第二章矿井通风压力

4
正确选择求位能时的基准 面
利用公式计算时，应注意动压中ρ1、ρ2与位压中 ρ1、ρ2的选取方法。动压中的ρ1、ρ2分别取1、2断 面 风流的空气密度，位压中的ρ1、ρ2视基准面的选 取情况按下述方法计算：
当1、2断面位于矿井最低 水平的同一侧时，如图可 将位压的基准面选在较低 的2断面，如精度不高时可 取ρ12＝（ρ1＋ρ2）/2（ρ1、 ρ2为1、2两断面风流的空 气密度
4、补偿式微压计
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
5、矿井通风综合参数检测仪
使用方法
第三节 通风能量方程
一、空气流动的连续性方程
M 1＝M 2
质量 守恒 定律
例：2-3
二、巷道中风流的能量方程
h阻12
v 2v 2 （P1 Z 11g）－（P2 Z 2 2g） 2 2
2 1 1
2
关于能量方程使用的几点说明 1
能量方程的意义是，表示 1kg（或1m3）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（静压能、动压能 和位能）的变化量
P位 ＝ρ1-2gZ12，Pa
位压的特点
相对基准面而存 在 位压是一种潜在 能量，对外无力 的效应，故不可 测量
位压和静压可以 相互转换，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
3、动能与动压
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
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 用运动粘度 v(m2／s) 和动力粘度 μ(Pa· s) 表示
v=μ/ρ
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。
三、通风压力与压差
1、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、静压差与全压差的测量
静 压 差 的 测 量
全 压 差 的 测 量
四、压力测量仪器的使用
测量绝对压力的气压计
测压 仪器
测量相对压力的压差计和皮 托管
2）静压特点
风流静压的大小 （可以用仪表测量） 反映了单位体积风 无论静止的空气还 风流中任一点的静 流所具有的能够对 是流动的空气都具 压各向同值，且垂 外作功的静压能的 有静压力 直于作用面 多少。如说风流的 压力为101332Pa， 则指风流1m3具有 101332J的静压能
3)压力的两种测算准则
第二章 矿井通风压力
本章要点
空气的主要物理性质； 风流的能量与压力；通 风能量方程的应用。
知识点
技能点
单管倾斜压差计的使用； 补偿式微压计的使用； 风流点压力的测定
任务描述
压力是矿井通风的一个重要参数，通过压力的测量可以 掌握空矿井通风的状况和矿井阻力的分布，如何测量矿 井通风的压力？
任务分析
通过测量矿井巷道中的压力大小，尤其是点压力的测定， 可以判断出通风的状况，阻力的分布状况等。
动压的计算
则单位体积空气所具有的动能为E动： E动 ＝
1 2 v 2 1 2 v 2
，J/m3
E动对外所呈现的动压为：
h动＝
，Pa
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 在同一流动断面上，因各点风速不等，其动压各 不相同
第二节风流的能量与压力
1、当空气的 能量对外做功 有力的表现时 成为压力
2、压力是可 以测量的，因 此，压力可以 理解为单位体 积空气所具有 的能够对外做 功的机械能
3、在井巷风 流任意断面上 的静压能、动 能、位能通过 静压、动压和 位压呈现
一、风流能量与压力的类型及概念
1、静压能与静压 1)静压能与静压的概念
由空气分子热运动产生 的分子动能的一部分转 化的能够做功的机械能 叫静压能，用E静 表示 （J/m3）
当空气分子撞击到器壁 上时就有了力的效应， 这种单位面积上力的效 应称为静压力，简称静 压，用P表示（N/m2， 即Pa）
静压能（内涵）
静压（外在表现）
静压能与静压是一个事物的两个方面， 数值上大小相等
• [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
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，则风流方与假设相反
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
2、位能与位压
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（J/m3） 表示
位能所呈现的压力 叫位压，用P位 （Pa）表示
位压的计算
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
1、空盒气压计
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
2、 U型垂直压差计
3、 U型倾斜压差计
h=L· △· g· sina，Pa
3、单管倾斜压差计
YYT—200型单管倾斜压差计结构 1—底座；2—水准指示器；3—弧形支架；4— 加液盖；5—零位调整旋钮；6—三通阀门柄； 7—游标；8—倾斜测压管；9—调平螺钉；10— 大容器；11—多向阀门
当1、2断面分别位于矿井 最低水平的两侧时，如图 应将位压的基准面（0—0） 选在最低水平，当高差不 大或精度不高时，可取ρ10 ＝（ρ1＋ρ0）/2，ρ20＝（ρ2 ＋ρ0）/2。
三、能量方程在矿井通风中的应用
1、计算井巷通风阻力并判断风流方向
[例2—4]某倾斜巷道如图所示，已
知断面Ⅰ-Ⅰ和断面Ⅱ-Ⅱ的p静1 =100421Pa，p静2 =100782Pa； υ1=4m/s,υ2=3m/s；ρ1＝1.21kg/m3, ρ2＝1.20kg/m3；Ⅰ－Ⅰ断面和Ⅱ －Ⅱ断面的高差为Z＝60m。试求 两断面间的通风阻力，并判断风流 方向
矿井常用压强单位：Pa
MPa
mmHg
mmH20 mmbar bar atm 等。 换算关系：1 atm = 760 mmHg = 1013.25 mmbar = 101325 Pa １mmbar = 100 Pa = 10.2 mmH20, １mmHg = 13.6mmH20 = 133.32 Pa
3
4
动压无绝对压力与相对压力之分，总是大于零
4、全压、势压与总压 （1）全压分绝对全压和相对全压 （2）绝对全压：绝对静压和动压之和 P全=P静、动压、位压之和称 为该断面的总压
二、井巷风流点压力及其相互关系
1、风流的点压力
风流的点压力：指测点的单位体 积（1m3）空气所具有的压力
二、空气的压力
压力（压强）p(Pa)
空气分子热运动对器 壁碰撞的宏观表现
空气压力是单位体积内不规 则热运动产生的总动能的2/3 转化为能对外做功的机械能
2 1 2 P＝3 n( 2 mv )
空气的压力是可以 测量的
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
形成的特征
静压（P静、h静）
风流的 点压力
动压（h动）
全压（P全、h全）
皮托管
皮托管是一种测压管，它 是承受和传递压力的工具。 它由两个同心管(一般为 圆形)组成，其结构如图2 所示。尖端孔口a与标着 (+)号的接头相通，测定 全压；侧壁小孔b与标着 (一)号的接头相通，测定 静压。
1、P静＞P0
［解］设风流方向是由Ⅰ－Ⅰ断面流向Ⅱ－Ⅱ断面，基 准面选定为通过Ⅰ－Ⅰ断面中心的水平面。根据通风能 量方程，两断面之间的通风阻力为两断面的总压力之差， 即：
h阻12 ( p1
112
2
1 1 g ) ( p2
2 2 2
2
2 2 g)
＝（100421＋9.7）－（100782＋5.4＋709.3） ＝100430.7－101496.7 ＝－1066 Pa 因为通风阻力为负值，说明Ⅰ－Ⅰ断面的总压力小于Ⅱ －Ⅱ断面的总压力，原假设的风流方向是错误的，实际 风流方向应从Ⅱ－Ⅱ断面流向Ⅰ－Ⅰ断面，其通风阻力 为1066 Pa
第一节
第二节
第三节
空气的 主要物 理性质
风流能 量与压 力
通风能 量方程
第一节
空气的主要物理性质
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

M V
M----空气的质量，kg; V----空气的体积，m3
标准大气状况：p=101325Pa,t=0℃，
0%
在标准状况下，干空气的密度是 1.293kg/m3
b
P静与h静比较
同一断面上各 绝对静压总是 点风流的绝对 P静 可能大于、 为正，而相对 静压随高度的 等于或小于与 静压有正负之 变化而变化， 该点同标高的 而相对静压与 大气压(P0) 分 高度无关
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
绝对压力
压 力
P
• 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
相对压力
h
• 以当时当地同标高的大气压力为测 算基准(零点)测得的压力称之为相 对压力
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
6、h动=P全—P静
2、P全＞ P静
7、h全= P全—P0
3、P全＞P0
8、h全=h静+h动
4、h静=P静—P0
1、P静＜P0
6、h动=P静—P全
2、P全＞ P静
7、h全=P0— P全
3、P全＜P0
8、h全=h静—h动
4、h静=P0—P静
[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
ρ1v1S1＝ρ2v 2S2
对于不可压缩流体，即 ρ1＝ρ2，则有
v1 S1＝v 2S2
井巷断面上风流 平均流速与过流 断面面积成反比。 即在流量一定的 条件下，空气在 断面大的地方流 速小，在断面小 的地方流速大
风流在如图所示的井巷中由断面1流至断面时，已 知S1=10m2,S2=8m2,断面1、2的空气密度为ρ1=1.18kg/m3, ρ2=1.20kg/m3, 求（1）断面1、2上通过的质量流量M1、M2;(2)断面1、2上 的体积流量Q1、Q2;(3)断面2上的平均流速