第三章礦井通風(fēng)阻力

第三章礦井通風(fēng)阻力第1頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2溫故而知新3礦井通風(fēng)阻力3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)3.2摩擦阻力3.3局部阻力3.4通風(fēng)阻力定律和特性3.5通風(fēng)阻力測(cè)量3.6流體的相似理論與應(yīng)用上一章我們已經(jīng)解決的問(wèn)題：1.描述空氣流動(dòng)用到哪些參數(shù)？2.空氣流動(dòng)的內(nèi)在原因是什么？3.如何描述空氣流動(dòng)的基本規(guī)律？4.這些基本規(guī)律如何指導(dǎo)礦井通風(fēng)？本章需要解決的問(wèn)題：1.空氣在井巷中流動(dòng)的阻力是如何產(chǎn)生的？2.如何評(píng)價(jià)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)狀況？3.如何改善礦井通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)狀況？第2頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3本章主要內(nèi)容1、井巷斷面上風(fēng)速分布--風(fēng)流流態(tài)--井巷斷面風(fēng)速分布2、摩擦風(fēng)阻與阻力--摩擦阻力--摩擦阻力系數(shù)--摩擦風(fēng)阻--阻力計(jì)算--阻力測(cè)定3、局部風(fēng)阻與阻力--局部阻力及計(jì)算--阻力系數(shù)--局部風(fēng)阻4、礦井總風(fēng)阻與礦井等積孔--阻力特性--礦井總風(fēng)阻--礦井等積孔5、降低礦井通風(fēng)阻力措施6、通風(fēng)阻力的測(cè)量7、流體相似理論與應(yīng)用3礦井通風(fēng)阻力3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)3.2摩擦阻力3.3局部阻力3.4通風(fēng)阻力定律和特性3.5通風(fēng)阻力測(cè)量3.6流體的相似理論與應(yīng)用第3頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期三43.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)井巷通風(fēng)阻力可分為兩類：摩擦阻力(也稱為沿程阻力)和局部阻力。一、風(fēng)流流態(tài)1、管道流當(dāng)流速較低時(shí)，流體質(zhì)點(diǎn)互不混雜，沿著與管軸平行的方向作層狀運(yùn)動(dòng)，稱為層流(或滯流)。當(dāng)流速較大時(shí)，流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度在大小和方向上都隨時(shí)發(fā)生變化，成為互相混雜的紊亂流動(dòng)，稱為紊流(或湍流)。3礦井通風(fēng)阻力3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)3.2摩擦阻力3.3局部阻力3.4通風(fēng)阻力定律和特性3.5通風(fēng)阻力測(cè)量3.6流體的相似理論與應(yīng)用第4頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期三5（１）雷諾數(shù)－Re

式中：平均流速v、管道直徑d和流體的運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)。在實(shí)際工程計(jì)算中，為簡(jiǎn)便起見，通常以Re=2000作為管道流動(dòng)流態(tài)的判定準(zhǔn)數(shù)，即：Re≤2000層流，2000<Re<100000紊流過(guò)度Re>100000完全紊流。3礦井通風(fēng)阻力3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)3.2摩擦阻力3.3局部阻力3.4通風(fēng)阻力定律和特性3.5通風(fēng)阻力測(cè)量3.6流體的相似理論與應(yīng)用3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)第5頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期三6雷諾實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)方法通過(guò)調(diào)節(jié)閥門調(diào)節(jié)管內(nèi)流速，觀察和測(cè)定不同流速下管內(nèi)流體流動(dòng)形態(tài)及速度流量和阻力損失換用不同管徑的管道重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)換用不同流體介質(zhì)重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)水箱紅墨水測(cè)壓管閥門測(cè)試觀察管段針型管第6頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期三7（２）當(dāng)量直徑對(duì)于非圓形斷面的井巷，Re數(shù)中的管道直徑d應(yīng)以井巷斷面的當(dāng)量直徑de來(lái)表示：因此，非圓形斷面井巷的雷諾數(shù)可用下式表示：

對(duì)于不同形狀的井巷斷面，其周長(zhǎng)U與斷面積S的關(guān)系，可用下式表示：式中：C—斷面形狀系數(shù)：梯形C=4.16；三心拱C=3.85；半圓拱C=3.903礦井通風(fēng)阻力3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)3.2摩擦阻力3.3局部阻力3.4通風(fēng)阻力定律和特性3.5通風(fēng)阻力測(cè)量3.6流體的相似理論與應(yīng)用3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)第7頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期三82、孔隙介質(zhì)流在采空區(qū)和煤層等多孔介質(zhì)中風(fēng)流的流態(tài)判別準(zhǔn)數(shù)為：式中：K—冒落帶滲流系數(shù)，m2；l—濾流帶粗糙度系數(shù)，m。

層流，Re≤0.25；紊流，Re＞2.5；過(guò)渡流0.25<Re<2.53礦井通風(fēng)阻力3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)3.2摩擦阻力3.3局部阻力3.4通風(fēng)阻力定律和特性3.5通風(fēng)阻力測(cè)量3.6流體的相似理論與應(yīng)用3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)第8頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期三9二、井巷斷面上風(fēng)速分布（１）紊流脈動(dòng)風(fēng)流中各點(diǎn)的流速、壓力等物理參數(shù)隨時(shí)間作不規(guī)則脈動(dòng)（２）時(shí)均速度瞬時(shí)速度vx隨時(shí)間τ的變化。其值雖然不斷變化，但在一足夠長(zhǎng)的時(shí)間段T內(nèi)，流速vx總是圍繞著某一平均值上下波動(dòng)。Tvxvxt3礦井通風(fēng)阻力3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)3.2摩擦阻力3.3局部阻力3.4通風(fēng)阻力定律和特性3.5通風(fēng)阻力測(cè)量3.6流體的相似理論與應(yīng)用3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)第9頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期三10(３）巷道風(fēng)速分布層流邊層：在貼近壁面處仍存在層流運(yùn)動(dòng)薄層，即層流邊層。其厚度δ隨Re增加而變薄，它的存在對(duì)流動(dòng)阻力、傳熱和傳質(zhì)過(guò)程有較大影響。在層流邊層以外，從巷壁向巷道軸心方向，風(fēng)速逐漸增大，呈拋物線分布。平均風(fēng)速：式中：巷道通過(guò)風(fēng)量Q。則：Q＝V×Sδvvmax3礦井通風(fēng)阻力3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)3.2摩擦阻力3.3局部阻力3.4通風(fēng)阻力定律和特性3.5通風(fēng)阻力測(cè)量3.6流體的相似理論與應(yīng)用3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)第10頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期三11風(fēng)速分布系數(shù)：斷面上平均風(fēng)速v與最大風(fēng)速vmax的比值稱為風(fēng)速分布系數(shù)(速度場(chǎng)系數(shù))，用Kv表示：

巷壁愈光滑，Kv值愈大，即斷面上風(fēng)速分布愈均勻。

砌碹巷道，Kv=0.8～0.86；木棚支護(hù)巷道，Kv=0.68～0.82；無(wú)支護(hù)巷道，Kv=0.74～0.81。3礦井通風(fēng)阻力3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)3.2摩擦阻力3.3局部阻力3.4通風(fēng)阻力定律和特性3.5通風(fēng)阻力測(cè)量3.6流體的相似理論與應(yīng)用3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)第11頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期三123.2摩擦阻力一、摩擦阻力風(fēng)流在井巷中作均勻流動(dòng)時(shí)，由于流體層間的摩擦和流體與井巷壁面之間的摩擦所形成的阻力稱為摩擦阻力(也叫沿程阻力)。由流體力學(xué)可知，無(wú)論層流還是紊流，以風(fēng)流壓能損失來(lái)反映的摩擦阻力可用下式來(lái)計(jì)算：

λ－無(wú)因次系數(shù)，即沿程阻力系數(shù)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)求得。d—圓形風(fēng)管直徑，非圓形管用當(dāng)量直徑；3礦井通風(fēng)阻力3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)3.2摩擦阻力3.3局部阻力3.4通風(fēng)阻力定律和特性3.5通風(fēng)阻力測(cè)量3.6流體的相似理論與應(yīng)用第12頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期三131．尼古拉茲實(shí)驗(yàn)實(shí)際流體在流動(dòng)過(guò)程中，沿程能量損失一方面（內(nèi)因）取決于粘滯力和慣性力的比值，用雷諾數(shù)Re來(lái)衡量；另一方面（外因）是固體壁面對(duì)流體流動(dòng)的阻礙作用，故沿程能量損失又與管道長(zhǎng)度、斷面形狀及大小、壁面粗糙度有關(guān)。其中壁面粗糙度的影響通過(guò)λ值來(lái)反映。1932～1933年間，尼古拉茲把經(jīng)過(guò)篩分、粒徑為k的砂粒均勻粘貼于管壁。砂粒的直徑k就是管壁凸起的高度，稱為絕對(duì)糙度；絕對(duì)糙度k與管道半徑r的比值k/r稱為相對(duì)糙度。以水作為流動(dòng)介質(zhì)、對(duì)相對(duì)糙度分別為1/15、1/30.6、1/60、1/126、1/256、1/507六種不同的管道進(jìn)行試驗(yàn)研究。對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，在對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上畫出λ與Re的關(guān)系曲線，如圖3-2-1所示。3礦井通風(fēng)阻力3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)3.2摩擦阻力3.3局部阻力3.4通風(fēng)阻力定律和特性3.5通風(fēng)阻力測(cè)量3.6流體的相似理論與應(yīng)用3.2摩擦阻力第13頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期三14尼古拉茲實(shí)驗(yàn)結(jié)果Lg（100λ）lgRe層流時(shí),水力光滑壁面,稱為紊流光滑區(qū)水力粗糙壁面,稱為紊流粗糙區(qū)又稱為阻力平方區(qū)過(guò)渡粗糙壁面,稱為紊流過(guò)渡粗糙區(qū)紊流結(jié)構(gòu)圖示3.2摩擦阻力第14頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期三15結(jié)論分析：Ⅰ區(qū)——層流區(qū)。當(dāng)Re＜2320(即lgRe＜3.36)時(shí)，不論管道粗糙度如何，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果都集中分布于直線Ⅰ上。這表明λ與相對(duì)糙度k/r無(wú)關(guān)，只與Re有關(guān)，且λ=64/Re。與相對(duì)粗糙度無(wú)關(guān)Ⅱ區(qū)——過(guò)渡流區(qū)。2320≤Re≤4000(即3.36≤lgRe≤3.6)，在此區(qū)間內(nèi)，不同相對(duì)糙度的管內(nèi)流體的流態(tài)由層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪?。所有的?shí)驗(yàn)點(diǎn)幾乎都集中在線段Ⅱ上。λ隨Re增大而增大，與相對(duì)糙度無(wú)明顯關(guān)系。3礦井通風(fēng)阻力3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)3.2摩擦阻力3.3局部阻力3.4通風(fēng)阻力定律和特性3.5通風(fēng)阻力測(cè)量3.6流體的相似理論與應(yīng)用3.2摩擦阻力第15頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期三16Ⅲ區(qū)——水力光滑管區(qū)。在此區(qū)段內(nèi)，管內(nèi)流動(dòng)雖然都已處于紊流狀態(tài)(Re＞4000)，但在一定的雷諾數(shù)下，當(dāng)層流邊層的厚度δ大于管道的絕對(duì)糙度k（稱為水力光滑管）時(shí)，其實(shí)驗(yàn)點(diǎn)均集中在直線Ⅲ上，表明λ與k仍然無(wú)關(guān)，而只與Re有關(guān)。隨著Re的增大，相對(duì)糙度大的管道，實(shí)驗(yàn)點(diǎn)在較低Re時(shí)就偏離直線Ⅲ，而相對(duì)糙度小的管道要在Re較大時(shí)才偏離直線Ⅲ。δε3礦井通風(fēng)阻力3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)3.2摩擦阻力3.3局部阻力3.4通風(fēng)阻力定律和特性3.5通風(fēng)阻力測(cè)量3.6流體的相似理論與應(yīng)用3.2摩擦阻力第16頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期三173.2摩擦阻力Ⅳ區(qū)——紊流過(guò)渡區(qū)，即圖中Ⅳ所示區(qū)段。在這個(gè)區(qū)段內(nèi)，各種不同相對(duì)糙度的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)各自分散呈一波狀曲線，λ值既與Re有關(guān)，也與k/r有關(guān)。Ⅴ區(qū)——水力粗糙管區(qū)。在該區(qū)段，Re值較大，管內(nèi)液流的層流邊層已變得極薄，有k>>δ，砂粒凸起高度幾乎全暴露在紊流核心中，故Re對(duì)λ值的影響極小，略去不計(jì)，相對(duì)糙度成為λ的唯一影響因素。故在該區(qū)段，λ與Re無(wú)關(guān)，而只與相對(duì)糙度有關(guān)。摩擦阻力與流速平方成正比，故稱為阻力平方區(qū)，尼古拉茲公式：3礦井通風(fēng)阻力3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)3.2摩擦阻力3.3局部阻力3.4通風(fēng)阻力定律和特性3.5通風(fēng)阻力測(cè)量3.6流體的相似理論與應(yīng)用第17頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期三182．層流摩擦阻力當(dāng)流體在圓形管道中作層流流動(dòng)時(shí)，從理論上可以導(dǎo)出摩擦阻力計(jì)算式：

∵μ=ρ·ν∴

可得圓管層流時(shí)的沿程阻力系數(shù)：古拉茲實(shí)驗(yàn)所得到的層流時(shí)λ與Re的關(guān)系，與理論分析得到的關(guān)系完全相同，理論與實(shí)驗(yàn)的正確性得到相互的驗(yàn)證。層流摩擦阻力和平均流速的一次方成正比。3礦井通風(fēng)阻力3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)3.2摩擦阻力3.3局部阻力3.4通風(fēng)阻力定律和特性3.5通風(fēng)阻力測(cè)量3.6流體的相似理論與應(yīng)用3.2摩擦阻力第18頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期三193、紊流摩擦阻力

對(duì)于紊流運(yùn)動(dòng)，λ=f(Re，k/r)，關(guān)系比較復(fù)雜。用當(dāng)量直徑de=4S/U代替d，代入阻力通式，則得到紊流狀態(tài)下井巷的摩擦阻力計(jì)算式：3礦井通風(fēng)阻力3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)3.2摩擦阻力3.3局部阻力3.4通風(fēng)阻力定律和特性3.5通風(fēng)阻力測(cè)量3.6流體的相似理論與應(yīng)用3.2摩擦阻力第19頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期三20二、摩擦阻力系數(shù)與摩擦風(fēng)阻1．摩擦阻力系數(shù)α礦井中大多數(shù)通風(fēng)井巷風(fēng)流的Re值已進(jìn)入阻力平方區(qū)，λ值只與相對(duì)糙度有關(guān)，對(duì)于幾何尺寸和支護(hù)已定型的井巷，相對(duì)糙度一定，則λ可視為定值；在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣密度ρ=1.2kg/m3。對(duì)上式，令：α稱為摩擦阻力系數(shù)，單位為kg/m3或N.s2/m4。則得到紊流狀態(tài)下井巷的摩擦阻力計(jì)算式寫為：

3礦井通風(fēng)阻力3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)3.2摩擦阻力3.3局部阻力3.4通風(fēng)阻力定律和特性3.5通風(fēng)阻力測(cè)量3.6流體的相似理論與應(yīng)用3.2摩擦阻力第20頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期三21標(biāo)準(zhǔn)摩擦阻力系數(shù)：通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)和實(shí)測(cè)所得的、在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（ρ0=1.2kg/m3）條件下的井巷的摩擦阻力系數(shù)，即所謂標(biāo)準(zhǔn)值α0值，當(dāng)井巷中空氣密度ρ≠1.2kg/m3時(shí)，其α值應(yīng)按下式修正：3礦井通風(fēng)阻力3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)3.2摩擦阻力3.3局部阻力3.4通風(fēng)阻力定律和特性3.5通風(fēng)阻力測(cè)量3.6流體的相似理論與應(yīng)用3.2摩擦阻力第21頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期三222．摩擦風(fēng)阻Rf對(duì)于已給定的井巷，L、U、S都為已知數(shù)，故可把上式中的α、L、U、S歸結(jié)為一個(gè)參數(shù)Rf：

Rf稱為巷道的摩擦風(fēng)阻，其單位為：kg/m7或N.s2/m8。在正常條件下當(dāng)某一段井巷中的空氣密度ρ一般變化不大時(shí)，可將Rf看作是反映井巷幾何特征的參數(shù)。則得到紊流狀態(tài)下井巷的摩擦阻力計(jì)算式寫為：此式就是完全紊流(進(jìn)入阻力平方區(qū))下的摩擦阻力定律。3.2摩擦阻力3礦井通風(fēng)阻力3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)3.2摩擦阻力3.3局部阻力3.4通風(fēng)阻力定律和特性3.5通風(fēng)阻力測(cè)量3.6流體的相似理論與應(yīng)用第22頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期三23三、井巷摩擦阻力計(jì)算方法新建礦井：查表得α0αRfhf

生產(chǎn)礦井：hfRfαα0

3.2摩擦阻力3礦井通風(fēng)阻力3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)3.2摩擦阻力3.3局部阻力3.4通風(fēng)阻力定律和特性3.5通風(fēng)阻力測(cè)量3.6流體的相似理論與應(yīng)用第23頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期三24例題：某設(shè)計(jì)巷道為梯形斷面，S=8m2，L=1000m，采用工字鋼棚支護(hù)，支架截面高度d0=14cm，縱口徑Δ=5，計(jì)劃通過(guò)風(fēng)量Q=1200m3/min，預(yù)計(jì)巷道中空氣密度ρ=1.25kg/m3，求該段巷道的通風(fēng)阻力。解根據(jù)所給的d0、Δ、S值，由P52表3-4查得:α0=284.2×10－4×0.88=0.025Ns2/m4則：巷道實(shí)際摩擦阻力系數(shù)巷道摩擦風(fēng)阻巷道摩擦阻力 3.2摩擦阻力3礦井通風(fēng)阻力3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)3.2摩擦阻力3.3局部阻力3.4通風(fēng)阻力定律和特性3.5通風(fēng)阻力測(cè)量3.6流體的相似理論與應(yīng)用第24頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期三25降低礦井通風(fēng)阻力，對(duì)保證礦井安全生產(chǎn)和提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義降低井巷摩擦阻力措施1．減小摩擦阻力系數(shù)α。2．保證有足夠大的井巷斷面。在其它參數(shù)不變時(shí)，井巷斷面擴(kuò)大33%，Rf值可減少50%。3．選用周長(zhǎng)較小的井巷。在井巷斷面相同的條件下，圓形斷面的周長(zhǎng)最小，拱形斷面次之，矩形、梯形斷面的周長(zhǎng)較大。4．減少巷道長(zhǎng)度。5．避免巷道內(nèi)風(fēng)量過(guò)于集中。3礦井通風(fēng)阻力3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)3.2摩擦阻力3.3局部阻力3.4通風(fēng)阻力定律和特性3.5通風(fēng)阻力測(cè)量3.6流體的相似理論與應(yīng)用3.2摩擦阻力第25頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期三26由于井巷斷面、方向變化以及分岔或匯合等原因，使均勻流動(dòng)在局部地區(qū)受到影響而破壞，從而引起風(fēng)流速度場(chǎng)分布變化和產(chǎn)生渦流等，造成風(fēng)流的能量損失，這種阻力稱為局部阻力。一、局部阻力及其計(jì)算和摩擦阻力類似，局部阻力hl一般也用動(dòng)壓的倍數(shù)來(lái)表示：式中：ξ——局部阻力系數(shù)，無(wú)因次。計(jì)算局部阻力，關(guān)鍵是局部阻力系數(shù)確定，因v=Q/S,當(dāng)ξ確定后，便可用

3.3局部阻力3礦井通風(fēng)阻力3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)3.2摩擦阻力3.3局部阻力3.4通風(fēng)阻力定律和特性3.5通風(fēng)阻力測(cè)量3.6流體的相似理論與應(yīng)用第26頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期三27幾種常見的局部阻力產(chǎn)生的類型：１、突變紊流通過(guò)突變部分時(shí)，由于慣性作用，出現(xiàn)主流與邊壁脫離的現(xiàn)象，在主流與邊壁之間形成渦漩區(qū)，從而增加能量損失。２、漸變主要是由于沿流動(dòng)方向出現(xiàn)減速增壓現(xiàn)象，在邊壁附近產(chǎn)生渦漩。因?yàn)閂hvp，壓差的作用方向與流動(dòng)方向相反，使邊壁附近，流速本來(lái)就小，趨于0,在這些地方主流與邊壁面脫離，出現(xiàn)與主流相反的流動(dòng)，出現(xiàn)渦漩。3礦井通風(fēng)阻力3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)3.2摩擦阻力3.3局部阻力3.4通風(fēng)阻力定律和特性3.5通風(fēng)阻力測(cè)量3.6流體的相似理論與應(yīng)用3.3局部阻力第27頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期三28３、轉(zhuǎn)彎處流體質(zhì)點(diǎn)在轉(zhuǎn)彎處受到離心力作用，在外側(cè)出現(xiàn)減速增壓，出現(xiàn)渦漩。４、分岔與會(huì)合上述的綜合?！嗑植孔枇Φ漠a(chǎn)生主要是與渦漩區(qū)有關(guān)，渦漩區(qū)愈大，能量損失愈多，局部阻力愈大。3礦井通風(fēng)阻力3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)3.2摩擦阻力3.3局部阻力3.4通風(fēng)阻力定律和特性3.5通風(fēng)阻力測(cè)量3.6流體的相似理論與應(yīng)用3.3局部阻力第28頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期三29二、局部阻力系數(shù)和局部風(fēng)阻(一)局部阻力系數(shù)ξ紊流局部阻力系數(shù)ξ一般主要取決于局部阻力物的形狀，而邊壁的粗糙程度為次要因素。1．突然擴(kuò)大或式中：v1、v2——分別為小斷面和大斷面的平均流速，m/s；S1、S2——分別為小斷面和大斷面的面積，m；ρm——空氣平均密度，kg/m3。對(duì)于粗糙度較大的井巷，可進(jìn)行修正

ⅠⅡ3礦井通風(fēng)阻力3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)3.2摩擦阻力3.3局部阻力3.4通風(fēng)阻力定律和特性3.5通風(fēng)阻力測(cè)量3.6流體的相似理論與應(yīng)用3.3局部阻力第29頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期三302．突然縮小對(duì)應(yīng)于小斷面的動(dòng)壓，ξ值可按下式計(jì)算：考慮到巷道粗糙度的影響：ⅠⅡ3礦井通風(fēng)阻力3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)3.2摩擦阻力3.3局部阻力3.4通風(fēng)阻力定律和特性3.5通風(fēng)阻力測(cè)量3.6流體的相似理論與應(yīng)用3.3局部阻力第30頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期三313．逐漸擴(kuò)大逐漸擴(kuò)大的局部阻力比突然擴(kuò)大小得多，其能量損失可認(rèn)為由摩擦損失和擴(kuò)張損失兩部分組成。當(dāng)Θ＜20°時(shí)，漸擴(kuò)段的局部阻力系數(shù)ξ可用下式求算：式中α—風(fēng)道的摩擦阻力系數(shù)，Ns2/m4；n—風(fēng)道大、小斷面積之比，即Ｓ2／Ｓ1；

θ—擴(kuò)張角。θ3礦井通風(fēng)阻力3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)3.2摩擦阻力3.3局部阻力3.4通風(fēng)阻力定律和特性3.5通風(fēng)阻力測(cè)量3.6流體的相似理論與應(yīng)用3.3局部阻力第31頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期三324．轉(zhuǎn)彎巷道轉(zhuǎn)彎時(shí)的局部阻力系數(shù)(考慮巷道粗糙程度)可按下式計(jì)算：當(dāng)巷高與巷寬之比H/b=0.2～1.0時(shí)，當(dāng)H/b=1～2.5時(shí)式中ξ0——假定邊壁完全光滑時(shí)，90°轉(zhuǎn)彎的局部阻力系數(shù)；

α——巷道的摩擦阻力系數(shù)，N.s2/m4；β——巷道轉(zhuǎn)彎角度影響系數(shù)。3礦井通風(fēng)阻力3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)3.2摩擦阻力3.3局部阻力3.4通風(fēng)阻力定律和特性3.5通風(fēng)阻力測(cè)量3.6流體的相似理論與應(yīng)用3.3局部阻力第32頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期三333礦井通風(fēng)阻力3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)3.2摩擦阻力3.3局部阻力3.4通風(fēng)阻力定律和特性3.5通風(fēng)阻力測(cè)量3.6流體的相似理論與應(yīng)用3.3局部阻力第33頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期三343.3局部阻力5．風(fēng)流分叉與匯合1)風(fēng)流分叉典型的分叉巷道如圖所示，1～2段的局部阻力hl１～2和1～3段的局部阻力hl１～3分別用下式計(jì)算：θ2θ31233礦井通風(fēng)阻力3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)3.2摩擦阻力3.3局部阻力3.4通風(fēng)阻力定律和特性3.5通風(fēng)阻力測(cè)量3.6流體的相似理論與應(yīng)用第34頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期三352)風(fēng)流匯合如圖所示，1～3段和2～3段的局部阻力hl１～3、hl2～3分別按下式計(jì)算：式中：3.3局部阻力１３２θ1θ23礦井通風(fēng)阻力3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)3.2摩擦阻力3.3局部阻力3.4通風(fēng)阻力定律和特性3.5通風(fēng)阻力測(cè)量3.6流體的相似理論與應(yīng)用第35頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期三36(二)局部風(fēng)阻在局部阻力計(jì)算式中，令，

則有：

式中Rl稱為局部風(fēng)阻，其單位為N.s2/m8或kg/m7。此式表明，在紊流條件下局部阻力也與風(fēng)量的平方成正比3礦井通風(fēng)阻力3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)3.2摩擦阻力3.3局部阻力3.4通風(fēng)阻力定律和特性3.5通風(fēng)阻力測(cè)量3.6流體的相似理論與應(yīng)用3.3局部阻力第36頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期三373礦井通風(fēng)阻力3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)3.2摩擦阻力3.3局部阻力3.4通風(fēng)阻力定律和特性3.5通風(fēng)阻力測(cè)量3.6流體的相似理論與應(yīng)用3.3局部阻力

各種巷道突然增大與突然縮小的S1S2V1S1S2V1S1/S210.90.80.70.60.50.40.30.20.10.01000.010.040.090.160.250.360.490.640.810.981.000.050.100.150.200.250.300.350.400.450.50第37頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期三383.3局部阻力

其它幾種局部阻力的值V1V1DR=0.1DV1V1bbV1bbR1V1bbR1R2V2V1V3S1S3S2V21V1V3V3V2V1V2V1V3V2V3V1V1

0.60.10.2有導(dǎo)風(fēng)板0.2無(wú)導(dǎo)風(fēng)板1.40.75，當(dāng)R1=b/30.52，當(dāng)R1=2b/30.6，當(dāng)R1=b/3，R2=2b/30.3，當(dāng)R1=2b/3，R2=17b/103.6當(dāng)S2=S3，V2=V3時(shí)2.0當(dāng)風(fēng)速為V2時(shí)1.0當(dāng)V1=V3時(shí)1.5當(dāng)風(fēng)速為V2時(shí)1.5當(dāng)風(fēng)速為V2時(shí)1.0當(dāng)風(fēng)速為V時(shí)第38頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期三39降低局部阻力措施盡量避免井巷斷面的突然擴(kuò)大或突然縮小斷面大小懸殊的井巷，連接處斷面應(yīng)逐漸變化盡可能避免井巷直角轉(zhuǎn)彎或大于90°的轉(zhuǎn)彎主要巷道內(nèi)不得隨意停放車輛、堆積木料等要加強(qiáng)礦井總回風(fēng)道的維護(hù)和管理，對(duì)冒頂、片幫和積水處要及時(shí)處理。3礦井通風(fēng)阻力3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)3.2摩擦阻力3.3局部阻力3.4通風(fēng)阻力定律和特性3.5通風(fēng)阻力測(cè)量3.6流體的相似理論與應(yīng)用3.3局部阻力第39頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期三40一、井巷阻力特性在紊流條件下，摩擦阻力和局部阻力均與風(fēng)量的平方成正比。故可寫成一般形式：h＝RQ2Pa。對(duì)于特定井巷，R為定值。用縱坐標(biāo)表示通風(fēng)阻力(或壓力)，橫坐標(biāo)表示通過(guò)風(fēng)量，當(dāng)風(fēng)阻為R時(shí)，則每一風(fēng)量Qi值，便有一阻力hi值與之對(duì)應(yīng)，根據(jù)坐標(biāo)點(diǎn)（Qi,hi）即可畫出一條拋物線。這條曲線就叫該井巷的阻力特性曲線。風(fēng)阻R越大，曲線越陡。０QhR3礦井通風(fēng)阻力3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)3.2摩擦阻力3.3局部阻力3.4通風(fēng)阻力定律和特性3.5通風(fēng)阻力測(cè)量3.6流體的相似理論與應(yīng)用3.4通風(fēng)阻力定律和特性第40頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期三41二、礦井總風(fēng)阻從入風(fēng)井口到主要通風(fēng)機(jī)入口，把順序連接的各段井巷的通風(fēng)阻力累加起來(lái)，就得到礦井通風(fēng)總阻力hRm，這就是井巷通風(fēng)阻力的疊加原則。已知礦井通風(fēng)總阻力hRm和礦井總風(fēng)量Q，即可求得礦井總風(fēng)阻：

Rm是反映礦井通風(fēng)難易程度的一個(gè)指標(biāo)。Rm越大，礦井通風(fēng)越困難；3礦井通風(fēng)阻力3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)3.2摩擦阻力3.3局部阻力3.4通風(fēng)阻力定律和特性3.5通風(fēng)阻力測(cè)量3.6流體的相似理論與應(yīng)用3.4通風(fēng)阻力定律和特性第41頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期三42三、礦井等積孔我國(guó)常用礦井等積孔作為衡量礦井通風(fēng)難易程度的指標(biāo)。假定在無(wú)限空間有一薄壁，在薄壁上開一面積為A(m2)的孔口。當(dāng)孔口通過(guò)的風(fēng)量等于礦井風(fēng)量，且孔口兩側(cè)的風(fēng)壓差等于礦井通風(fēng)阻力時(shí)，則孔口面積A稱為該礦井的等積孔。AIIIP2v2P1v13礦井通風(fēng)阻力3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)3.2摩擦阻力3.3局部阻力3.4通風(fēng)阻力定律和特性3.5通風(fēng)阻力測(cè)量3.6流體的相似理論與應(yīng)用3.4通風(fēng)阻力定律和特性第42頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期三43設(shè)風(fēng)流從I→II，且無(wú)能量損失，則有：得：風(fēng)流收縮處斷面面積A2與孔口面積A之比稱為收縮系數(shù)φ，由水力學(xué)可知，一般φ=0.65，故A2=0.65A。則v2=Q/A2=Q/0.65A，代入上式后并整理得：AIIIP2v2P1v13礦井通風(fēng)阻力3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)3.2摩擦阻力3.3局部阻力3.4通風(fēng)阻力定律和特性3.5通風(fēng)阻力測(cè)量3.6流體的相似理論與應(yīng)用3.4通風(fēng)阻力定律和特性第43頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期三44取ρ=1.2kg/m3，則：因Rm=hＲm／Ｑ2，故有

由此可見，A是Rm的函數(shù)，故可以表示礦井通風(fēng)的難易程度。當(dāng)A＞２，容易；A＝１-2，中等；A＜１困難。3礦井通風(fēng)阻力3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)3.2摩擦阻力3.3局部阻力3.4通風(fēng)阻力定律和特性3.5通風(fēng)阻力測(cè)量3.6流體的相似理論與應(yīng)用3.4通風(fēng)阻力定律和特性第44頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期三45例題3-7某礦井為中央式通風(fēng)系統(tǒng)，測(cè)得礦井通風(fēng)總阻力hRm=2800Pa，礦井總風(fēng)量Q=70m3/s，求礦井總風(fēng)阻Rm和等積孔A，評(píng)價(jià)其通風(fēng)難易程度。解

可知該礦通風(fēng)難易程度屬中等。3礦井通風(fēng)阻力3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)3.2摩擦阻力3.3局部阻力3.4通風(fēng)阻力定律和特性3.5通風(fēng)阻力測(cè)量3.6流體的相似理論與應(yīng)用3.4通風(fēng)阻力定律和特性第45頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期三461、對(duì)于多風(fēng)機(jī)工作的礦井，應(yīng)根據(jù)各主要通風(fēng)機(jī)工作系統(tǒng)的通風(fēng)阻力和風(fēng)量，分別計(jì)算各主要通風(fēng)機(jī)所擔(dān)負(fù)系統(tǒng)的等積孔，進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。2、必須指出，表3-18所列衡量礦井通風(fēng)難易程度的等積孔值，是1873年繆爾格(Murgue)根據(jù)當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)情況提出的［3］，一直沿用至今。由于現(xiàn)代的礦井規(guī)模、開采方法、機(jī)械化程度和通風(fēng)機(jī)能力等較以前已有很大的發(fā)展和提高，表中的數(shù)據(jù)對(duì)小型礦井還有一定的參考價(jià)值，對(duì)大型礦井或多風(fēng)機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)的礦井，衡量通風(fēng)難易程度的指標(biāo)還有待研究。3礦井通風(fēng)阻力3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)3.2摩擦阻力3.3局部阻力3.4通風(fēng)阻力定律和特性3.5通風(fēng)阻力測(cè)量3.6流體的相似理論與應(yīng)用3.4通風(fēng)阻力定律和特性第46頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期三473礦井通風(fēng)阻力3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)3.2摩擦阻力3.3局部阻力3.4通風(fēng)阻力定律和特性3.5通風(fēng)阻力測(cè)量3.6流體的相似理論與應(yīng)用3.4通風(fēng)阻力定律和特性第47頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期三484通風(fēng)機(jī)的功率風(fēng)機(jī)輸出功率：Nt=HtQ×10-3Ns=HsQ×10-3風(fēng)機(jī)輸入功率：N=Nt/ηtN=Ns/ηs電動(dòng)機(jī)輸出功率：Nm=N/ηtr電動(dòng)機(jī)輸入功率：N’m=Nm/ηm3礦井通風(fēng)阻力3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)3.2摩擦阻力3.3局部阻力3.4通風(fēng)阻力定律和特性3.5通風(fēng)阻力測(cè)量3.6流體的相似理論與應(yīng)用3.4通風(fēng)阻力定律和特性第48頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期三493.4通風(fēng)阻力定律和特性5、多個(gè)風(fēng)井的礦井總等積孔計(jì)算3礦井通風(fēng)阻力3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)3.2摩擦阻力3.3局部阻力3.4通風(fēng)阻力定律和特性3.5通風(fēng)阻力測(cè)量3.6流體的相似理論與應(yīng)用第49頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期三50生產(chǎn)礦井一段巷道阻力測(cè)定1、壓差計(jì)法用壓差計(jì)法測(cè)定通風(fēng)阻力的實(shí)質(zhì)是測(cè)量風(fēng)流兩點(diǎn)間的勢(shì)能差和動(dòng)壓差，計(jì)算出兩測(cè)點(diǎn)間的通阻力。1）布置方式及連接方法＋－＋－z1z2１２２１3.5通風(fēng)阻力測(cè)量3礦井通風(fēng)阻力3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)3.2摩擦阻力3.3局部阻力3.4通風(fēng)阻力定律和特性3.5通風(fēng)阻力測(cè)量3.6流體的相似理論與應(yīng)用第50頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期三51２）阻力計(jì)算壓差計(jì)“＋”感受的壓力：壓差計(jì)“－”感受的壓力：故壓差計(jì)所示測(cè)值：設(shè)且與1、2斷面間巷道中空氣平均密度相等，則：式中：Z12為1、2斷面高差，h值即為1、2兩斷面壓能與位能和的差值。根據(jù)能量方程，則1、2巷道段的通風(fēng)阻力hR12為：把壓差計(jì)放在1、2斷面之間，測(cè)值是否變化？3.5通風(fēng)阻力測(cè)量3礦井通風(fēng)阻力3.1風(fēng)流的流動(dòng)狀態(tài)3.2摩擦阻力3.3局部阻力3.4通風(fēng)阻力定律和特性3.5通風(fēng)阻力測(cè)量3.6流體的相似理論與應(yīng)用第51頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期三