第3章通风阻力解析PPT课件

式中 λ——实验比例系数，无因次； ρ——水流的 密度，kg/m3 ；L——圆管的长度，m； d——圆管 的直径，m；V——管内水流的平均速度，m/s；
上式是矿井风流摩擦阻力计算式的基础，它对
于不同流态的风流都能应用，只是流态不同时，式
中λ的实验式不同。
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尼古拉兹在壁面分别胶结各种粗细砂粒的圆
管中，实验得出了流态不同的水流λ系数同管壁 的粗糙程度、雷诺数的关系。管壁的粗糙程度用 管道的直径 d (m)和管壁平均突起的高度(即砂粒 的平均直径) k (m)之比来表示。并用阀门不断改 变管内水流的速度，实验结果如图所示。
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第一节 风流的流态
流体产生的阻力与流体 流动过程中的状态有关。流 体流动时有两种状态；一种 是流体呈层状流动，各层间 流体互不混合，流体质点流 动的轨迹为直线或有规则的 平滑曲线，这一状态称为层流。在流速很小，管 径很小，或粘性较大的流体流动时会发生层流。
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另一种是流体流动时，各部分流体强烈地互
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试验结果可分以下几种情况：
1) 在lgRe≤3.3(Re≤2320)时，即当液体作层流流 动，由左边斜线可以看出，所有试验点都分布于 其上，λ随Re的增加而减小，且与管道的相对粗 糙度无关，这时λ与Re的关系式为：
λ＝64/Re
2) 在3.3<1gRe<5.0(2320＜Re≤100000)的范围内， 流体由层流向紊流过渡，λ系数既和Re有关，也 和管壁的粗糙度有关。
Re VdVd
式中 ν——运动粘性系数，m2/s。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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当Re≤2000时，流体呈层流流动；当Re＞ 2000时，液流开始向紊流流动过渡，当Re＞ 10000时，流体完全呈现为紊流。
矿井巷道很少为圆形，对于非圆形通风巷道， 以4S/U(水力直径)代替上式中的d，即：
Re 4SV
U
U c S
半圆 S拱 (H0： .17 B )•3 B
指风流沿程的速度和方向都不变，而且各断面上
的速度分布相同。流态不同的风流，摩擦阻力hfr 的产生情况和大小也不同。一般情况下，摩擦阻
力要占能量方程中通风阻力的80～90％，它是矿
井通风设计，选择扇风机的主要参数，也是生产
中分析与改善矿井通风工作的主要对象。
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前人实验得出水流在圆管中的沿程阻力公式 （达西公式）是：
解：当风流开始出现紊流时，则其Re＝2000，当
完全紊流时， Re＝10000，因此：
V R U e 20 6 .5 0 1 8 0 .4 4 1 60 0 .1m 9 /s
4 S
4 2 .5
V R U e 10 6 .0 5 1 0 8 .4 4 0 1 60 0 .9m /5 s
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由于矿井中巷道的长度，周界及摩擦阻力系数 在巷道形成后一般变化较小，可看作常数。再 令：
RfrSL3U,Ns2 m8
Rfr——为巷道的摩擦风阻。
这时：
hfr RfrQ2,Pa
这就是完全紊流情况下的摩擦阻力定律。当巷 道风阻一定时，摩擦阻力与风量的平方成正比。
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三、井巷摩擦阻力的计算
[例1] 某梯形木支架煤巷，长200米，断面积为4m2， 沿断面的周长为8.3m，巷道摩擦阻力系数α通过查 表得到的标准值为0.018N·s2/m4，若通过巷通的风 量为960m3/min，试求其摩擦阻力?
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3) 当Re≥100000时，流体成为紊流流动。λ与Re无 关，只和管壁的粗糙度有关。管壁的粗糙度越大， λ系数就越大。其试验式为：
(1.74
1 lg
d
)2
k
矿井巷道中的风流，其性质与上面完全一样，
所不同的是矿井巷道的粗糙度较大，在较小的Re
时，便开始由层流变为紊流；此外，由于大多数矿
井巷道风流的Re均大于100000，故λ值仅决定于井
解： h f r S L 3Q U 2 0 .0 1 4 2 3 8 0 8 .3 ( 0 9 6)2 6 0 1 0 .5 1 P9
答：该巷道的摩擦阻力为119.5Pa。
应当注意，巷道的α值随ρ的改变而改变，在高 原地区，空气稀薄，当地的α值需进行校正。校正 式如下：
第三章 井巷通风阻力
风流流动时，必须具有一定的能量(通风压 力)，用以克服井巷及空气分子之间的摩擦对风 流所产生的阻力。通风压力克服通风阻力，两者 因次相同，数值相等，方向相反。知道通风阻力 的大小就能确定所需通风压力的大小。在矿井通 风中，存在着摩擦阻力和局部阻力，必须分析研 究它们的特性、测定方法以及降低措施等，从而 作为选择通风设备，进行通风管理与设计的依据。 这在通风设计中尤其重要。
巷壁的相对粗糙度，而与Re无关。在一定时期内，
各井巷壁的相对粗糙度可认为不变，因之λ值即为
常量。
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二、井巷摩擦阻力计算公式
由于矿井巷道极少为圆形，可用当量直径d＝ 4S/U代入沿程阻力公式得：
令：
α是巷道的摩擦阻力系数，与巷道帮壁的粗糙程 度有关。则：
hfrLSU 2V L SU Q S2 2S L3 U Q 2
相混合，流体质点的流动轨迹是极不规则的。 除了有沿流体总方向的位移外，还有垂直于液 流总方向的位移，流体内部存在着时而产生时 而消灭的漩涡，这种状态称为紊流。研究层流 与紊流的主要意义在于两种流态有着不同的阻 力定律。
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雷诺数
试验证明，层流与紊流彼此间的转变关系 决定于液体的密度ρ、绝对粘性系数μ，流体的 平均速度V与管道水力直径d，这些因素的综合 影响可以用雷诺数来表示为：
4 S
4 2 .5
由于煤矿中大部分巷道的断面均大于2.5m2，井 下巷道中的最低风速均在0.25米/秒以上，所以说 井巷中的风流大部为紊流. ，很少为层流。 6
第二节 摩 擦 阻 力
一、摩擦阻力及影响因素
风流在井巷中作均匀流动时，沿程受到井
巷固定壁面的限制，引起内外摩擦，因而产生阻
力，这种阻力，叫做摩擦阻力。所谓均匀流动是
三心 S(拱 H 0.： 08B )6 •B 7
式中 U——巷道周界长度，m。
c—断面形状系数，梯形断面c=4.16；三心拱 c=3.85；半圆拱c=3.90；. 圆断面，c=3.54。 5
例：某巷道的断面S＝2.5m2，周界U＝6.58m，风 流的ν＝14.4×10－6m2/s，试计算出风流开始出现 紊流时的平均风速？