矿井通风阻力.ppt

矿井通风与安全MineVentilationandSafety矿内空气动力学基础位能（势能）
静压能（流动功）
动能4567点压力静压全压动压9a图为压入式通风，在压入式通风时，风筒中任一点i的相对全压恒为正值，所以称之为正压通风
b图为抽出式通风，在抽出式通风时，除风筒的风流入口断面的相对全压为零外，风筒内任一点i的相对全压恒为负值，故又称为负压通风。不同通风方式时，风流中某点各种压力之间的相互关系。1、压入式通风系统压力坡度

由能量方程得：

由于通风机入口外P0，其风速等于0，当忽略这段巷道的阻力不计时，其能量方程式为：

Hf——通风机全压，Pa。2、抽出式通风系统压力坡度
对1、2两断面列能量方程得：

此式表明，抽出式通风时，通风机在风硐中所造成的静压（绝对值）与自然风压共同作用，克服矿井通风阻力，并在风硐中造成动压损失。为了分析通风机全压与通风阻力的关系，需要列出由通风机入口2到扩散塔出口3的能量方程式。

将两式合并，可得：

第3章矿井通风阻力第3章矿井通风阻力第3章矿井通风阻力学习目标、重点与难点3.1风流的流动状态可用一个无因次参数Re（雷诺数）来表示上述三因素的综合作用。
对于圆形管道
（3-1-1）

式中：V为管道中流体的平均速度，m/s；d为圆形管道的直径，m；v为流体的运动粘性系数，与流体的温度、压力有关。

设r为流体的水力半径，指流体的断面S（m2）与流体的周界U（m）之比，即r＝S/U，m。因风流充满管道，故在直径为d的圆形管道中，风流的水力半径为：

，或，m（3-1-2）

代入（3-1-1）式，得出用于非圆形巷道风流雷诺数的计算式为：

（3-1-3）
式中：S为巷道的断面，m2；U为巷道的周界，m。
据前人的实验，水流在各种粗糙壁面、平直的圆管内流动，当Re≤2000时，水流呈层流状态；约在Re>2000时，水流开始向紊流过渡，故称2000为临界雷诺数；Re≥100000时，水流呈完全紊流。把水流的这些数值近似应用于风流，便可大致估计出风流在各种流态下的平均风速。
例如某巷道的断面S＝2.5m2，周界U＝6.58m，风流的运动黏性系数v＝14.4×10－6m2/s。则用（3-1-3）式估算出风流开始向紊流过渡的平均风速为：

井巷中最低风速都在0.15～0.25m/s以上，且大多数井巷的断面都大于2.5m2，故大多数井巷中的风流不会出现层流，只有风速很小的漏风风流，才可能出现层流。又如在上例中，Re≥100000时，该巷道内风流呈现完全紊流的平均风速约为：
V＝100000×6.58×14.4×10-6/（4×2.5）＝0.95m/s.3.2摩擦阻力图3-2-1尼古拉茨实验图（1）在lgRe≤3.3（即Re≤2000）以下，即当流体作层流运动时，由左边斜线可以看出，相对光滑度不同的所有试验点都分布于其上，λ随Re的增加而减少，且与管道的相对光滑度无关，此时，λ与Re的关系式为：
λ=64/Re（3-2-2）
（2）在3.3<lgRe<5.0（即2000<Re<100000）的范围内，即当流体由层流到紊流再到完全紊流的中间过渡状态时，λ系数既和Re有关，又和管壁的相对光滑度有关。（3）在lgRe≥5.0（即Re≥100000）以上，即当流体作完全紊流状态流动时，λ系数和Re无关，只和管壁的相对光滑度有关，管壁的相对光滑度越大，λ值越小。其实验式为

（3-2-3）
如图所示，紊流的结构可分为层流边层、过渡层和紊流区三个组成部分。

紊流区又称紊流核，是紊流的主体，层流区流速很小或接近于零。随着雷诺数增大，层流边层的厚度减薄，以至不能遮盖管壁的突起高度，管壁粗糙度即对流动阻力发生影响。当Re≥100000，流体呈完全紊流和层流边层厚度趋于零时，则如（3-2-3）式所示，λ值只决定于管壁的相对粗糙度，而与Re无关。3.2摩擦阻力27283.2摩擦阻力3.2摩擦阻力3.2摩擦阻力323.2摩擦阻力1．降低α
Rfr与α成正比，而α主要决定于巷道粗糙度，因此降低α，就应尽量使巷道光滑。当采用棚子支护的采区巷道时，要尽可能地使支架整齐、背好帮顶，在无支护的巷道，要尽可能把顶底板及两帮修整好，使壁面平整；对于井下的主要巷道，在采用料石或混凝土砌碹的支护方式，特别是采用锚杆支护技术时，更能有效地使α系数减小。
2．扩大巷道断面S
因Rfr与S3成反比，所以扩大巷道断面也是降低摩擦阻力的主要措施。由于摩擦阻力又与风量的平方成正比，因此在采用这种措施时，应抓主要矛盾，即首先应考虑风量大、断面小的总回风道的扩大，其次再考虑其它巷道的扩大。在其它参数不变时，井巷断面扩大33%，Rf值可减少50%。
3．减少周界长U（选用周界较小的井巷）
Rfr与U成正比，在断面积相等的条件下，选用周长较小的比