矿井通风阻力.ppt

第三章矿井通风阻力3.1风流状态等值直径是与风流流过的巷道净断面积相等的圆的直径用公式表示：3.2阻力定律3.3摩擦风阻与阻力即：三、影响α系数的因素分析管道的粗糙度用相对粗糙度或相对光滑度表示。相对粗糙度n：管道壁上的突起的平均高度K与管道直径的d的比值。即：n=K/d相对光滑度是相对粗糙度的倒数即1/n=d/K。N越大α越大对于用支柱支护的巷道的粗糙度用纵口径来表示。纵口径△：相邻两支架中心线之间的距离L与支柱的直径或厚度d0之比。△=1α最小；△=5~6α最大；△<5~6α随△的增大而增大；△:6~9α随△的增大而减少；△>9α基本为定值。λ与雷诺数、井巷的相对粗糙度的关系见尼古拉兹曲线（见教材图3-2-1）。尼古拉兹实验1932～1933年间尼古拉兹把经过筛分、粒径为K的砂粒均匀粘贴于管壁。砂粒直径K即管壁凸起的高度称为绝对粗糙度;砂粒的平均直径K与管道直径D之比称为相对粗糙度.尼古拉兹以水为流动介质对相对粗糙度（实际为相对粗造度的1/2倍）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实验研究。实验得出流态不同的水流λ系数与管壁相对粗糙度、雷诺数Re的关系如下图所示：坐标：纵坐标轴：lg(100λ)；横坐标轴：lgRe根据λ值随Re变化特征图中曲线分为五个区：Ⅰ区——层流区：Re＜2320（即lgRe＜3.36）在此区不论管道粗糙度如何其实验结果都集中分布于直线Ⅰ上。这表明λ与相对糙度无关只与Re有关且λ=64/Re。与相对粗糙度无关。Ⅱ区—过渡流区：2320≤Re≤4000即3.36≤lgRe≤3.6此区间内不同相对糙度的管内流体的流态由层流转变为紊流。所有的实验点几乎都集中在线段Ⅱ上。λ随Re增大而增大与相对糙度无明显关系。Ⅲ区—水力光滑管区。在此区段内管内流动已处于紊流状态（Re＞4000）但在一定Re下当层流边层的厚度δ大于管道的绝对糙度K（称为水力光滑管）时其实验点均集中在直线Ⅲ上；表明λ与K仍然无关而只与Re有关。随着Re的增大相对糙度大的管道实验点在较低Re时就偏离直线Ⅲ而相对糙度小的管道要在Re较大时才偏离直线Ⅲ。§4.1摩擦阻力§4.1摩擦阻力通风工程：当Re≤2320(lgRe≤3.36)时流体作层流运动λ=64/Re与管道的相对光滑度无关；当2320<Re<10000(3.36<lgRe<5)时流体从层流过渡到完全紊流的中间状态λ系数与Re和管道相对光滑度有关；当Re>10000(lgRe＞5)时流体进入完全紊流状态λ系数取决于管道的相对光滑度与Re无关。矿井风流一般属于第三种情况λ系数取决于管道的相对光滑度与Re无关。某一井巷在一定时间范围内n可视为不变故λ值也可视为常量。摩擦阻力系数α的计算矿井中大多数通风井巷风流的Re值已进入阻力平方区λ值只与相对糙度有关对于几何尺寸和支护已定型的井巷相对糙度一定则λ可视为定值；在标准状态下空气密度ρ=1.2kg/m3。通过大量实验和实测所得的、在标准状态条件下的井巷的摩擦阻力系数即所谓标准值α0值当井巷中空气密度ρ≠1.2kg/m3时其α值应按下式修正：四、降低井巷摩擦阻力的措施3.4局部阻力1-2断面间的能量方程为：p1+ρ1gz1+0.5ρ1v12=p2+ρ2gz2+0.5ρ2v22+hm或：hm=(p1-p2)+(ρ1z1-ρ2z2)g+0.5(ρ1v12-ρ2v22)由于风流从断面1-2的距离短空气的密度视为不变即ρ1＝ρ2＝ρz1＝z2根据动量定理：P1(S2-S1)+P1S1-P2S2=ρv2S2(v2-v1)→P1-P2=ρv2(v2-v1)由能量方程和动量方程得：hm=ρ(v1-v2)2/2=(1-S1/S2)2ρv12/2令ξ1＝(1-S1/S2)2则hm=ξ1ρv12/2或：hm=ξ2ρv22/22.突然缩小的局部阻力Ｓ1→Ｓmin→Ｓ2能量损失由两部分组成分别为：一是风流由大断面Ｓ1流至最小断面Ｓmin的能量损失；二是最小断面Ｓmin扩大至小断面Ｓ2的能量损失。第二部分是主要的第一部分可忽略。计算公式为：hm=ξmρv22/2其中：ξm＝0.5（1-Ｓ2/Ｓ1）修正公式：ξ`m＝ξm(1+α/0.013)三、局部阻力计算的普遍公式四、降低局部阻力的措施3.5正面阻力局部阻力：hx=RxQ23.6等积孔与井巷风阻特性三、风流的功率与电耗风流的功率：例1：某梯形巷道断面Ｓ＝6m2平均风速v=1.2m/s问该巷道的风流状态是层流还是紊流？若要使风流为层流平均风速应是多少？解：Re=vd