礦內(nèi)空氣動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)

第二章礦內(nèi)空氣動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)2.1流體的概念流體可分為液體和氣體。流體是一種受任何微小剪切力作用時(shí)都能連續(xù)變形的物質(zhì)。流體具有流動(dòng)性，兩層流體以一定速度作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在兩層的交界面上就要產(chǎn)生內(nèi)摩擦力，又叫粘滯力。一般來(lái)說(shuō)，流體是可以壓縮的，當(dāng)壓力改變時(shí)其體積就要改變，因而密度也隨之必變。既沒(méi)有內(nèi)摩擦又沒(méi)有壓縮性的流體，叫做理想流體。一、壓力壓力（N/m2，Pa，J/m3

）

壓頭：如果將密度為

的某液體注入到一個(gè)斷面為A的垂直的管中，當(dāng)液體的高度為

h時(shí)，液體的體積為：

V=hAm32.2風(fēng)流壓力與能量根據(jù)密度的定義，這時(shí)液體的質(zhì)量為：

mass=V=hAkg液體的重力為：F=hAgN根據(jù)壓力的定義,有

P=F/A=ghN/m2orPa

因此，如果液體的密度已知，h就可代表壓力二、風(fēng)流能量風(fēng)流任一斷面上能量（機(jī)械能）由三部分組成:熱能位能動(dòng)能在通風(fēng)測(cè)量中以壓力的形式出現(xiàn)，這三部分能量分別表示為靜壓，位壓和動(dòng)壓。1、靜壓能

由分子運(yùn)動(dòng)理論可知，無(wú)論空氣是處于靜止還是流動(dòng)狀態(tài)，空氣的分子無(wú)時(shí)無(wú)刻不在作無(wú)秩序的熱運(yùn)動(dòng)。這種由分子熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的分子動(dòng)能的一部分轉(zhuǎn)化過(guò)來(lái)的能量，并且能夠?qū)ν庾龉Φ臋C(jī)械能叫靜壓能，用EP表示。2、動(dòng)能

對(duì)一個(gè)質(zhì)量為m靜止的物體，施加一個(gè)恒定的力F，在t時(shí)間內(nèi)加速到u，由于是勻加速，其平均速度為：

(0+u)/2=u/2m/s移動(dòng)的距離為：L=(u/2)tm加速度為：a=△u/△t=u/tm/s2施加的力為：

F=ma=mu/tN從靜止到速度為u，F(xiàn)做功為：

Wd=Ev=FL=(mu/t)(u/2)t=mu2/2J

Ev就是質(zhì)量為

m

的流體所具有的動(dòng)能.

3、位能(勢(shì)能)任何標(biāo)高都可用作位能的基點(diǎn)。在礦井中，不同的地點(diǎn)標(biāo)高不同，則位能不一樣。質(zhì)量為m的物體位于基點(diǎn)上，其勢(shì)能為0。當(dāng)對(duì)其施加一個(gè)能克服重力向上的力F，使其向上移動(dòng)到高于基點(diǎn)Zm，力F做的功為：

Wd=FZ=Ep=mgZJ

Ep為物體在Z高度上的勢(shì)能。＋_點(diǎn)壓力：靜壓、全壓、速壓點(diǎn)壓力：靜壓、全壓、速壓相對(duì)壓力、絕對(duì)壓力、大氣壓力絕對(duì)壓力相對(duì)壓力大氣壓力2.3能量方程（伯努力方程）截面1能量U1＝截面2能量U2+損失h1-2若認(rèn)為流體不可壓縮，則密度不變，那么單位體積流體的伯努利方程表達(dá)式為：能量方程含義2.4壓力坡度線通風(fēng)壓力坡度線是對(duì)能量方程的圖形描述，反映空氣在流動(dòng)過(guò)程中壓力沿程的變化規(guī)律、通風(fēng)壓力和通風(fēng)阻力之間的相互關(guān)系和相互轉(zhuǎn)換。通風(fēng)壓力坡度線是通風(fēng)管理和均壓防滅火的有力工具。

抽出式通風(fēng)的壓力分布如圖所示的抽出式通風(fēng)系統(tǒng)，能量方程為：式中Hs=P1-P2

通風(fēng)機(jī)在風(fēng)硐中所造成的相對(duì)靜壓通風(fēng)機(jī)入口2到擴(kuò)散塔出口3的能量方程式：

因此能量方程為：

當(dāng)不考慮自然風(fēng)壓時(shí)，在通風(fēng)機(jī)的全壓中，用于克服礦井阻力h1、2那一部分，常稱為通風(fēng)機(jī)有效靜壓，以Hs′表示：上式說(shuō)明，在抽出式通風(fēng)時(shí)，通風(fēng)機(jī)的有效靜壓，等于通風(fēng)機(jī)的全壓與擴(kuò)散塔出口動(dòng)壓之差。抽出式通風(fēng)的壓力坡度線抽出式通風(fēng)系統(tǒng)壓力坡度圖如圖所示的壓入式通風(fēng)系統(tǒng)，能量方程為：式中Hs=P1-P2——通風(fēng)機(jī)在風(fēng)硐中所造成的相對(duì)靜壓；Hn——自然風(fēng)壓，Pa

壓入式通風(fēng)的壓力分布

由于通風(fēng)機(jī)入口外P0，風(fēng)速等于0，忽略這段巷道的阻力不計(jì)時(shí)，其能量方程式為：

Hf——通風(fēng)機(jī)全壓，Pa。能量方程為：此式表明，通風(fēng)機(jī)全壓與自然風(fēng)壓共同作用，克服了礦井阻力，并在出風(fēng)井口造成動(dòng)壓損失。壓入式通風(fēng)的壓力坡度線壓入式通風(fēng)系統(tǒng)壓力坡度圖P0為地表大氣壓，Pa；

如圖所示輔助通風(fēng)機(jī)安裝在井下，在輔助通風(fēng)機(jī)前后都有一段風(fēng)路，前段為抽出式，出口端為壓入式。通風(fēng)機(jī)安裝在井下時(shí)壓力分布

斷面1、2的能量方程式：

入風(fēng)井口斷面a到通風(fēng)機(jī)吸風(fēng)口斷面1之間的能量方程式:式中Hs=P2-P1通風(fēng)機(jī)出風(fēng)口斷面2到排風(fēng)井口斷面b之間的能量方程式(1)、(2)相加有：

其中，通風(fēng)機(jī)安裝在井下時(shí)壓力坡度線抽壓結(jié)合式通風(fēng)系統(tǒng)壓力坡度圖由推