二风流的能量与能量方程
第二章--风流能量及能量方程
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
《矿井通风》习题集.
《矿井通风》习题集绪论思考题1、矿井通风的任务主要有哪些？2、我国煤矿安全生产的指导方针是什么？第一章矿井空气思考题1-1 地面空气的主要成分是什么？矿井空气与地面空气有何不同？1-2 什么是矿井空气的新鲜风流？污风风流？1-3 氧气有哪些性质？造成矿井空气中氧气减少的原因有哪些？1-4 矿井空气中常见的有害气体有哪些？它们的来源和对人体的影响如何？《规程》对这些有害气体的最高允许浓度是如何规定的？1-5 用比长式检测管法检测有害气体浓度的原理是什么？可用来检测哪些气体？1-6 防止有害气体危害的措施有哪些？1-7 什么叫矿井气候条件？气候条件对人体热平衡有何影响？1-8 什么叫空气的绝对湿度和相对湿度？矿井空气的湿度一般有何变化规律？1-9 为什么在矿井的进风路线中冬暖夏凉、冬干夏湿？1-10 《规程》对矿井气候条件的安全标准有何规定？1-11 矿井的预热和降温主要有哪些方面的措施？1-12 风表按原理和测风范围分为几类？机械叶轮式风表的优缺点各是什么？1-13 风表测风时为什么要校正其读数？迎面法与侧身法测风的校正系数为何不同？1-14 风表校正曲线的含义是什么？为什么风表要定期校正？1-15 对测风站有哪些要求？1-16 测风的步骤有哪些？应注意哪些问题？习题1-1 井下某采煤工作面的回风巷道中，已知CO2的绝对涌出量为6.5m3/min，回风量为520 m3/min，问该工作面回风流中的CO2浓度是多少？是否符合安全浓度标准？（1.25%；符合标准）1-2 测得井下某一工作面风流的干球温度为22℃，湿球温度为20℃，风速为1.5m/s，求其相对湿度和等效温度分别是多少？（83%；14℃）1-3 井下某测风地点为半圆拱型断面，净高2.8m，净宽3m，用侧身法测得三次的风表读数分别为286、282、288，测定时间均为1min，该风表的校正曲线表达式为v真=0.23+1.002v表（m/s），试求该处的风速和通过的风量各为多少？（4.74 m/s；35.12 m3/s）第二章风流的能量与能量方程思考题2-1 什么是空气的密度？压力和温度相同时，为什么湿空气比干空气轻？2-2 什么叫空气的压力？单位是什么？地面的大气压力与哪些因素有关？2-3 什么叫空气的粘性？用什么参数表示粘性大小？粘性对空气流动起什么作用？2-4 何谓空气的静压、动压、位压？各有何特点？2-5 什么叫绝对压力？相对压力？正压通风？负压通风？2-6 什么叫全压、势压和总压力？2-7 在同一通风断面上，各点的静压、动压、位压是否相同？通常哪一点的总压力最大？2-8 为什么在压入式通风中某点的相对全压大于相对静压；而在抽出式通风中某点的相对全压小于相对静压？2-9 矿井通风中的能量方程是什么？从能量和压力观点讲，分别代表什么含义？2-10 为什么从单位质量不可压缩流体的能量方程可以推导出矿井通风中的能量方程？矿井风流应满足什么条件？2-11 为什么说风流在有高差变化的井巷中流动时，其静压和位压之间可以相互转化？2-12 能量方程式中动压和位压项中空气密度是否一样？如何确定？2-13 通风系统中风流压力坡线图有何作用？如何绘制？如何从图上了解某段通风阻力的大小？2-14 在抽出式和压入式通风矿井中，主通风机房内的U型水柱计读数与矿井通风总阻力各有何关系？2-15 为什么说主通风机房内安装压差计是通风管理中不可缺少的监测手段？习题2-1 井下某地点有两道单扇风门，测得每道风门内外压差为800Pa，风门门扇的尺寸高为1.5m，宽为0.8m，门扇把手距门轴0.7m，问至少用多大的力才能把门扇拉开？（548.6N）2-2 测得某回风巷的温度为20℃，相对湿度为90%，绝对静压为102500Pa，求该回风巷空气的密度和比容。
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。
流体力学中的能量方程
流体力学中的能量方程流体力学是研究流体运动和其相互作用的科学领域。
能量方程是流体力学中的一项重要方程，描述了流体中的能量转化和能量守恒。
本文将介绍流体力学中的能量方程，包括其基本概念、方程形式和物理意义。
一、能量方程的基本概念能量方程是指在流体力学中，描述能量变化与转化的数学表达式。
它由质量流动、热流动和功率流动三个部分组成。
简单来说，能量方程可以表示为：能量流入 - 能量流出 = 能量转化能量流入指的是流体中的能量的输入，可以通过物理流动、热传导或者辐射等方式实现。
能量流出则是指能量从流体中流出的过程。
能量转化则描述了能量在流体中的转化过程，比如由动能转化为压力能。
二、能量方程的方程形式能量方程的一般形式可以表示为：ΔE/Δt = Q - W其中，ΔE/Δt代表单位时间内系统内能量的变化率，Q代表单位时间内能量的输入（包括热量输入等），W代表单位时间内工作（功率）的输出。
在流体力学中，能量方程可以进一步表示为：∂(ρE)/∂t + ∇·(ρE+P) = ∇·(k∇T)+ρg其中，ρE表示单位质量流体的总能量，∂(ρE)/∂t代表单位质量流体内能量随时间的变化率，∇·(ρE+P)表示单位体积流体动能、压力能的散度，∇·(k∇T)表示传热过程中的热量传导项，ρg表示重力对流体进行的功。
三、能量方程的物理意义能量方程的物理意义在于描述了流体中能量的转化和流动过程。
它揭示了流体中能量转化的规律和机制，对于研究流体力学问题具有重要意义。
能量方程中的各项分别表示了不同能量转化和流动方式的贡献。
例如，∂(ρE)/∂t表示单位质量流体内能量随时间的变化，表明了能量的存储和释放过程。
∇·(ρE+P)表示单位体积流体动能和压力能的散度，反映了流体动能和压力能的转化以及对流体运动的影响。
∇·(k∇T)表示传热过程中的热量传导项，描述了热量的传递和能量的耗散。
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）
安全通风学试题
第1、2章填空题1.采掘工作面进风流中的氧气浓度不得低于（20％）；二氧化碳浓度不得超过（0.5％）；总回风流中不得超过（0.75％）；当采掘工作面风流中二氧化碳浓度达到（1.5％）或采区、采掘工作面回风道风流中二氧化碳浓度超过（1.5％）时，必须停工处理。
2.空气中常见有害气体：（CO）、(NO2)、(SO2 )、(H2S)、(NH3 )、(H2)。
3.衡量矿井气候条件的指标有（干球温度）、（湿球温度）、(等效温度)、(同感温度)、(卡他度)。
4.矿井空气氧气百分含量减少的原因有：(爆破工作)、(井下火灾和爆炸)、(各种气体的混入)以及人员的呼吸。
5.皮托管使用时其中心孔必须（正对）风流方向。
6.矿井空气空气主要物理参数有(温度)、(压力)、(密度)、(比容)、(粘性)、(湿度)、（焓）。
7.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)。
8.测风流点压力的常用仪器有(压差计)和(皮托管)。
9.在井巷通风中，风流的能量由（机械能）和（内能）组成。
10.在井巷通风中，风流的机械能包括（静压能）、（动压能）、（位能）。
名词解释1. 矿井通风：利用机械或自然通风为动力，使地面空气进入井下在丼巷中做定向和定量流动，将污浊空气排出矿井的全过程称为矿井通风。
2.含湿量：含有1kg干空气的湿空气中所含水蒸汽的质量称为空气的含湿量。
计算题1.在某一通风井巷中，测得1、2两断面的绝对静压分别为101324.7 Pa 和101858 Pa，若S1=S2，两断面间的高差Z1-Z2=100米，巷道 m12=1.2kg/m3，求：1、2两断面间的通风阻力，并判断风流方向。
解：假设风流方向从1到2，列能量方程：Hr12=(P1-P2)+(v12ρ1/2- v22ρ2/2)+(Z1-Z2) ρg=(101324.7-101858)+0+100×1.2×9.81=643.9J/m3由于其阻力值为正，所以原假设风流方向正确。
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
第三章矿井风流流动的能量方程及其应用
3.1 矿井风流运动的能量方程式及其 应用 • 3.1.2单位质量流量能量方程 单位质量流量能量方程
• 2．风流流动过程中能量分析 ． 1断面上，1 kg空气 断面上， 断面上 空气 所具有的能量为： 所具有的能量为：
v12 + + gZ1 + u1 ρ1 2 p1
流经1 断面 断面， 流经 2断面，到 1kg空气由 断面流至 断面时，克 空气由1断面流至 断面时， 空气由 断面流至2断面时 另外还有地温(通过井巷壁面或淋 达2断面时 断面时 另外还有地温 井巷中的风流 图3-3 通过井巷壁面或淋 服流动阻力消耗能量为L 服流动阻力消耗能量为 R（这 2 水等其他途径)、 水等其他途径 、机电设备等传给 p2 v2 部分被消耗能量将转化成热能 + + gZ 2 + u2 ρ2 2 1kg空气热量 。这些热量将增加 空气热量q。 q空气热量 仍存在于空气中）。 R，仍存在于空气中）。 空气的内能并使空气膨胀做功
2 2
u uds ∫ u 3 ds 2 Kv = s = s 3 2 v vS ρ vS 2
∫ρ
2
Kv =
ui3 si ∑
i =1
n
v3 S
3.1 矿井风流运动的能量方程式及其 应用 • 在进行了上述两项简化处理后，单位体积流体的能 在进行了上述两项简化处理后，
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。
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。
流体的能量守恒与流体的能量守恒方程
流体的能量守恒与流体的能量守恒方程流体的能量守恒是研究流体运动过程中能量转化和传递规律的重要内容，在流体力学的研究中起着重要作用。
能量守恒定律可以从两个方面来进行分析，一是对于静止不动的流体，根据能量守恒原则，能量转化时不会减少或增加；二是针对流体运动情况下的能量守恒，需要引入流体的能量守恒方程。
首先，我们来看静止流体的能量守恒。
在流体静止的情况下，根据能量守恒定律，流体的能量转化时不会减少或增加。
这意味着静止流体的总能量保持不变，即流体的内能和势能之和保持恒定。
内能是由于流体分子热运动所具有的能量，而势能是由于流体在重力场中位置高低所具有的能量。
在流体运动情况下，我们需要引入能量守恒方程来描述流体的能量转化和传递过程。
能量守恒方程是根据质量守恒和能量守恒原理导出的，它可以用来描述流体内能和动能随着流体运动的转换和传递。
能量守恒方程的一般形式为：$$\frac{\partial (\rho E)}{\partial t} + \nabla \cdot (\rho E \mathbf{v}) = \nabla \cdot (\kappa \nabla T) + \nabla \cdot (\mathbf{q} - \mathbf{v}p) + \rho \mathbf{f} \cdot \mathbf{v}$$其中，$\rho$是流体的密度，$E$是单位质量流体的总能量，$\mathbf{v}$是流体的速度矢量，$T$是流体的温度，$\kappa$是流体的热扩散系数，$\mathbf{q}$是能量传递的热通量矢量，$p$是流体的压力，$\mathbf{f}$是流体受到的外力矢量。
能量守恒方程中的各项代表了不同的能量转化和传递过程。
第一项$\frac{\partial (\rho E)}{\partial t}$表示单位体积流体的总能量的变化率，即流体内能和动能的变化率。
第二项$\nabla \cdot (\rho E\mathbf{v})$表示单位时间内通过体积元表面的能量流量。
空气流动基本原理完整版PPT
p2= Ep01 + p1 = ρ12gZ12 + p1
此即空气静止时，位压与静压之间的关系。
4.位压的特点 （1）位压是相对某一基准面具有的能量，它随所选基准面 的变化而变化。 （2）位压是一种潜在的能量，不能像静压那样用仪表进行 直接测量。 （3）位压和静压可以相互转化，当空气由标高高的断面流 至标高低的断面时，位压转化为静压；反之，当空气由标高低 的断面流至标高高的断面时，静压转化为位压。
风流在风道中的流动可以看作是稳定流（流动参数不随时间变化的流动）。
由分子热运动产生的分子动能的一部分转化的能够对外做功的机械能叫静压能，用Ep表示（J/m3）。
g——取重力2加-速2度点，m为/s2；基准面（2-2断面的位能为零）。按下式计算1-1、
置换通风是利用空气密度差在室内形成的由下而上的通风气流。
，J/kg 此即单位质量可压缩空气在无其他动力源的风道中流动时的能 量方程。
同理，如有其他动力源并产生风压Lt，则单位质量可压缩空 气能量方程为：
，JL /R kgp 1 m p 2 v 2 1 2v 2 2 2 g (Z 1 Z 2)L t
设1m3空气流动过程中的能量损失为hR（Pa），则由体积和质
=
Pa
向性。 （3）尽量避免风流急转弯
=
Pa
则，孔口出流流量为
此式是位压的数学定义式。
vx——控制（点上2必）需的动气流压速度总即控大制风于速，零m/s。； 当作用面与流动方向有夹角时，其感
（4）风机吸入段的全压和静压均为负值，在风机入口处负压最大；
h式l 中= R， 受lQS2n到是垂的直于动射流压的空值间断将面面小积。于动压真值。故在测量动压时，应使感压孔
1
矿井通风(总工)
1.4 通风网络风量分配与调节 1. 4.1通风网络风量分配 1.4.1.1 通风网络的基本形式 1．通风网络的联结形式
通风网络基本联结形式可分为串联通风网络、并联通 风网络、角联通风网络和复杂联结通风网络。 1)串联通风网络 由两条或两条以上的分支彼此首尾相连，中间没有分 节点的线路叫做串联风路。
《煤矿安全规程》强调各工作面要独立通风，限制 采用串联通风。
3)角联通风网络 如图6-1-13所示，在单角联风网中，对角分支 5的风流方向，随着其他4条分支 的风阻值R1、R2、R3、R4变化而变化，即有3种 变化：
(1)当风量Q，向上流时，风压hi>h2，h3<h4；风 量Qi<Q3，Q2>Q4；则有： 将上面两式相除 得
。
2．完全紊流状态下的摩擦阻力定律 井下多数风流属于完全紊流状态，其摩擦阻 力为
风流在完全紊流状态下的摩擦阻力定律
3．层流状态下的摩擦阻力定律 在层流状态下，风流的摩擦阻力为
风流在层流状态下的摩擦阻力定律
5．降低摩擦阻力的措施 降低矿井通风阻力，无论对安全（管理自然 发火和瓦斯）和经济（减少通风电费）都有重要 意义。由于摩擦阻力是矿井通风阻力的主要组成 部分，故要以降低摩擦阻力为重点，同时注意降 低某些风量大的井巷的局部阻力。根据摩擦阻力 的计算式可知，要降低摩擦阻力须从以下几个方 面来考虑： (1)降低摩擦阻力系数。 (2)扩大巷道断面。 (3)选用周界较小的井巷。 (4)减少巷道的长度。 (5)避免巷道内风量过大。
上式表示A和R成反比。即井巷或矿井的R值 大，相当的A值就小，表示该矿井或井巷通风困 难；反之亦然。风阻较大、等积孔较小、通风 困难、通风能力较小的井巷或矿井，其风阻曲 线就较陡；反之，风阻较小、等积孔较大、通 风较容易、通风能力大的井巷或矿井，其风阻 曲线就较平缓。 用矿井等积孔A和矿井风阻R表示矿井通风 的难易程度实质上一样，只是矿井等积孔比矿 井风阻更直观、更形象，但矿井等积孔仅仅是 评定矿井通风难易程度的一个重要指标，不能 全面地反映现代矿井通风难易程度。
《矿井通风与空气调节》习题解答_OK
1.2kg/m3,1、2两断
面处的绝对静压分
别为760 mmHg与
7(16mh31mm2HmgH=g1p313.322p2
v12
2
v22
2
gZ
Pa)。求=该10段13巷24道.72的-101724.69+1.2×22÷2
通风阻力。-1.2×1.672÷2+1.2×9.81×50=189.36(Pa)
2021/8/10
21
第p三1=章760矿×井13风3.3流22流动的能量方程及其应用
=101324.72(Pa)
p2=763×133.322
解=1：01724.69(Pa)
v1=Q/60/S1
=600/60/5
=2（m/s）
v2=Q/60/S2
==h6510/023/=610./6p761(m/sp) 2
（氡）及其子体（RaA~RaD），开采汞、砷的矿井
还有可能混入Hg和As的蒸气。
2021/8/10
4
第一章 矿井空气
⊙ （5）供人员呼吸及其他需要所消耗的氧气 量可折算成每人30 L/min，求每人所需新鲜空 气量为多少?
解：矿井新鲜空气含O2量不低于20%， 则所 需新鲜空气量为：
30 150 （L/min）
0.04%，则
0.04%x 5.52
0.5%
x=1200x（m3/min）
2021/8/10
6
第一章 矿井空气 ⊙ （9）说明井下氡的来源。 答： ①矿岩壁析出的氡； ②爆下矿石析出的氡； ③地下水析出的氡； ④地面空气中的氡随入风风流进入井下，这决定于
所处地区的自然本底浓度。一般来说，它在数量上 是极微小的，可忽略不计。 以上是矿井空气中氡的来源，在一些老矿山，由于 开采面积较大，崩落区多，采空区中积累的氡有时 也会成为氡的主要来源。
《矿井通风》习题集.
《矿井通风》习题集绪论思考题1、矿井通风的任务主要有哪些？2、我国煤矿安全生产的指导方针是什么？第一章矿井空气思考题1-1 地面空气的主要成分是什么？矿井空气与地面空气有何不同？1-2 什么是矿井空气的新鲜风流？污风风流？1-3 氧气有哪些性质？造成矿井空气中氧气减少的原因有哪些？1-4 矿井空气中常见的有害气体有哪些？它们的来源和对人体的影响如何？《规程》对这些有害气体的最高允许浓度是如何规定的？1-5 用比长式检测管法检测有害气体浓度的原理是什么？可用来检测哪些气体？1-6 防止有害气体危害的措施有哪些？1-7 什么叫矿井气候条件？气候条件对人体热平衡有何影响？1-8 什么叫空气的绝对湿度和相对湿度？矿井空气的湿度一般有何变化规律？1-9 为什么在矿井的进风路线中冬暖夏凉、冬干夏湿？1-10 《规程》对矿井气候条件的安全标准有何规定？1-11 矿井的预热和降温主要有哪些方面的措施？1-12 风表按原理和测风范围分为几类？机械叶轮式风表的优缺点各是什么？1-13 风表测风时为什么要校正其读数？迎面法与侧身法测风的校正系数为何不同？1-14 风表校正曲线的含义是什么？为什么风表要定期校正？1-15 对测风站有哪些要求？1-16 测风的步骤有哪些？应注意哪些问题？习题1-1 井下某采煤工作面的回风巷道中，已知CO2的绝对涌出量为6.5m3/min，回风量为520 m3/min，问该工作面回风流中的CO2浓度是多少？是否符合安全浓度标准？（1.25%；符合标准）1-2 测得井下某一工作面风流的干球温度为22℃，湿球温度为20℃，风速为1.5m/s，求其相对湿度和等效温度分别是多少？（83%；14℃）1-3 井下某测风地点为半圆拱型断面，净高2.8m，净宽3m，用侧身法测得三次的风表读数分别为286、282、288，测定时间均为1min，该风表的校正曲线表达式为v真=0.23+1.002v表（m/s），试求该处的风速和通过的风量各为多少？（4.74 m/s；35.12 m3/s）第二章风流的能量与能量方程思考题2-1 什么是空气的密度？压力和温度相同时，为什么湿空气比干空气轻？2-2 什么叫空气的压力？单位是什么？地面的大气压力与哪些因素有关？2-3 什么叫空气的粘性？用什么参数表示粘性大小？粘性对空气流动起什么作用？2-4 何谓空气的静压、动压、位压？各有何特点？2-5 什么叫绝对压力？相对压力？正压通风？负压通风？2-6 什么叫全压、势压和总压力？2-7 在同一通风断面上，各点的静压、动压、位压是否相同？通常哪一点的总压力最大？2-8 为什么在压入式通风中某点的相对全压大于相对静压；而在抽出式通风中某点的相对全压小于相对静压？2-9 矿井通风中的能量方程是什么？从能量和压力观点讲，分别代表什么含义？2-10 为什么从单位质量不可压缩流体的能量方程可以推导出矿井通风中的能量方程？矿井风流应满足什么条件？2-11 为什么说风流在有高差变化的井巷中流动时，其静压和位压之间可以相互转化？2-12 能量方程式中动压和位压项中空气密度是否一样？如何确定？2-13 通风系统中风流压力坡线图有何作用？如何绘制？如何从图上了解某段通风阻力的大小？2-14 在抽出式和压入式通风矿井中，主通风机房内的U型水柱计读数与矿井通风总阻力各有何关系？2-15 为什么说主通风机房内安装压差计是通风管理中不可缺少的监测手段？习题2-1 井下某地点有两道单扇风门，测得每道风门内外压差为800Pa，风门门扇的尺寸高为1.5m，宽为0.8m，门扇把手距门轴0.7m，问至少用多大的力才能把门扇拉开？（548.6N）2-2 测得某回风巷的温度为20℃，相对湿度为90%，绝对静压为102500Pa，求该回风巷空气的密度和比容。
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与
管道壁的流层流速慢，相邻两流层之间的接触面上便产生粘性阻力（内摩擦力
能
），以阻止其相对运动，流体具有的这一性质，称为流体的粘性。根据牛顿内
量
摩擦力定律，流体分层间的内摩擦力为：
方
F S dv
程
dy
式中 μ——动力黏性系数，Pa·s；
S——相邻流体层间的接触面积，m2；
dv/dy——垂直于流体方向上的速度梯度，1/s。
子时刻都在做无规则的热运动。这种由空气分子热运动产生的不断撞击接触面
能
所呈现出来的压强称为静压，它是空气具有静压能的体现，用p静表示，单位
量
是帕斯卡。
方
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
程
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。
E静=p静
风 流
2、风流的能量与压力
压力P与当地当时同标高的地面大气压力P0的差值。即：
h＝P － P0
风 流
2、风流的能量与压力
的
能
当井巷空气的绝对压力一定时，相对压
量 力随大气压力的变化而变化。在压入式
与
通风矿井中，井下空气的绝对压力都高
能
于当地当时同标高的大气压力，相对压
量
力是正值，称为正压通风；在抽出式通
方
风矿井中，井下空气的绝对压力都低于
与 呈现的压力称为动压（或速压），用h动（或h速）表示，单位Pa。
能
量
计算：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
方
积空气所具有的动能为E动，E动对外所呈现的动压h动为：
程
E动
2 2
2 h动 2
风 流
2、风流的能量与压力
的
能 特点：
量 （1）只有做定向流动的空气才呈现出动压；
与 能
（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。
量 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
方 为零；
程 （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。
风 流
2、风流的能量与压力
的 能 三、位能—位压
风 流
1、矿井空气的主要物理参数
的 能
（三）空气的压力（压强）
量
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
与 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
能 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。
量
根据物理学的分子运动理论可导出理想气体作用于容器壁的空气压力关系
动粘性系数ν =1.501×10-5m2/s。
风 流
2、风流的能量与压力
的
能
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
量
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
与
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
能
量
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。
Zb2
程
出各点和各段的平均密度，再由下式计算。
22
p 1 2 1 a Z 1 a g a b Z a b g b 2 Z b 2 g i j Z i j g图2.2 立井位压计算图
的
能 空气压力的两种测算标准：
量
空气的压力根据所选用的测算基准不同可分为两种，即绝对压力和相对
与 压力。
能 （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
量 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。
方 （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 程 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
程
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。
图2.1 绝对压力、相对压力和大 气压力之间的关系
风 流
2、风流的能量与压力
的 能 二、动能—动压
量 定义：空气做定向流动呈现出的能量称为动能，用E动表示（J/m3），其动能所
力
的
能 例：
11
量
如图，井口断面对第一水平和第二水平标高的位压
与
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：
Z1a a·
能 量
p位12 12Z12g
Zab Z12 b·
方
实测时，应在两个断面之间布置多个测点，分别测
量 定义：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
与 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。位 能 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 量 具有的能量或呈现的压力。
方 计算：从地面上把质量为M（kg）的物体提高Z（m），就要对物体克服重力做 程 功MgZ（J），物体因而获得了相同数量的位能，即：
方 式为： 程
p 2n(1mv2) 32
空气压力的单位为帕斯卡（Pa），简称帕，1Pa=1N/m2。压力较大时还有
千帕（KPa）、兆帕（MPa），1MPa=103KPa=106Pa。有的压力仪器也用百帕
（hPa）表示，1hPa=100Pa。
风 流
1、矿井空气的主要物理参数
的 能
（四）空气的黏性
量
定义：当流体以任一流速在管道中流动时，靠近管道中心的流层流速快，靠近
的
能 特点：
量 （1）只要有空气存在，不论是否流动都会呈现静压；
与
能
（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
量 静压各向同值，且垂直作用于器壁；
方 （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；
程 （4）静压的大小反映了单位体积空气具有的静压能。
风 流
2、风流的能量与压力
风 流
1、矿井空气的主要物理参数
的
能
在空气动力学中，通常用运动黏性系数来表示空气的黏性，即
量 与
能
量
流体的粘性随温度和压力的变化而变化。对空气而言，粘性系数
方 随温度的升高而增大，压力对粘性系数的影响可以忽略。当温度为
程 20℃，压力为0.1MPa时，空气的动力粘性系数μ=1.808×10-5Pa·s；运
方
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
程
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。
风 流
2、风流的能量与压力
的
能 一、静压能—静压
量
定义：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
与