矿大《 矿井通风与安全》通风阻力.ppt

矿井通风与安全本章目录第三节局部阻力
一、局部阻力的概念
二、局部阻力定律
三、局部阻力的计算方法
四、降低局部阻力的措施
第四节通风阻力定律和特性
一、通风阻力定律
二、井巷的通风特性
三、风流的功率与电耗第五节通风阻力测量
一、通风阻力测量的内容与意义
二、用倾斜压差计测算井巷的风阻
三、用倾斜压差计测算井巷的摩擦阻力系数
四、用气压计测算井巷的风阻
五、测算矿井的通风总阻力和总风阻第三章井巷通风阻力3.1风流的流态另一种是流体流动时，各部分流体强烈地互相混合，流体质点的流动轨迹是极不规则的。除了有沿流体总方向的位移外，还有垂直于液流总方向的位移，流体内部存在着时而产生时而消灭的漩涡，这种状态称为紊流。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。雷诺数当Re≤2000时，流体呈层流流动；
当Re＞2000时，液流开始向紊流流动过渡；
当Re＞10000时，流体完全呈现为紊流。
矿井巷道很少为圆形，对于非圆形通风巷道，以4S/U(水力直径)代替上式中的d，即：

式中，U——巷道周界长度，m。
c—断面形状系数，梯形断面c=4.16；三心拱c=3.85；半圆拱c=3.90；圆断面，c=3.54。3.2摩擦阻力前人实验得出水流在圆管中的沿程阻力公式（达西公式）是：

式中λ——实验比例系数，无因次；
ρ——水流的密度，kg/m3；
L——圆管的长度，m；
d——圆管的直径，m；
V——管内水流的平均速度，m/s。尼古拉兹在壁面分别胶结各种粗细砂粒的圆管中，实验得出了流态不同的水流λ系数同管壁的粗糙程度、雷诺数的关系。管壁的粗糙程度用管道的直径d(m)和管壁平均突起的高度(即砂粒的平均直径)k(m)之比来表示。并用阀门不断改变管内水流速度，结果如图所示。试验结果可分以下几种情况：
1)在lgRe≤3.3(Re≤2320)时，即当液体作层流流动，由左边斜线可以看出，所有试验点都分布于其上，λ随Re的增加而减小，且与管道的相对粗糙度无关，这时λ与Re的关系式为：
λ＝64/Re
2)在3.3<1gRe<5.0(2320＜Re≤100000)的范围内，流体由层流向紊流过渡，λ系数既和Re有关，也和管壁的粗糙度有关。
3)当Re≥100000时，流体成为紊流流动。λ与Re无关，只和管壁的粗糙度有关。管壁的粗糙度越大，λ系数就越大。其试验式为：

矿井巷道中的风流，其性质与上面完全一样，所不同的是矿井巷道的粗糙度较大，在较小的Re时，便开始由层流变为紊流；此外，由于大多数矿井巷道风流的Re均大于100000，故λ值仅决定于井巷壁的相对粗糙度，而与Re无关。在一定时期内，各井巷壁的相对粗糙度可认为不变，因之λ值即为常量。二、井巷摩擦阻力计算公式由于矿井中巷道的长度，周界及摩擦阻力系数在巷道形成后一般变化较小，可看作常数。再令：

Rfr——为巷道的摩擦风阻。
这时：
这就是完全紊流情况下的摩擦阻力定律。当巷道风阻一定时，摩擦阻力与风量的平方成正比。三、井巷摩擦阻力的计算四、降低井巷摩擦阻力的措施降低井巷摩擦阻力的措施降低井巷摩擦阻力的措施3.3局部阻力二、局部阻力定律
实验证明，在完全紊流状态下，不论井巷局部地点的断面、形状和拐弯如何变化，所产生的局部阻力her，都和局部地点的前面或后面断面上的hv1或hv2成正比：

ξ1、ξ2——局部阻力系数，无因次，分别对应于hv1、hv2。可选用其中一个系数和相应的速压计算；若通过局部地点的风量是Q(m3/s)，前后两个断面积是S1和S2(m2)，则两个断面上的平均风速为：
Vl＝Q/S1；V2＝Q/S2，m/s
代入上式：

令：

式中Rer叫做局部风阻。由此得到：her＝RerQ2，Pa
上式表示完全紊流状态下的局部阻力定律，和完全紊流状态下的摩擦阻力定律一样，当Rer一定时，her和Q的平方成正比。三、局部阻力的计算方法四、降低局部阻力的措施降低局部阻力的措施3.4井巷风阻与等积孔二、井巷等积孔
当研究井巷通风阻力时，为了在概念上更形象化，有时采用井巷等积孔来代替井巷风阻。等积孔就是用一个与井巷风阻值相当的理想孔的面积值来衡量井巷通风的难易程度。设想将一个矿井的入风口到出风口，沿着井下主要巷道进行均匀压缩，最后形成一个薄片，在这个薄片上将形成一个孔设当空气自左向右流经此孔时，无阻力，无能量损失，并设当空气从此孔流出后，在其流线断面最小处(虚线位置)的流速为V(m/s)，则这个理想孔左、右两侧的静压差可全部变为速压(静压能全部转化为动能)，由此可得：

实验证明，在出口流线断面最小处的面积一般为0.65A(m2)，再当流量为Q(m3/s)时，V＝Q/0.65A，以此V值与ρ＝1.2kg/m3代入上式，即得：
由此得到：

这就是计算矿井等积孔常用的公式。计算出矿井的风阻和