第二章矿井通风压力

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。
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
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
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。
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
［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
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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
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
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
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+h动
某点的静压与位压之和称之为势压
井巷风流中任意断面的静压、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
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
• [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
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
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