矿井通风中风量分配与风量调节

常用曲线网络图。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定的节点号。 在图纸上画出节点符号，并用单线条（直线或弧线） 按照正确、美观的原则对网络图进行修改。
连接有风流连通的节点。
通风网络图的绘制原则： (1) 用风地点并排布置在网络图中部，进风节点位于其下边；回 风节点在网络图的上部，风机出口节点在最上部； (2)分支方向基本都应由下至上； (3) 分支间的交叉尽可能少； (4) 网络图总的形状基本为“椭圆”形。 （５）合并节点，某些距离较近、阻力很小的几个节点，可简化为 一个节点。 （６）并分支，并联分支可合并为一条分支。
2. 节点（结点、顶点）：是两条或两条以上分支的交点。 3. 路（通路、道路）：是由若干条方向相同的分支首尾相连而成的线 路。如图中，1－2－5、1－2－4－6和1－3－6等均是通路。 4. 回路：由两条或两条以上分支首尾相连形成的闭合线路称为回路。 如图中，2－4－3、2－5－6－3和1－3－6－7
属性组成的系统，称为通风网络。
第一节 一、矿井通风网络与网络图
(一）矿井通风网络
风量分配基本规律
5
5 6 4 3 2 2 1 1 3 4
7
通风网络图：用直观的几何图形来表示通风网络。 1. 分支（边、弧）：表示一段通风井巷的有向线
段，线段的方向代表井巷中的风流方向。每条分
支可有一个编号，称为分支号。
∴ 即：
1 Rs

1 R1


...
Rs hs Qs2
1 R1
1 R2
1 Rn
2
4. 并联风网等积孔等于各分支等积孔之和，即
As
1.19 Rs
1.19(
1 R1

1 R2
...
1 Rn
)
As A1 A2 An
２、当分支5中风向由2→3 节点②的压能高于节点③，则 hR2 ＞ hR1
2 2 R2 Q2 R1Q1
即：
R2 R1

Q12 2 Q2

(Q3 Q5 )2 2 Q2
即
2 R3Q32 R4Q4
同理， hR3 ＞ hR4 即 又∵
R4 R3

2 Q3 2 Q4


Q3 (Q2 Q5 )
R4 R3
MS = M1 = M2 =…= Mn
当各分支的空气密度相等时，
QS = Q1 = Q2 =…= Qn
2. 总风压（阻力）等于各分支
风压（阻力）之和，即:
hs h1 h2 hn hi
i 1
n
3. 总风阻等于各分支风阻之和，即：
R s hs
n h1 h2 ... hn Qs2 R1 R2 Rn Ri 2 Qs i 1
注意：当各分支的位能差不相等，或分支中存在风机等通风动力时，
并联分支的阻力并不相等。
3. 并联风网总风阻与各分支风阻的关系
hs Rs Q
∵ ∴ 又∵
2 S
Qs
hs Rs
QS Q1 Q2 ... Qn
hs Rs

h1 R1

1 R2
h2 R2
...
1 Rn
1
hn Rn
２、在同样的分支风阻条件下，分支并联时的总风阻小于串联时的总风阻。 例如：若R1=R2=0.04 kg/m7， 串联：Rs１= R1+ R2= 0.08 kg/m7 并联：
R2
３ 2
２
２ 1 １ 1 R1 1 R2 2
RS 2
∴
1 (
1 R1

1 R2
)
R1
( 1 Rs１ ：Rs１＝８：１ 0104 ) 0.04 .
n
M s M 1 M 2 M n M i
i 1
2 1 2 3 1
6 3
4
当各分支的空气密度相等时,
Qs Q1 Q2 Qn Qi
i 1
n
2. 总风压等于各分支风压，即
hs h1 h2 hn
４
3
图a
3
４
6
如图a，节点4处的风量平衡方程为：
Q14 Q24 Q34 Q45 Q46 0
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2-4-5-7-2的各邻接分支的风量满足如下关系：
Q12 Q34 Q56 Q78 0
,
Q2 = Q4
由风压平衡定律： h1 = h2
2 R1Q1 由阻力定律：

,
h 3 = h4
2 R2 Q2
2 2 R3Q3 R4 Q4
４ ４ ３ ３ ５ ２ ２ 1 1
两式相比得：
2 R1Q1 2 R3Q3

2 R2Q2 2 R4Q4
即 或写为：
R1 R3
K

R2 R4
R1 R4 1 R2 R3
第五章
矿井通风网络中风量分配与调节
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
2、网络图及网络特性 1)简单网络 2)角联及复杂网络 3、网络的动态分析
4、矿井风量调节
5、计算机解算复杂 网络
第五章
矿井通风网络中风量分配与调节
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抽象描述，把通风系统变成一个由线、点及其
Q3 Q5 Q2
(Q3 Q5 )2 2 Q2
2 Q3 (Q5 Q2 ) 2
∴

即：
Q32 (Q5 Q2 )2


R2 R1
R1 R3

风流
R2 R4
R1 R4 K 1 R2 R3 或写为：
３、分支5中的风向由3→2 同理可得：
R1 R3

风流
R2 R4
４ ４ ３ ３ ５ ２ ２ 1 1
（二）有动力源
设风机风压Hf ，自然风压HN 。 如图，对回路 １－2－3－4-5-1中有：
6 2 3
5 4
H f H N hR1 hR 2 hR 3 hR 4 hR 5
一般表达式为：
H f H N hRi
即：能量平衡定律是指在任一闭合回路中，各分支的通风阻力代数和等于
第三节
通风网络动态特性分析
一、井巷风阻变化引起风流变化的规律 1. 变阻分支本身的风量与风压变化规律
当某分支风阻增大时，该分支的风量减小、风压增大；当风阻减小
时，该分支的风量增大、风压降低。
2. 变阻分支对其它分支风量与风压的影响规律
1）当某分支风阻增大时，包含该分支
的所有通路上的其它分支的风量减小， 风压亦减小；与该分支并联的通路上的 分支的风量增大，风压亦增大；当风阻 减小时与此相反。 变化，其内部各分支的风量变化趋势相同。
1
0.01k g / m 7
即在相同风量情况下，串联的能耗为并联的 8 倍。
四、角联风网
（一）几个概念 角联风网：是指内部存在角联分支的网络。
角联分支（对角分支）：是指位于风网的任意两条有向通路之间、
且不与两通路的公共节点相连的分支，如图。 简单角联风网：仅有一条角联分支的风网。
复杂角联风网：含有两条或两条以上角联分支的风网。
三、能量平衡定律
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“－”。 （一）无动力源（Hn Hf）
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，即：
h
Ri
0
hR 6 hR 3 hR 4 hR 2 0
如图，对回路
２－３－４-6中有：
3
5 8
10 9 6
4
7
2 1
2）对于一进一出的子网络，若外部分支调阻引起其流入（流出）风量
3）风网内，某分支风阻变化时，各分支风量、风压的变化幅度，以本
分支为最大，邻近分支次之，离该分支越远的分支变化越小。
4）风网内，不同类型的分支风阻变化引起的风量变化幅度和影响范 围是不同的。一般地说，主干巷道变阻引起的风量变化幅度和影 响范围大，末支巷道变阻引起的风量变化幅度和影响范围小。 5）风网内某分支增阻时，增阻分支风量减小值比其并联分支风量增 加值大；某分支减阻时，减阻分支风量增加值比其并联分支风量 减小值大。
４ ４ ３ ３ ５ ２ ２ １ 1
2
6 5 4
3 1
简单角联风网
复杂角联风网
（二）角联分支风向判别 原则：分支的风向取决于其始、末节点间的压能值。风流由能位高的 节点流向能位低的节点；当两点能位相同时，风流停滞；当始节点 能位低于末节点时，风流反向。
判别式（以简单角联为例）：
1、 分支5中无风 ∵ Q5 = 0 ∴ Q1 = Q3
5、 树：是指任意两节点间至少存在一条通路但不含回路的一类特殊
图。由于这类图的几何形状与树相似，故得名。树中的分支称为树 枝。包含通风网络的全部节点的树称为其生成树，简称树。 （二）矿井通风网络图 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改变。 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，因此是矿井通风管理的一种重要图件。 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，如图 5-1-3所示；另一种是曲线形状的网络图，如图5-1-4所示。但一般
二、风量平衡定律
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，即
M
i
0
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，即：
Q
图b
i
0
1 2
1 5 6 2 7 8 5
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
线。
H 2 1 R1 1 R2 2
R1
R2 R1+R2
Q
三、串联风路与并联风网的比较
在任何一个矿井通风网络中，都同时存在串联与并联风网。在矿井的 进、回风风路多为串联风路，而采区内部多为并联风网。 并联风网的优点：１、从提高工作地点的空气质量及安全性出发，采用并 联风网具有明显的优点。
)
源自文库
（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。 方法： 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
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
4. 串联风路等积孔与各分支等积孔间的关系
As
1 1 1 1 2 2 2 A1 A2 An
1.19 2 R i
Ai
Ri
1.19
1.192 Ai2
As
1.19 2 R s


Ri
1.19

1.192 Ai2
1

1 Ai2
（二）串联风路等效阻力特性曲线的绘制 根据以上串联风路的特性，可以绘制串联风路等效阻力特性曲线。 方法：１、首先在h—Q坐标图上分别作出串联风路1、2的阻力特 性曲线R1、R2； ２、根据串联风路“风量相等，阻力叠加”的原则，作平行于h轴 的若干条等风量线，在等风量线上将1、2分支阻力h1、h2叠加， 得到串联风路的等效阻力特性曲线上的点；
5. 并联风网的风量分配 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。 ∵
hi hs
Ri Q
2 i
即
Rs Q
Rs R
2 s
R1 R2 ... Ri
Rn
Qi
∴
QS
QS Ri (
1 R1
QS
Qi
Qs Ri Rs


1 R2
...
1 Rn
该回路中自然风压与通风机风压的代数和。
第二节
一、串联风路
简单网络特性
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5-2-1所示，由1，2，3，4，5五条分支组成串联风路。
（一） 串联风路特性
1. 总风量等于各分支的风量，即
7 6 9 8 9 7 8 1 6 5 4 4 1 2 5 3 3 2
或写为：
R1 R4 K 1 R2 R3
∴ 改变角联分支两侧的边缘分支的风阻就可以改变角联分支的风向。 对图示简单角联风网，可推导出如下角联分支风流方向判别式：
1，分支5中风向由3 2； R1 R4 K 1，分支5中风流停滞； R2 R3 1，分支5中风向由2 3。
３、将所有等风量线上的点联成曲线R3，即为串联风路的等效阻
力特性曲线。
H
R1+R2
R2
R1
３ R2 ２
２
R1 1
１
Q
二、并联风网
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，称为并联风网。如图所示并联风网由5条分支并联
（一）并联风路特性：
1. 总风量等于各分支的风量之和，即
4 5