、《液压与气压传动》和《采煤方法》。
一、课程的性质、目的与任务本门课程是采矿工程专业的专业基础课，了解矿井通风与安全的基本概念和基本原理，掌握矿井通风设计方法、矿井安全管理及治理措施。
针对地下开采的生产矿井，为确保井下工人的安全生产、生存的需要，必须向井下输送新鲜空气，以达到：保证工人长期在井下工作身体健康，排除冲淡井下有害气体，创造良好的工作环境的目的。
课程主要讲述，空气在井下的流动的基本规律，矿井通风动力，井巷通风阻力，通风设备的选用等。
同时根据井下生产需要，了解矿山安全及其防治的基本知识，掌握矿井通风系统及网路的设计，矿井风量分配的计算方法，专业出现的新成就，以具备从事地下开采通风管理以及科学研究的能力。
二、课程的内容及学时分配教学环节课时安排讲课习题课讨论课实验课上机其它合计40 8 12 60 第一部分绪论、矿内大气（建议学时数：4学时）【目的要求】使学生了解安全生产方针、矿井通风的概念、基本任务；掌握矿井井下各种有毒有害气体的来源、最高容许浓度和创造良好气候条件的方法。
【教学内容】1、党的安全生产方针。
矿井通风与安全对保护矿工安全、健康和提高劳动生产率的重要作用。
建国以来，我国冶金矿山与煤矿通风与安全工作的主要成就。
矿井通风与安全的基本任务；2、井下空气中有毒气体来源、性质及其对人体的危害。
有毒气体的最高允许浓度。
有毒气体的检定方法。
井下放射性气体的来源，性质及其对人体的危害。
放射性气体的最高允许浓度、矿内气候条件、矿内空气的温度、湿度、矿内气候条件对人体的作用，舒适气候条件的标定。
【重点难点】了解矿井通风与安全对保护矿工安全、健康和提高劳动生产率的重要作用；掌握井下放射性气体的来源，性质及其对人体的危害；重点掌握矿井井下有毒有害气体的来源、最高容许浓度和创造良好气候条件的方法以及有毒气体的检定方法。
矿井通风与安全课程设计
矿井通风与安全课程设计一、课程目标知识目标：1. 掌握矿井通风的基本原理，理解通风系统对矿井安全的重要性。
2. 学会分析矿井通风系统中的常见问题，如风量不足、风向逆流等，并掌握相应的解决方法。
3. 了解矿井安全生产的相关法律法规，明确矿井安全管理的要点。
技能目标：1. 能够运用矿井通风原理，设计简单的通风系统，提高矿井空气质量。
2. 培养解决矿井通风安全问题的实际操作能力，进行通风设施的检查和维护。
3. 能够运用所学知识，对矿井安全事故进行初步分析和判断，提高安全防范意识。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对矿井安全生产的责任感和使命感，树立安全意识。
2. 激发学生学习矿井通风与安全相关知识的兴趣，培养自主学习能力。
3. 增强团队合作意识，培养在矿井安全生产中与他人沟通、协作的能力。
课程性质分析：本课程为矿井通风与安全的专业课程，旨在帮助学生掌握矿井通风的基本原理和实际操作技能，提高矿井安全生产水平。
学生特点分析：学生为高中年级学生，具有一定的物理基础和逻辑思维能力，对实际操作和矿井安全有一定的兴趣。
教学要求：1. 结合课本内容，注重理论知识与实践操作的结合，提高学生的实际操作能力。
2. 创设情境教学，激发学生学习兴趣，引导学生主动参与矿井通风与安全的实践探索。
3. 注重培养学生安全意识，将安全知识内化为学生的自觉行动。
二、教学内容1. 矿井通风原理：包括风流的基本特性、通风动力与阻力、通风方式及通风网络。
2. 矿井通风系统设计：通风系统的构成、设计原则、通风设施布置及风量调节。
3. 矿井通风系统常见问题及解决方法：分析风量不足、风向逆流等问题的原因，介绍相应的解决措施。
4. 矿井安全生产法律法规：解读矿井安全生产的相关法律法规，如矿山安全法、煤矿安全规程等。
5. 矿井安全管理：矿井安全管理体系、安全检查与隐患排查、事故应急预案及事故处理。
教学大纲安排：第一周：矿井通风原理及通风方式第二周：矿井通风系统设计及通风设施布置第三周：矿井通风系统常见问题及解决方法第四周：矿井安全生产法律法规及安全管理教材章节及内容：第一章 矿井通风基本原理第二章 矿井通风系统设计第三章 矿井通风系统问题及解决方法第四章 矿井安全生产法律法规第五章 矿井安全管理教学内容科学性和系统性保证：1. 紧密结合课本，确保所选内容的科学性和系统性。
矿井通风与除尘(蒋仲安版) 2 矿内空气动力学
1
主要内容：
2.1 矿内风流的基本性质 2.2 矿内风流能量及能量方程 2.3 能量方程在矿井通风中的应用
2
要求：
（1）了解矿内风流的基本性质
（2）掌握矿内空气压力的概念及其测定 方法。 （3）掌握矿内风流能量及能量方程中各 项的物理意义。
（4）熟悉能量方程在矿井通风中的应用
36
小结 （3）抽出式通风
抽出式通风时，通风机在风硐中所造成的静压（绝对 值）与动压之和，加上自然风压的共同作用，克服矿 井通风阻力，并在风硐内造成动压损失。
通风机的有效静压等于通风机在风硐中所造成的静压 与风硐中风流的动压之差，或者等于通风机的全压与 扩散器出口动压之差。 扩散器的作用是降低通风机出口的动压损失，提高通 风机的静压和通风机的效率。
11
目前常用的空气压力测量仪有:
12
2.2 矿内风流能量及能量方程
2.2.1 矿内风流能量
质量守恒
Q1 Q2 S1v1 S 2 v2
2.2.2 不可压缩能量方程
1 1 2 2 ( p1 p 2 ) ( v1 v 2 ) ( gz1 gz 2 ) h1 2 2 2
VdP
2 2
1
1
dP
V—比容，m3/kg
16
2.2.3 可压缩流体能量方程
（2）单位体积流体的能量方程 每m3空气的能量损失等于两断面间 的机械能差：
2 1 v12 v2 hR P1 P2 ( ) m gdZ 2 2 2
17
2.2.4 有分支风路的能量方程
（1）单位质量流体的能量方程 流动中的每m3空气所具有的机械 能为压能、动能、位能之和
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。
主扇风机操作工
主扇风机操作工第一章通风机的基本理论第一节风流的基本性质一、大气压力在地球的表面，空气中流动产生的的气流就是风。
由于各地海拔高度、温度和湿度的不同，形成了有的地方气压高，有的地方气压低。
空气是从气压高的地方流向气压低的地方，气压的高低差就是引起空气流动的原因。
这种空气流动的现象就是风流。
在一条水平巷道的两端，若空气压力不同，就会产生风流。
但是在倾斜垂直巷道的两端，由于空气具有不同的能量，仅用空气的压力大小说明风流的运动方向就不够确切。
而矿井空气流动是从能量大的一端流向能量小的一端，这就是风流运动的必要条件。
矿井通风是借助于通风机压力驱动空气流动，供给井下通风空间足够的风量。
单位体积空气所具有的质量称为空气的密度。
当温度为20℃、相对湿度50%、绝对压力为760毫米汞柱、重力加速度为9.807密/秒2时，干燥空气的状态称为大气的标准状态。
在标准大气状态下空气的密度为1.293公斤/米3，也就是说每一立方米空气的重量在标准状态下只有1.293公斤，他对地面产生的压力叫做大气压力。
二、矿井通风压力1、矿井风流的点压力（1）静压。
空气的静压是气体分子间的点压力或气体分子对容器壁所施加的点压力。
所以，空气中某一点的静压在各个方向都相等。
静压有绝对静压与相对静压之分。
绝对静压是以真空状态为零点计算的压力，某点绝对静压的值，就是该点空气压力的真实值，因为绝对静压总是一个大于零的值。
矿井通风中所说的空气压力都是的是压强，即单位面积上的压力。
矿井通风中常使用的静压一般是相对压力，就是以当地大气压为计算基准的静压差。
这个差值往往是由于通风机械或某种自然力所造成的。
因而，相对静压所表示的不是该点压力的真实大小，而是该点的真是压力与当地同一标高大气压力之差，所以其值可为正，亦可为负。
（2）动压。
空气流动时，施加于与风流垂直的平面上的压力除静压外，还有动压。
动压的大小与风流的运动速度有关。
只有运动的风流才有动压，静止的空气没有动压，并且动压永远是大于零的值。
第二章 矿井风流的基本特性
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
a P0
P0 ha(+)
b
Pa Pb
hb(-) 真空
二、风流中两点间的压力差
1、水平等断面风流
A点的风流的全压为 ，B点的风流的全压为 。
当A点的全压大于B点，则风流由A向B。它们之间的差值如下式：
第二章
矿井风流的基本特性
在一条凤道中的两点空气能量不同，空气必然从能量高的地点流向能量低的地点，从而形成凤流。这
说明空气流动必须具备两个条件:一是有通路，一是能量不同。空气本身能量的变化是造成风流流动的根
本原因。为了掌握空气运动的规律，首先应了解有关空气压力的一些问题。
第一 节
一、空气的密度
矿井空气的密度及其计算
P0
＋ ht － hi z
i
hv
0.46457
P T
(1
0.378P sat P
)
kg/m3
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/M=1/
二、空气压力及其单位 单位体积空气包围着地球的大气，受地心吸引力的作用，对其底部单位面积上所具 有的重力称为大气压力，也称为气压。所以大气压力是一个压强的概念。 由于气压随海拔高而变，所以空气的密度也随海拔高而改变。
单位体积空气所具有的质量称为空气的密度， 与压力、温度、湿度等有关。湿空气密度为
干空气密度和水蒸汽密度之和，即：
d . a v
0.378P sat P
根据气体状态方程，可推出空气密度计算公式：
0.003484
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/
2风流基本性质
皮 托 管
Pitot Tube
1 内管；2 外管；3 侧孔；4 前孔
2016/4/17 13
不同通风方式的压力关系示意图
Diagram of Pressure Relationship with Different Ventilation Method
Hv Hs
Ht
Pa
Pt Ps Pt 真空
2016/4/17
7
绝对压力、相对压力和大气压力的关系
the Relationship among Absolute, Relative Pressure and atmosphere
a
Pa Hs(a)(+)
b
Pa
Ps(a)
Ps(b)
Hs(b)(-)
真空
2016/4/17
8
动
压
Velocity Pressure
3
3.1 前言
矿内风流的基本性质
the Basic Properties of Airflow in Mine
3.2 矿内空气的密度及计算 3.3 矿内空气压力及测定 3.4 矿内风流的流动（运动）状态 3.5 矿内风流的流速及测定 3.6 矿定
Air Pressure and Its Measure
3.3.1 空气压力 1 空气静压（静压强）
2 动压
3 全压
4 空气压力的单位
3.3.2 矿内空气压力的测定
2016/4/17 4
3.3.1
空 气 压 力
Air Pressure
单位体积空气包围着地球的大气，受地心 吸引力的作用，对其底部单位面积上所具 有的重力称为大气压力，也称为气压。所 以大气压力是一个压强的概念。
2_矿内空气动力学基础
(Hs
1v12
2
)
Hn
h1、2
2v22
2
式中 Hs=P1-P2——通风机在风硐中所造成 的相对静压；
Hn——自然风压，Pa
由于通风机入口外P0，风速等于0，忽略这段巷道的 阻力不计时，其能量方程式为：
Hf
Hs
1v12
2
Hf——通风机全压，Pa。
能量方程为：
Hf
Hn
h1、2
2v22
2
此式表明，通风机全压与自然风压共同作用，克服了
va 0 z1 z2 0
pa pb p0
通风机出风口断面2到排风井口断面b之间的能量方程式
h2 b p2 p0 2v22 bvb2 / 2 b gzb
ha 1 ( p0 p1) a gza 1v12 / 2
(1)、(2)相加有：H f
Hn
ha、b
bvb2
2
其中， Hn a za g b zb g(矿井自然风压)
复习思考题
2-1 何谓空气的静压，它是怎样产生的？说明其物理意义和 单位。
2-2 何谓空气的重力位能？说明其物理意义和单位。 2-3 简述绝对压力和相对压力的概念。为什么在正压通风中
断面上某点的相对全压大于相对静压，而在负压通风中 断面某点的相对全压小于相对静压？ 2-4 试述能量方程中各项的物理意义。 2-5 分别叙述在单位质量和单位体积流体能量方程中，风流 的状态变化过程是怎样反映的？
2-8 用压差计和皮托管测得风筒内一点的相对全压为300Pa，相对 静压为240 Pa，已知空气密度为1.2kg/m3，试求A点的风流速度， 并判断通风方式。
树立质量法制观念、提高全员质量意 识。20. 12.1820 .12.18Friday , December 18, 2020
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
华北理工矿井通风与安全教案第2章 矿井风流的能量及变化规律
元流断面上各点流速均为ω其方向与断面垂直，在dA时间内，通过的流体体积为ω.dS.dt即单位时间内通过的流体体积：（ω.dS.dt）/dt即是流量dQ 即：dQ=ω.dS总流的流量就是无数元流流量的总和：Q=∫dQ=∫sds m3/s断面的平均流速用 V表示，则V=Q/s3、连续方程对总流来说，单位时间内流过巷道各断面的空气质量不变，即：ρ1V1S1=ρ2V2S2m3/s （2-3）若把矿井空气看成是不可压缩流体，即ρ1=ρ2=常数，则有V1S1 =V2S m3/s二、稳定元流的能量方程矿井风流沿井巷流动中，不仅与外界有功的传递还有热量的交换，因此应用热力学第一定律（能量守恒）来分析任一元流断的能量关系。
如图2-3所示：在稳定流管1和2量各断面间的元流体称为元流段设：从元流段1-2以动到1`-2`时有dQ`（热量）流入，元流段能量发生了变化，外界必有一个与其数值相等的能量变化。
能量平衡式为：元流段增加的能量=加给元流段的热量+外界对元流所作的功-克服阻力所作的功1、元流段增加的能量任何物质的本身都具有能量，它包括：内能，动能，位能。
单位质量流体所具有的能量用e表示，则e=u+w2/2+gz J/kg （2-4）从图可以看出，元流段移动前后气体本身所增加的能量等于2-2`段的能量e2dm与1-1段的1-1段的e1dm之差，即：（e2-e1）dm （2-5）因为1-1，2-2相距甚微，可把e1，e2看作是1，2断面上单位质量气体的能量，dm为位移段气体质量。
2、矿井主扇所产生的压差的影响3、其它原因的影响二、风流动能修正系数单位时间流过断面S 的流体总动能∫s （w 2/2）ρdQ 。
不等于用该断面上平均流速V 计算出来的功能。
（V 2/2）ρQ ，必须用一个修正系数α去乘计算的功能才等于实际的功能，即Q dQ s ανρωρ⎰=222 （2-15） 式中dQ 、Q —分别为通过元流断面和总流段面的流量。
矿井风流基本性质
风流速度
01
风流速度是矿井风流运动的重要参数
03
风流速度可以通过测量仪器进行测量
02
风流速度的大小和方向对矿井安全生产具有重要影响
04
风流速度的变化会影响矿井通风系统的效率和稳定性
风流压力
风流压力是矿井风流运动的主要动力
01
风流压力与矿井深度、矿井温度、矿井湿度等因素有关
STEP2
STEP1
粉尘浓度是衡量矿井风流安全的重要指标
粉尘浓度过高可能导致矿工患上尘肺病等职业病
矿井风流中粉尘浓度的监测和治理是保障矿工安全的重要措施
降低粉尘浓度的方法包括采用湿式作业、加强通风、使用除尘设备等
通风系统
通风方式：自然通风、机械通风、混合通风
通风设施：风门、风桥、风筒、风窗等
通风网络：主通风系统、辅助通风系统、局部通风系统
02
风流压力的大小直接影响矿井的安全生产
03
矿井风流压力的监测和控制是矿井安全生产的重要环节
04
瓦斯浓度
瓦斯浓度是矿井风流安全的重要指标
1
瓦斯浓度过高可能导致爆炸、火灾等事故
2
矿井风流中瓦斯浓度的监测和预警是保障安全的关键
3
控制瓦斯浓度的方法包括通风、抽放、监测等
4
粉尘浓度
STEP4
STEP3
通风管理：监测、控制、调整通风参数，确保矿井风流安全
密度：矿井风流的密度与压力、温度和湿度等因素有关
02
压力和密度的关系：压力和密度之间存在一定的关系，可以通过公式进行计算
压力和密度的影响：压力和密度对矿井风流的流动、通风和散热等方面具有重要影响
04
风流方向
2矿井风流的基本性质
• 它由一个较大断面的容器A与一个小断面 的倾斜管B相互连通而构成，A与B断面 积的比例 一般为250~300，其中充有适量 的酒精。为便于读数，酒精中注入微量 的硫酸和甲基橙使之染色。
➢ 在我国法定计量单位(亦即国际单位制)中以帕斯卡作为压强单 位，简称帕，以Pa表示。它的物理意义是每平方米面积所承受多 少牛顿(N)的压力。
➢ 工程上还常用标准大气压。1个标准大气压=760mm水银柱 =10336mm水柱=101.3kPa.
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、相对温度和饱和湿度三种
水银气压计
1—水银柱表面； 2 —指针； 3 —玻璃管； 4 —螺钉； 5 —水银池； 6 —游标旋钮
(2)空盒气压计
• 如图所示，它由一个皱纹状金属空盒与 联接在盒上带指针的传动机构所构成。
• 其测压原理是，由于盒内抽成真空（实 际上还有少许余压），当大气压力作用 于盒面上时，盒面被压缩，并带动传动 杠杆使指针转动，根据指针转动的幅度 即可获得大气压力数值。
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（g/ m3）。 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 。 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
(4)皮托管
• 测量压差时，常用到皮托管，它与压差计相配合使用 ，主要作用是接收和传递风流压力。
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
矿井风流的基本性质
矿井风流的基本性质矿井风流是指因矿井采矿工作而产生的气流流动现象，是矿井安全生产和采矿效率的重要因素之一。
矿井风流具备以下基本性质：1. 矿井风流形成与运动矿井风流的形成，主要是由于采矿工作所产生的空气变化引起。
一般情况下，采矿工作中会产生大量的煤炭粉尘、有害气体等，这些物质的排放会导致矿井内部的空气变化，进而产生气流。
同时，矿井风流的形成也受到自然气象因素的影响，例如大气气压、温度、湿度、风速等因素都会对矿井风流的形成和运动产生影响。
矿井风流具有大气环流系统的特点，即由自然驱动力、地形影响以及气体密度差等因素共同作用所形成。
在不同的季节、天气条件下，矿井风流的形态和参数也会有很大的差异。
同时，在煤矿采煤工作中，由于矿井内外压力、湿度、温度等因素的变化以及煤体损伤等因素的影响，也会导致矿井风流的形态和参数不断变化。
2. 矿井风流对采煤工作的影响矿井风流是煤矿生产中的一个重要因素，它对煤矿开采的影响主要包括以下几个方面：2.1 采煤区域的通风和排风在煤矿开采中，通风是维护矿井内部空气质量的重要手段。
矿井风流的存在，可以促进矿井内部空气的流动，帮助煤矿内部排出有害气体及煤尘等物质，从而维持矿井内部的空气质量。
同时，矿井风流的存在还能够促进煤炭的自然氧化，减缓煤炭的褪色和老化。
2.2 矿井内部的温度和湿度矿井风流的存在，会影响矿井内部的温度和湿度。
矿井风流的流动会带走空气中的水分，并导致空气流速增加，从而降低矿井内部的温度和湿度。
这对矿井采矿的工作环境和作业效率都会造成一定的影响。
因此，在采矿工作中，需要合理调节矿井通风系统，确保矿井内部的温度和湿度在合理范围内。
2.3 采煤安全矿井风流的存在，对采煤安全有着重要的影响。
一方面，矿井风流的流动可以带走煤尘和有害气体，避免煤尘爆炸和有毒有害气体积聚的风险。
另一方面，矿井风流的存在也会对矿井的支护和采煤机械的稳定性产生影响，因此在采煤过程中需要针对不同的风流条件，采取相应的安全措施。
第2章矿内空气动力学基础.
第二章 矿内空气动力学基础本章根据热力学第一定律，结合矿井风流的特点分析矿井风流的能量变化规律，为以后章节提供理论依据。
第一节 流体的概念流体是一种分子可以自由相对运动的物质，而固体如果在没有温度和压力破坏条件的情况下，分子的相对位置是固定不变的。
这是流体和固体的区别。
流体又可细分为液体和气体。
理想流体：既没有内摩擦又没有压缩性的流体，叫做理想流体。
流体的流动实际上是由于压力或密度不同而形成的，要想得到持续的流动，就必须给流体施加外力，使其有一定的压力差，因此在矿井通风中安有通风机，这样就可以对进口井筒和出口井筒形成压力差，从而维持持续流动，进口井筒和出口井筒密度不同也是空气流动的一个原因。
下面是一些描写流体的术语：（1）稳定流动：如果流体在某一点的速度、压力、密度和温度不随时间而变化称为稳定流动（或定常流）。
如果这些量随时间而变化称为不稳定流动。
在矿井里，由于井巷特征、岩壁温度、通风机风压和矿井供风量等在某一时期内变化不大；矿井正常通风期间，风门的开启、提升设备的升降对局部风流产生瞬时扰动的影响也不大。
因此，可以把矿井风流近似地视为一维稳定流。
但是井下一旦发生煤尘、瓦斯爆炸、火灾或煤（岩）与瓦斯突出等重大灾害时，矿井风流就变为不稳定。
（2）流线：同一时刻若干流体质点的速度方向形成的光滑曲线。
在稳定流动中，流线是不随时间而变化的，这种流动又叫层流。
在不稳定流中，流线是变化的。
这种流动又叫紊流。
图2-1-1 流线图（3）流管：在流场内作一本身不是流线又不相交的封闭曲线，通过这样的封闭曲线上各点的流线所构成的管状表面称为流管。
（4）流量：单位时间内流经某一规定表面的流体量称为给过该表面的流量。
流量可以用体积或质量来计量，因此流量又分为体积流量（m 3/s ）和质量流量（kg/s ）。
用q v 、q m 分别表示体积流量和质量流量。
则通过流管中有效截面的体积流量计算公式为uA vdA q Av ==⎰⎰式中 dA ---为微元面积；v ----是有效截面上各点的速度； u ---平均速度。
第二、三章 矿内风流的基本性质习题解析
第二章 矿内风流的基本性质1、在压入式通风的管道中，风流的相对静压在什么情况下能出现负值？在抽出式通风的管道中，相对静压能否出现正值？2、紊流扩散系数的概念是什么？3、已知大气压力为760毫米水银柱，空气温度t=27℃，求温空气密度为多少？4、某竖井井口大气压力为760毫米水银柱，若井筒中空气的平均重率γ=1.293公斤/米3，在无风流情况下，求－300米处大气压力为多少？5、用皮托管和U型管压差计测得某通风管道中压力的结果分别如图2-1所示。
问静压、动压及全压各为多少？并判断其通风方式。
6、某一段垂直通风管道如图2-2所示，管外2点标高处的大气压为P0=760毫米水银柱，压差计A测得的相对静压为68毫米水柱，问2点的大气压力为多少？又如1—2点间的标高差为30米，风流方向由1→2，压差计B放在管外1点所在标高处，求压差计B测得的读数为多少？7、某通风巷道断面S=4米2，v=0.15米/秒，空气温度是15℃。
试判断巷道内风流的运动状态；该巷道内风流在临界雷诺数时的速度为多大？图2-1 图2-28、有两梯形巷道，其几何形状完全相似，甲巷道断面为4米2，其风速为6米/秒，乙巷道断面为1米2，欲使两巷道中的风流达到动力相似，求乙巷道中的风速。
9、某矿井在标高为+400米处没量a—a断面相对静压hs=－226毫米水柱，如图2-3所示（风峒距地表很近），在下部平峒+253米A点处测量大气压力Pa=737毫米水银柱。
气温为t=25℃，求扇风机风峒内的绝对静压多大。
图2-3第三章 矿内风流运动的能量方程式1、非压缩性流体能量方程式为什么可以应用于矿内风流？应用时需考虑哪些问题？2、动能校正系数K值的意义是什么？3、主扇有效静压的含义是什么？4、在一段断面不相同的水平巷道中，用皮托管和压差计测得两断面间的静压差为6毫米水柱如图3-1所示。
断面Ⅰ处的平均风速为4米/秒，断面Ⅱ处的平均风速为8米/秒，空气的平均重率γ=1.20公斤/米3。
矿井风流的自然分配课件
THANKS
挑战与对策的实施效果评估
风流分配稳定性提高
通过优化通风网络和提升设备性能， 风流分配稳定性得到显著提高。
安全生产水平提升
经济效益提升
风流自然分配的优化和管理水平的提 升，有助于降低生产成本和提高经济 效益。
加强通风管理，降低矿井安全事故风 险，提高安全生产水平。
05
矿井风流自然分配的科研动 态
科研动态概述
风流在巷道中流动时，会根据巷 道的风阻大小自动分配风量，风 阻小的巷道风量大，风阻大的巷
道风量小。
自然分配的优缺点
优点
自然分配具有简单、可靠、经济等优点，适用于矿井开拓和采准巷道的风流分 配。
缺点
由于自然分配的风量分配比例取决于巷道的风阻，因此当矿井巷道较多、风阻 变化较大时，风流分配比例容易发生变化，导致某些巷道风量不足或风量过剩。
风流分配的优化方法
优化方法一
通过调整巷道断面和通风构筑物， 改善风流流动特性，提高风流分 配的均匀性和稳定性。
优化方法二
利用数值模拟和风流动态监测技 术，对风流分配进行实时监控和 调整，确保风流满足安全生产的 需求。
风流分配的未来展望
展望一
随着科技的不断进步，风流自然分配 技术将与人工智能、物联网等先进技 术相结合，进一步提高风流分配的智 能化和自动化水平。
展望二
未来风流分配技术将更加注重环境保 护和节能减排，努力实现绿色、低碳 的矿井通风。
04
矿井风流自然分配的挑战与 对策
风流自然分配面临的挑战
1 2
3
矿井通风网络复杂
矿井通风网络结构复杂，风流流动受多种因素影响，难以实 现自然分配。
通风设备性能差异
不同通风设备性能存在差异，影响风流流动的稳定性。
- 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)。
／m 3 ，
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 1000Pa ， 则指风流1m3具有1000J的静压能。
2014-1-12
2014-1-12
第2章 矿内风流的基本性质
P0
例题
b
如图抽出式通风风筒中某点 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。
外与i点同标高的P0i=101332Pa，求：
解：(1) Pi=P0i+hi=101332.5-1000=100332Pa (2) | hti | = | hi | － hvi ＝1000-150=850Pa hti ＝－850 Pa
本章的难点： 点压力之间的关系
2014-1-12
第2章 矿内风流的基本性质
第一节 矿内空气的密度及计算
一、密度
1 密度定义:单位体积空气所具有的质量称为空
气的密度.
M 3 , kg / m V
2014-1-12
第2章 矿内风流的基本性质
2 干空气密度
由气体状态方程可以得出任意状态下干空气 密度可由下式计算
2 位能计算
重力位能的计算应有一个参照基准面。 Ep012=∫ i gdzi 如下图 1－２两断面之间的位能差：
１
１
dzi
２ ２ ０ ０
2014-1-12
第2章 矿内风流的基本性质
3 位能与静压的关系
当空气静止时（v=0），由空气静力学可知：各断面的机械能相等。
设以2-2断面为基准面： 1-1断面的总机械能 2-2断面的总机械能 E1=EPO1+P1 E2=EPO2+P2
2014-1-12
第2章 矿内风流的基本性质
4 大气压力 大气压力是指地面静止空气的静压力， 他等于单位面积上空气柱的重力。
海拔高（米） 大气压（kPa）
0
100
200 98.9
300 97.7
500 95.4
1000 2000 89.8 79.7
101.3 100.1
2014-1-12
第2章 矿内风流的基本性质
2014-1-12
第2章 矿内风流的基本性质
2014-1-12
第2章 矿内风流的基本性质
2014-1-12
第2章 矿内风流的基本性质
2014-1-12
第2章 矿内风流的基本性质
C 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
a
P0 Pa
P0 ha(+) hb(-) Pb 真空
b
Pi 与 hi
比较：
I、绝对静压总是为正，而相对静压有正负之分； II、同一断面上各点风流的绝对静压随高度的变化而变化，而相对静压与高度无关。
T0 p 3 0 , kg m Tp0 代入具体条件： 0 1.293 kg m 3 T0 273K , p 0 101.3kPa p 则有： 3.48 , kg m 3 T
2014-1-12
第2章 矿内风流的基本性质
3 湿空气密度
湿空气密度为干空气密度和水蒸汽密度之和，根据气体状态方程，可推 出空气密度计算公式
5 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014-1-12
第2章 矿内风流的基本性质
二 比容
单位质量空气所占的体积：
V M 1
2014-1-12
第2章 矿内风流的基本性质
三、空气粘滞系数
du F s dy
为粘滞系数，F为内摩擦力，
s为面积， du dy 为流速梯度。
2014-1-12
第2章 矿内风流的基本性质
式中：P为大气压，ＰB为饱和水蒸汽压，单位：Pa； ψ 为相对湿度；Ｔ为空气绝对温度，T= t + 273 , K。
2014-1-12
p B p 3.48 1 0.378 T p
第2章 矿内风流的基本性质
湿空气密度经验计算公式
p 3 3.45 , kg / m T
说明：式中的压力单位都为kPa
a 压入式通风 P0 b 抽出式通风
第2章 矿内风流的基本性质
Pat P0 Pa
hv h (+) at
ha(+)
hb(-) Pb hv
hbt(-)
Pbt
真空
压入式通风 抽出式通风 2014-1-12
第2章 矿内风流的基本性质
例题
如 图 压 入 式 通 风 风 筒 中 某 点 i 的 hi=1000Pa ，
3.484 (1
P T
0.378Psat P
)
d .a v
p B为同温条件下饱和水蒸气压力
p干 p p B
2014-1-12
p p干 p水蒸气 p干 p B
第2章 矿内风流的基本性质
p p B p B M 又空气密度： V R干T R蒸T p R干T p R干T R干 p B pB 1 p R蒸 p p B p B 1 p 0.622 p
第2章 矿内风流的基本性质
三、动压(velocity pressures)
（1)动能与动压的概念 当空气流动时，除了位能和静压能外，还有空气定向运动的动能，用 Ev表示，J/m3；其动能所转化显现的压力叫动压或称速压，用符号hv 表示，单位Pa。 （2)动压的计算 单位体积空气所具有的动能为：
Evi ＝0.5 × i×V2
１
１ dzi ２ ０
由E1=E2得： EPO1+P1=EPO2+P2 由于EPO2=0（2-2断面为基准面），EPO1=12.g.Z12， 所以：P2=EPO1+P1=12.g.Z12+P1
２ ０
说明：Ｉ、位能与静压能之间可以互相转化。
II、在矿井通风中把某点的静压和位能之和称之为势能。
2014-1-12
i
且 hti ＞ hi ，但|hti| < |hi|
实际应用中，因为负通风风流的相对全压和相对静压均 为负值，故在计算过程中取其绝对值进行计算。 即：| hti | = |hi| － hvi
抽出式通风的实质是使风机入口风流的能量降低，即入口风
流的绝对压力小于风机出口的压力。
2014-1-12
风流点压力间的关系
第2章 矿内风流的基本性质
4 位能的特点
a.位能是相对某一基准面而具有的能量，它随所选基准 面的变化而变化。但位能差为定值。 b.位能是一种潜在的能量，它在本处对外无力的效应， 即不呈现压力，故不能象静压那样用仪表进行直接测 量。 c.位能和静压可以相互转化，在进行能量转化时遵循能 量守恒定律
2014-1-12
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
2014-1-12
hti＞ hi。
第2章 矿内风流的基本性质
2 风流的点压力之间相互关系 风流的点压力是指测点的单位体积(1m3)空气所具 有的压力。通风管道中流动的风流的点压力可分为：
(3) Pti=P0i+hti=101332.5-850=100482Pa
2014-1-12
第2章 矿内风流的基本性质
五、矿内空气压力测定
１、矿井主要压力测定仪器仪表 （１）绝对压力测量：空盒气压计、精密气压计、水银 气压计等。 （２）压差及相对压力测量：恒温气压计、“Ｕ”水柱 计、补偿式微压计、倾斜单管压差计。 （３）感压仪器：皮托管，承受和传递压力，+ 测压 -
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。
2014-1-12
第2章 矿内风流的基本性质
（3)动压的特点
a.只有作定向流动的空气才具有动压，因此动压
具有方向性。 b.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
III、 Pi 可能大于、等于或小于与该点同标高的大气压(P0i)。
2014-1-12
第2章 矿内风流的基本性质
二、重力位能(elevation head) 1 重力位能的概念
物体在地球重力场中因地球引力的作用，由于位置的不同而具有的一种
能量叫重力位能，简称位能，用 EPO 表示。 如果把质量为M（kg）的物体从某一基准面提高Z（m），就要对物体克服 重力作功M.g.Z（J），物体因而获得同样数量（M.g.Z）的重力位能。即： EPO=M.g.Z 重力位能是一种潜在的能量，它只有通过计算得 其大小，而且是一个相对值。实际工作中一般计算位能差。
压值将小于动压真值。
c.在同一流动断面上，由于风速分布的不均匀性，
各点的风速不相等，所以其动压值不等。
d.某断面动压即为该断面平均风速计算值。
2014-1-12
第2章 矿内风流的基本性质
四、全压(Total pressures) 1 全压概念 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