第二章 矿井通风压力

第二节
风流的能量与压力
风流的能量与压力是通风工程中两个重要的基本概念，完全不同的概念，
且有着紧密的联系，当能量具有对外做功的能力时以压力的形式呈现，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。风流在井巷道断面上所 具有的总机械能和内能之和称为风流的能量，总机械能包括静压能、动能、位能
系；
3、掌握矿井通风能量方程，会应用方程解决风流方向的判定以及不同断面之间阻力 的计算。
第一节 第二节 第三节
空气的主要物理性质 风流的能量与压力 通风能量方程
第一节 空气的主要物理参数
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ρ来表 示。即：

M V
（2-1）
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
三、通风压力与压差
在矿井通风测量仪器中，测定空气压力的便携式 仪器有三类：一是测量绝对压力的气压计；二是测量 相对压力的压差计和皮托管；三是可同时测定绝对压 力、相对压力的精密气压计或矿井通风综合参数检测 仪等。 测压仪器分类
测量绝对压力的 空盒气压计 测量相对压力 压差计和皮托管 矿井通风综合 参数检测仪
矿井通风
Mine Ventilation
甘肃煤炭工业学校 采矿科通风教研组
第二章 矿井通风压力
一、教学内容 1、空气的主要物理参数； 2、风流的能量与压力； 3、压力测算基准、测量方法以及压力之间的关系； 4、矿井通风能量方程及其应用。 二、难点重点： 1、风流的能量与压力之间的关系； 2、压力测算基准、测量方法以及压力之间的关系； 3、矿井通风能量方程及其应用。 三、教学要求： 1、了解风流能量与压力之间的关系； 2、掌握风流的三种点压力的性质、测量方法以及不同压力测算基准下压力之间的关
5.皮托管
图2－14 皮托管
6.矿井通 风综合参数检 测仪 我国生产 的JFY型矿井 通风综合参数 检测仪，是一 种能同时测量 空气的绝对压 力、相对压力、 风速、温度、 湿度和时间的 精密便携式本 质安全型仪器， 适用于煤矿井 下使用。 该仪器由 压力传感器、
JFY型矿井通风参数检测仪面板图 1—气孔；2—电源开关；3—电源电压指示灯；4—压力记忆开 关；5—充电插座；6—绝对压力键；7—压差键；8—温度键； 9—相对湿度键；10—风速键；11—记风速键；12—读平均风 速键；13—总清键；14—备用键；15—风速传感器；16—温
（３）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。
绝对压力：真空为测算零点，用 P 表示。
相对压力： 以当时当地同标高的大气压力P0为测算基准，表压力，用 h 表示。
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
二、井巷风流点压力及其相互关系
1.风流点压力 井巷风流断面上任一点的压力称为风流的点压力。就 其形成的特征来说，点压力可分为静压、动压和全压 . 绝对静压 P静
静压
风流三种点压力
相对静压 动压 h动 全压
h静
绝对全压
相对全压
Βιβλιοθήκη Baidu
P静
h静
三个问题：（1）根据不同连接形式，三种压差计各测哪种压力？（2） 压差计两端哪一端液面下降（或上升）？（3）三种点压力之间存在什么关 系？
2、U型垂直压差计。 3、U型倾斜压差计。 压差计显示的读数为倾斜液柱 值，必须用下式计算出实际压差值：
h=L· △· g· sina，Pa （2-10）
图2－11 U型倾斜压差计
图2－0
U型垂直压差计
4、单管倾斜压差计
仪器的操作和使用方法如下(详细)： （1）注入工作液。（2）排气泡。（3）调零。（4）测压。(5) 再调零。（6)收回仪器。
b
hb(-)
Pb
真空
2.位能—位压 (1)位能与位压的概念 单位体积空气由于位置高度不同而具有的一种能量叫位能，用E位 3 （J/m ）表示。位能所呈现的压力叫位压，用P位（Pa）表示。位能和位压 的大小，是相对于某一个参照基准面而言的。 (2)位压的计算式 E位＝Mg Z （2-5） P位＝ρ 12gZ12，Pa 2-6）
(3)位压的特点 a .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。一般将基准面设在所研究系统风流的最低 水平。 b .位压是一种潜在的压力，不能在该断面上呈现出来。 c .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。 d .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。
3.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 则单位体积空气所具有的动能为E动：
E动＝
1 mv 2 2
，J/m3
（2-7）
E动对外所呈现的动压为：
h 动＝
1 v 2 2
常用的YYB—200B型单管倾斜压差计最大测量值为2000Pa，最小分刻度为2Pa，误
YYT—2000B型单管倾斜压差计结构 1—底座；2—大容器；3—玻璃管；4—胶皮管；5—注液孔螺钉；6—三通阀旋塞；7— 零位调整螺钉；8—水准泡；9—调平螺钉；10—弧形板；11—游标；12 —管接头。
4、补偿式微压计
•
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。
a
P0 Pa
P0
ha(+)
之和。压力可以测定，通过讨论压力关系来研究能量的变化。
静压能－－静压 风流 能量
总机械能
动能－－动压
位能－－位压
内能
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
空气的分子无时无刻不在作无秩序的热运动对容器壁撞击产生的压 力。 （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，则指风流1m3具有101332J的静压能。
风流中某点各种压力的的关系
三种点压力之间的关系： （1） P 静、P全、h动 P全＝P 静＋h动 （2） P 静、P全、P0与h全、 h静 抽出式， h全＝ P0－ P全 h静＝ P0－ P 静 压入式，h全＝ P全－ P0 h静＝ ± P 静－ P0 （3）h全、 h静、h动
[例2-1]如图2－2中压入式通风风筒中某点i的h静＝ 1000Pa, h动=150Pa，风筒外与i点同标高的P0=101 332Pa，求： （1）i点的绝对静压P静； （2）i点的相对全压h全； （3）i点的绝对全压P全。 [解]（1）P静=P0+ h静=101 332+1000=102 332 Pa (2) h全=h静+h动=1000+150=1150 Pa (3) P全=P0+ h全=101 332+1150=102 482 Pa
四、测压仪器及其使用
1.绝对压力测量仪器 最常用的是空盒气压计
图2－9
空盒气压计内部结构图
1、2、3、4—传动机构；5—拉杆；6—波 纹真空膜盒；7—指针；8—弹簧
测压时，将仪 器水平放置在测点 处，轻轻敲击仪器 外壳，以消除传动 机构的摩擦误差， 放置3～5min待指 针变化稳定后读数。 读数时，视线与刻 度盘平面要保持垂 直，同时，还要根 据每台仪器出厂时 提供的校正表（或 曲线），对读数进 行刻度、温度及补
[例2-2]如图2－2中抽出式通风风筒中某点i的h静=1000Pa, h动=150Pa,风筒外与i点同标高的P0=101 332 Pa，求： （1）i点的绝对静压P静； （2）i点的相对全压h全； （3）i 点的绝对全压P全。 [解]（1）P静=P0- h静=101 332－1000=100 332Pa （2）h全=h静-h动＝1000－150＝850 Pa （3）P全=P0- h全= 101 332－850=100 482 Pa
二、空气的压力（压强） 矿井通风中，习惯将压强称为空气的压力。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。根据物理学的分子 运动理论，空气的压力可用下式表示：
P＝
2 1 n( mv 2 ) 3 2
（2-3）
地面空气压力习惯称为大气压。越靠近地表大气压力也越大。 此外，大气压力还与当地的气候条件有关，即便是同一地区，也 会随季节不同而变化，甚至一昼夜内都有波动。
仪器的操作和使用 方法如下：
（1）注入蒸馏水并调 零。 （2）测定。 常用的补偿式微压计 有DJM9型、YJB150/250-1型、BWY150/250型等。其中， DJM9型的测量范围为 0～1500Pa，最小分 度值为0.1Pa。这类仪 器的精度高，可用于
DJM9型补偿式微压计
1—小容器；2—大容器；3—读数盘；4—指针；5—螺盖；6—反射镜； 7—水准器；8—调节螺母；9—胶皮管；10—调平螺钉；11—标尺
皮托管如图所示，系由内外两 小管组成。内管前端有中心孔与标 有“+”号的管脚相通，外管前端 不通，在其侧壁上开有4～6个小孔 与标有“-”号的管脚相通。内外 管之间互不连通。 皮托管的用途是接受压力并通 过胶皮管传递给压差计。使用时其 中心孔应正对(迎向)风流方向，此 时中心孔将接受风流的点静压和点 动压，即与中心孔相连通的标有 “+”号的管脚传递绝对全压；而 皮托管侧壁上的小孔则只能接受风
，Pa
（2-8）
(3)动压的特点 ①只有做定向流动的空气才呈现出动压； ②动压具有方向性，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 压各不相同； ④动压无绝对压力与相对压力之分，总是大于 零。
矿井常用压强单位：Pa、MPa、KPa、mmHg、mmH20、atm 等。 换算关系： 1atm = 760 mmHg = 101325 Pa 1mmHg = 133.32 Pa 1mmH 0 = 9.8 Pa 1MPa =1000 KPa =10 6 Pa
三、空气的粘性
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，流体具有的这一性质，称作流体的粘性。 在矿井通风中还常用运动粘性系数ν (m2／s)和动力 粘性系数μ (Pa· s)表示。 温度是影响流体粘性的主要因素之一，但对气体和 液体的影响不同。气体的粘性随温度的升高而增大；液 体的粘性随温度的升高而减小。
4.全压、势压和总压力 矿井通风中，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。 静压+动压=全压 静压+位压=势压 静压+位压+动压=总压
1.通风压力与压差的概念 风流在流动过程中，因阻力作用而引起通风压力的降落，称为 压降、压差或称压力损失。压差可表现为总压差、静压差、动压差、 位压差和全压差。 2.静压差与全压差测量 测量井巷风流中两点之间的静压差与全压差常用皮托管和压差 计，其布置方法如下图所示。在两测点各布置一支皮托管，将两支 皮托管的“-”管脚用胶皮管连到一个压差计的两侧玻璃管上，则此 时压差计两侧管内液面高低差即为该两点间的静压差h静；将两支皮 托管的“+”管脚用胶皮管连到一个压差计的两侧玻璃管上，则此时 压差计两侧管内液面高低差即为该两点间的全压差h全。