巷道的摩擦阻力系数
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δ
巷道剖面
vmax
vmax
第一节 井巷断面上风速分布
平均风速： v 1
S
S
vi dS
3.2
2.7
式中： vi dS 巷道通过风量Q。则：Q＝V×S
S
5m /s
风速分布系数：
2.
2.
0
25
2.5
断面上平均风速v与最大风速vmax的比值称 为风速分布系数(速度场系数)，用Kv表示： Kv v
以说井巷中的风流大部为紊流，很少为层流。
第一节 井巷断面上风速分布
二、井巷断面上风速分布
（１）紊流脉动
风流中各点的流速、压力等物理参数随时间作不规则 （２）时均速度 瞬时速度 vx 随时间τ的变化。其值虽然不断变化，但 在一足够长的时间段 T 均值上下波动。 vx T vx t 内，流速 vx 总是围绕着某一平
摩擦阻力和局部阻力产生的原因和测算
第三章 井巷通风阻力
第一节 井巷断面上风速分布
当空气沿井巷运动时，由于风流的粘滞性和 惯性以及井巷壁面等对风流的阻滞、扰动作用 而形成通风阻力，它是造成风流能量损失的原 因。井巷通风阻力可分为两类： 摩擦阻力(也称为沿程阻力)和局部阻力。
第一节 井巷断面上风速分布
本章主要内容
第四节 矿井总风阻与等级孔 一、井巷阻力特性 二、矿井总风阻 三、矿井等级孔 第五节 井巷通风阻力测算 一、通风阻力hR测算 二、局部阻力测算 三、井筒阻力测算 四、测算结果分析 第六节 降低矿井通风阻力措施 一、降低井巷摩擦阻力的措施 二、降低局部阻力措施
本章主要内容
本章重点和难点：
一、风流流态 1、管道流 层流：同一流体在同一管 道中流动时，不同的流速， 会形成不同的流动状态。
Βιβλιοθήκη Baidu
当流速较低时，流体质点
互不混杂，沿着与管轴平 行的方向作层状运动，称
为层流(或滞流)。
第一节 井巷断面上风速分布
• 紊流：当流速较大时，流体质点的运动速度在大小和 方向上都随时发生变化，成为互相混杂的紊乱流动， 称为紊流(或湍流)。
解：Re=Vd/ν=4VS/(Uν)=4×4×9/(15×10-6×4.16×3)=84615>2300,紊流 巷道条件同上，Re=2300层流临界风速：
V=Re×U×ν/4S
=2300×4.16×3×15×10-6/(4×9)=0.012m/s<0.15
第一节 井巷断面上风速分布
• 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0.25m/S以上，所
第一节 井巷断面上风速分布
（3）、孔隙介质流
在采空区和煤层等多孔介质中风流的流态判别准数为：
vK Re l
式中：K—冒落带渗流系数，m2；l—滤流带粗糙度系数，m。
层流，Re≤0.25； 紊流，Re＞2.5； 过渡流 0.25<Re<2.5
例：某巷道采用工字钢支护， S=9m2 ， Q=240m3/min=4m3/s ，判 断风流流态。
巷壁愈光滑，Kv值愈大，即断面上风速分布 愈均匀。 速度分布不对称 最大风速不在轴 砌碹巷道，Kv=0.8～0.86；木棚支护巷道， 线上！ Kv=0.68～0.82；无支护巷道，Kv=0.74～0.81。
0 3. 5
0
vmax
第三章 井巷通风阻力
第二节
摩擦风阻与阻力
第二节 摩擦风阻与阻力
一、摩擦阻力
（２）当量直径
对于非圆形断面的井巷，Re数中的管道直径d应以井巷断
面的当量直径de来表示： 非圆形断面井巷的雷诺数
de 4 S U
4vS Re U
对于不同形状的井巷断面，其周长U与断面积S的关系， 可用下式表示：
U C S
C—断面形状系数：梯形C=4.16；三心拱C=3.85；半圆拱 C=3.90。
第二节 摩擦风阻与阻力
1．尼古拉兹实验
能量损失原因： 内因：取决于粘滞力和惯性力的比值，用雷诺数Re来衡量； 外因：是固体壁面对流体流动的阻碍作用，与管道长度、断面 形状及大小、壁面粗糙度有关。壁面粗糙度的影响通过 λ值来 反映。 绝对糙度：砂粒的直径ε就是管壁凸起的高度， 相对糙度：绝对糙度ε与管道半径r的比值ε/r
第二节 摩擦风阻与阻力 Ⅳ区—紊流过渡区，各
lg 1000
1.1 1.0
种不同相对糙度的实验 点各自分散呈一波状曲 线，λ值既与Re有关， 也与ε/r有关。
《通 风 安 全 学》
第三章 井巷通风阻力
安徽理工大学能源与安全学院 安全工程系
本章主要内容
第一节 井巷断面上风速分布
一、风流流动状态 二、井巷断面上风速分布 第二节 摩擦阻力 一、摩擦阻力 二、摩擦阻力系数与摩擦风阻 三、井巷摩擦阻力计算方法 第三节 局部阻力 一、局部阻力及其计算 二、局部阻力系数和局部风阻
风流在井巷中作沿程流动时，由于流体层间的摩擦和流体
与井巷壁面之间的摩擦所形成的阻力称为摩擦阻力(也叫沿程 阻力)。
由流体力学可知，无论层流还是紊流，以风流压能损失来
反映的摩擦阻力可用下式来计算：Pa
L v2 h f · d 2
λ－无因次系数，即摩擦阻力系数，通过实验求得。 d －圆形风管直径，非圆形管用当量直径；
第一节 井巷断面上风速分布
(３）巷道风速分布
由于空气的粘性和井巷壁面摩擦影响，井巷断面上风速分
布是不均匀的。 层流边层：在贴近壁面处仍存在层流运动薄层，即层流边 层。其厚度δ随Re增加而变薄，它的存在对流动阻力、传热 和传质过程有较大影响。
第一节 井巷断面上风速分布
在层流边层以外，从巷壁向巷道轴心方向，风速逐渐增大， 呈抛物线分布。 v
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。
第一节 井巷断面上风速分布
风流流态判断
（１）雷诺数－Re
平均流速v、管道直径d和流体的运动粘性系数。
Re vd
在实际工程计算中，通常以Re=2300作为管道流动流 态的判定准数，即：
Re≤2300 层流，
Re＞2300 紊流
第一节 井巷断面上风速分布
第二节 摩擦风阻与阻力
1．尼古拉兹实验
1932～1933年间，尼古拉兹把经过筛分、粒径为ε的砂粒均 匀粘贴于管壁。 水作为流动介质、对相对糙度分别为1/15、1/30.6、1/60、 1/126 、 1/256 、 1/507 六种不同的管道进行试验研究。对实验 数据进行分析整理，在对数坐标纸上画出λ与Re的关系曲线， 如图下页所示(书中图3-2-1) 。
巷道剖面
vmax
vmax
第一节 井巷断面上风速分布
平均风速： v 1
S
S
vi dS
3.2
2.7
式中： vi dS 巷道通过风量Q。则：Q＝V×S
S
5m /s
风速分布系数：
2.
2.
0
25
2.5
断面上平均风速v与最大风速vmax的比值称 为风速分布系数(速度场系数)，用Kv表示： Kv v
以说井巷中的风流大部为紊流，很少为层流。
第一节 井巷断面上风速分布
二、井巷断面上风速分布
（１）紊流脉动
风流中各点的流速、压力等物理参数随时间作不规则 （２）时均速度 瞬时速度 vx 随时间τ的变化。其值虽然不断变化，但 在一足够长的时间段 T 均值上下波动。 vx T vx t 内，流速 vx 总是围绕着某一平
摩擦阻力和局部阻力产生的原因和测算
第三章 井巷通风阻力
第一节 井巷断面上风速分布
当空气沿井巷运动时，由于风流的粘滞性和 惯性以及井巷壁面等对风流的阻滞、扰动作用 而形成通风阻力，它是造成风流能量损失的原 因。井巷通风阻力可分为两类： 摩擦阻力(也称为沿程阻力)和局部阻力。
第一节 井巷断面上风速分布
本章主要内容
第四节 矿井总风阻与等级孔 一、井巷阻力特性 二、矿井总风阻 三、矿井等级孔 第五节 井巷通风阻力测算 一、通风阻力hR测算 二、局部阻力测算 三、井筒阻力测算 四、测算结果分析 第六节 降低矿井通风阻力措施 一、降低井巷摩擦阻力的措施 二、降低局部阻力措施
本章主要内容
本章重点和难点：
一、风流流态 1、管道流 层流：同一流体在同一管 道中流动时，不同的流速， 会形成不同的流动状态。
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当流速较低时，流体质点
互不混杂，沿着与管轴平 行的方向作层状运动，称
为层流(或滞流)。
第一节 井巷断面上风速分布
• 紊流：当流速较大时，流体质点的运动速度在大小和 方向上都随时发生变化，成为互相混杂的紊乱流动， 称为紊流(或湍流)。
解：Re=Vd/ν=4VS/(Uν)=4×4×9/(15×10-6×4.16×3)=84615>2300,紊流 巷道条件同上，Re=2300层流临界风速：
V=Re×U×ν/4S
=2300×4.16×3×15×10-6/(4×9)=0.012m/s<0.15
第一节 井巷断面上风速分布
• 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0.25m/S以上，所
第一节 井巷断面上风速分布
（3）、孔隙介质流
在采空区和煤层等多孔介质中风流的流态判别准数为：
vK Re l
式中：K—冒落带渗流系数，m2；l—滤流带粗糙度系数，m。
层流，Re≤0.25； 紊流，Re＞2.5； 过渡流 0.25<Re<2.5
例：某巷道采用工字钢支护， S=9m2 ， Q=240m3/min=4m3/s ，判 断风流流态。
巷壁愈光滑，Kv值愈大，即断面上风速分布 愈均匀。 速度分布不对称 最大风速不在轴 砌碹巷道，Kv=0.8～0.86；木棚支护巷道， 线上！ Kv=0.68～0.82；无支护巷道，Kv=0.74～0.81。
0 3. 5
0
vmax
第三章 井巷通风阻力
第二节
摩擦风阻与阻力
第二节 摩擦风阻与阻力
一、摩擦阻力
（２）当量直径
对于非圆形断面的井巷，Re数中的管道直径d应以井巷断
面的当量直径de来表示： 非圆形断面井巷的雷诺数
de 4 S U
4vS Re U
对于不同形状的井巷断面，其周长U与断面积S的关系， 可用下式表示：
U C S
C—断面形状系数：梯形C=4.16；三心拱C=3.85；半圆拱 C=3.90。
第二节 摩擦风阻与阻力
1．尼古拉兹实验
能量损失原因： 内因：取决于粘滞力和惯性力的比值，用雷诺数Re来衡量； 外因：是固体壁面对流体流动的阻碍作用，与管道长度、断面 形状及大小、壁面粗糙度有关。壁面粗糙度的影响通过 λ值来 反映。 绝对糙度：砂粒的直径ε就是管壁凸起的高度， 相对糙度：绝对糙度ε与管道半径r的比值ε/r
第二节 摩擦风阻与阻力 Ⅳ区—紊流过渡区，各
lg 1000
1.1 1.0
种不同相对糙度的实验 点各自分散呈一波状曲 线，λ值既与Re有关， 也与ε/r有关。
《通 风 安 全 学》
第三章 井巷通风阻力
安徽理工大学能源与安全学院 安全工程系
本章主要内容
第一节 井巷断面上风速分布
一、风流流动状态 二、井巷断面上风速分布 第二节 摩擦阻力 一、摩擦阻力 二、摩擦阻力系数与摩擦风阻 三、井巷摩擦阻力计算方法 第三节 局部阻力 一、局部阻力及其计算 二、局部阻力系数和局部风阻
风流在井巷中作沿程流动时，由于流体层间的摩擦和流体
与井巷壁面之间的摩擦所形成的阻力称为摩擦阻力(也叫沿程 阻力)。
由流体力学可知，无论层流还是紊流，以风流压能损失来
反映的摩擦阻力可用下式来计算：Pa
L v2 h f · d 2
λ－无因次系数，即摩擦阻力系数，通过实验求得。 d －圆形风管直径，非圆形管用当量直径；
第一节 井巷断面上风速分布
(３）巷道风速分布
由于空气的粘性和井巷壁面摩擦影响，井巷断面上风速分
布是不均匀的。 层流边层：在贴近壁面处仍存在层流运动薄层，即层流边 层。其厚度δ随Re增加而变薄，它的存在对流动阻力、传热 和传质过程有较大影响。
第一节 井巷断面上风速分布
在层流边层以外，从巷壁向巷道轴心方向，风速逐渐增大， 呈抛物线分布。 v
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。
第一节 井巷断面上风速分布
风流流态判断
（１）雷诺数－Re
平均流速v、管道直径d和流体的运动粘性系数。
Re vd
在实际工程计算中，通常以Re=2300作为管道流动流 态的判定准数，即：
Re≤2300 层流，
Re＞2300 紊流
第一节 井巷断面上风速分布
第二节 摩擦风阻与阻力
1．尼古拉兹实验
1932～1933年间，尼古拉兹把经过筛分、粒径为ε的砂粒均 匀粘贴于管壁。 水作为流动介质、对相对糙度分别为1/15、1/30.6、1/60、 1/126 、 1/256 、 1/507 六种不同的管道进行试验研究。对实验 数据进行分析整理，在对数坐标纸上画出λ与Re的关系曲线， 如图下页所示(书中图3-2-1) 。