第三章 井巷通風阻力

1、安徽理工大學安徽理工大學能源與安全學院能源與安全學院安全工程系安全工程系通通 風風 安安 全全 學學第三章第三章 井巷通風阻力井巷通風阻力本章主要內(nèi)容第一節(jié)第一節(jié) 井巷斷面上風速分布井巷斷面上風速分布 一、風流流動狀態(tài)一、風流流動狀態(tài) 二、井巷斷面上風速分布二、井巷斷面上風速分布第二節(jié)第二節(jié) 摩擦阻力摩擦阻力一、摩擦阻力一、摩擦阻力二、摩擦阻力系數(shù)與摩擦風阻二、摩擦阻力系數(shù)與摩擦風阻三、井巷摩擦阻力計算方法三、井巷摩擦阻力計算方法第三節(jié)第三節(jié) 局部阻力局部阻力一、局部阻力及其計算一、局部阻力及其計算二、局部阻力系數(shù)和局部風阻二、局部阻力系數(shù)和局部風阻本章主要內(nèi)容第四節(jié)第四節(jié) 礦井總風阻與等級孔

2、礦井總風阻與等級孔一、井巷阻力特性一、井巷阻力特性二、礦井總風阻二、礦井總風阻三、礦井等級孔三、礦井等級孔第五節(jié)第五節(jié) 井巷通風阻力測算井巷通風阻力測算一、通風阻力一、通風阻力hRhR測算測算二、局部阻力測算二、局部阻力測算三、井筒阻力測算三、井筒阻力測算四、測算結(jié)果分析四、測算結(jié)果分析第六節(jié)第六節(jié) 降低礦井通風阻力措施降低礦井通風阻力措施 一、降低井巷摩擦阻力的措施一、降低井巷摩擦阻力的措施 二、降低局部阻力措施二、降低局部阻力措施本章主要內(nèi)容本章重點和難點：本章重點和難點： 摩擦阻力和局部阻力產(chǎn)生的原因和測算摩擦阻力和局部阻力產(chǎn)生的原因和測算第三章 井巷通風阻力 當空氣沿井巷運動時，由于風

3、流的粘滯性和當空氣沿井巷運動時，由于風流的粘滯性和慣性以及井巷壁面等對風流的阻滯、擾動作用慣性以及井巷壁面等對風流的阻滯、擾動作用而形成通風阻力，它是造成風流能量損失的原而形成通風阻力，它是造成風流能量損失的原因。井巷通風阻力可分為兩類：因。井巷通風阻力可分為兩類：摩擦阻力摩擦阻力( (也稱為也稱為沿程阻力沿程阻力) )和和局部阻力局部阻力。第一節(jié)第一節(jié) 井巷斷面上風速分布井巷斷面上風速分布第一節(jié) 井巷斷面上風速分布 一、風流流態(tài)一、風流流態(tài)1 1、管道流、管道流層流：層流：同一流體在同一管同一流體在同一管道中流動時，不同的流速，道中流動時，不同的流速，會形成不同的流動狀態(tài)。會形成不同的流動狀

4、態(tài)。當流速較低時，流體質(zhì)點當流速較低時，流體質(zhì)點互不混雜，沿著與管軸平互不混雜，沿著與管軸平行的方向作層狀運動，稱行的方向作層狀運動，稱為為層流層流( (或滯流或滯流) )。第一節(jié) 井巷斷面上風速分布 紊流：紊流：當流速較大時，流體質(zhì)點的運動速度在大小和當流速較大時，流體質(zhì)點的運動速度在大小和方向上都隨時發(fā)生變化，成為互相混雜的紊亂流動，方向上都隨時發(fā)生變化，成為互相混雜的紊亂流動，稱為稱為紊流紊流( (或湍流或湍流) )。研究層流與紊流的主要意義：研究層流與紊流的主要意義：在于兩種流態(tài)有著不同的阻力定律。在于兩種流態(tài)有著不同的阻力定律。第一節(jié) 井巷斷面上風速分布 風流流態(tài)判斷風流流態(tài)判斷（）

5、雷諾數(shù)（）雷諾數(shù)Re Re 平均流速平均流速v v、管道直徑、管道直徑d d和流體的運動粘性系數(shù)。和流體的運動粘性系數(shù)。在實際工程計算中，通常以在實際工程計算中，通常以R Re e=2300=2300作為管道流動流作為管道流動流態(tài)的判定準數(shù)，即：態(tài)的判定準數(shù)，即： R Re e2300 2300 層流，層流， R Re e2300 2300 紊流紊流vdRe 第一節(jié) 井巷斷面上風速分布 （）當量直徑（）當量直徑 對于非圓形斷面的井巷，對于非圓形斷面的井巷，ReRe數(shù)中的管道直徑數(shù)中的管道直徑d d應(yīng)以井巷斷應(yīng)以井巷斷面的當量直徑面的當量直徑dede來表示：來表示：非圓形斷面井巷的雷諾數(shù)非圓形斷

6、面井巷的雷諾數(shù) 對于不同形狀的井巷斷面，其周長對于不同形狀的井巷斷面，其周長U U與斷面積與斷面積S S的關(guān)系，的關(guān)系，可用下式表示：可用下式表示：C C斷面形狀系數(shù)：斷面形狀系數(shù)：梯形梯形C C=4.16=4.16；三心拱；三心拱C C=3.85=3.85；半圓拱；半圓拱C C=3.90=3.90。USde4UvSRe4SCU 第一節(jié) 井巷斷面上風速分布 （3）、孔隙介質(zhì)流 在采空區(qū)和煤層等多孔介質(zhì)中風流的流態(tài)判別準數(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，Re0.25； 紊流，Re2.5； 過渡流 0.25Re2300,3)=846152300,紊流紊流 巷道條件

7、同上，巷道條件同上，Re=2300Re=2300層流臨界風速：層流臨界風速： V=ReV=ReU U/4S/4S =2300 =23004.164.163 315151010-6-6/(4/(49)=0.012m/s0.159)=0.012m/s0.15lvKRe第一節(jié) 井巷斷面上風速分布 由于煤礦中大部分巷道的斷面均大于由于煤礦中大部分巷道的斷面均大于2.5m2.5m2 2，井下巷道中的最低風速均在井下巷道中的最低風速均在0.25m/S0.25m/S以上，所以上，所以說井巷中的風流大部為以說井巷中的風流大部為紊流紊流，很少為，很少為層流。層流。第一節(jié) 井巷斷面上風速分布 二、井巷斷面上風速分

8、布二、井巷斷面上風速分布（）紊流脈動（）紊流脈動 風流中各點的流速、壓力等物理參數(shù)隨時間作不規(guī)則風流中各點的流速、壓力等物理參數(shù)隨時間作不規(guī)則（）時均速度（）時均速度 瞬時速度瞬時速度 v vx x 隨時間隨時間的變化。其值雖然不斷變化，但的變化。其值雖然不斷變化，但在一足夠長的時間段在一足夠長的時間段 T T 內(nèi)，流速內(nèi)，流速 v vx x 總是圍繞著某一平總是圍繞著某一平均值上下波動。均值上下波動。Tvxvxt第一節(jié) 井巷斷面上風速分布 ( (）巷道風速分布）巷道風速分布 由于空氣的粘性和井巷壁面摩擦影響，井巷斷面上風速分由于空氣的粘性和井巷壁面摩擦影響，井巷斷面上風速分布是不均勻的。布是

9、不均勻的。 層流邊層層流邊層：在貼近壁面處仍存在層流運動薄層，：在貼近壁面處仍存在層流運動薄層，即層流邊即層流邊層層。其厚度。其厚度隨隨ReRe增加而變薄，它的存在對流動阻力、傳熱增加而變薄，它的存在對流動阻力、傳熱和傳質(zhì)過程有較大影響。和傳質(zhì)過程有較大影響。第一節(jié) 井巷斷面上風速分布 在層流邊層以外，從巷壁向巷道軸心方向，風速逐漸增大，在層流邊層以外，從巷壁向巷道軸心方向，風速逐漸增大，呈拋物線分布。呈拋物線分布。vvmaxvmax巷道剖面 3.25m/s3.02.752.502.252.0第一節(jié) 井巷斷面上風速分布平均風速：平均風速： 式中：式中： 巷道通過風量巷道通過風量Q Q。則：則：

10、Q QV VS S風速分布系數(shù)風速分布系數(shù)： 斷面上平均風速斷面上平均風速v v與最大風速與最大風速v vmaxmax的比值稱的比值稱為為風速分布系數(shù)風速分布系數(shù)( (速度場系數(shù)速度場系數(shù)) )，用，用K Kv v表示：表示： 巷壁愈光滑，巷壁愈光滑，K Kv v值愈大，即斷面上風速分布值愈大，即斷面上風速分布愈均勻。愈均勻。 砌碹巷道，砌碹巷道，K Kv v=0.8=0.80.860.86；木棚支護巷道，；木棚支護巷道，K Kv v=0.68=0.680.820.82；無支護巷道，；無支護巷道，K Kv v=0.74=0.740.810.81。SiSvSvd1SiSv dmaxvvKv 速度

11、分布不對稱速度分布不對稱最大風速不在軸最大風速不在軸線上！線上！ 第三章 井巷通風阻力第二節(jié)第二節(jié) 摩擦風阻與阻力摩擦風阻與阻力第二節(jié) 摩擦風阻與阻力 一、摩擦阻力一、摩擦阻力 風流在井巷中作沿程流動時，由于流體層間的摩擦和流體風流在井巷中作沿程流動時，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與井巷壁面之間的摩擦所形成的阻力稱為摩擦阻力摩擦阻力( (也叫沿程也叫沿程阻力阻力) )。 由流體力學可知，無論層流還是紊流，以風流壓能損失來由流體力學可知，無論層流還是紊流，以風流壓能損失來反映的摩擦阻力可用下式來計算：反映的摩擦阻力可用下式來計算：PaPa 無因次系數(shù)，即摩擦阻力系

12、數(shù)，通過實驗求得。無因次系數(shù)，即摩擦阻力系數(shù)，通過實驗求得。 d d 圓形風管直徑，非圓形管用當量直徑；圓形風管直徑，非圓形管用當量直徑；2 2vdLhf第二節(jié) 摩擦風阻與阻力 1 1尼古拉茲實驗?zāi)峁爬潓嶒災(zāi)芰繐p失原因：能量損失原因：內(nèi)因內(nèi)因：取決于粘滯力和慣性力的比值，用雷諾數(shù)：取決于粘滯力和慣性力的比值，用雷諾數(shù)ReRe來衡量；來衡量；外因：外因：是固體壁面對流體流動的阻礙作用，與管道長度、斷面是固體壁面對流體流動的阻礙作用，與管道長度、斷面形狀及大小、壁面粗糙度有關(guān)。壁面粗糙度的影響通過形狀及大小、壁面粗糙度有關(guān)。壁面粗糙度的影響通過值來值來反映。反映。絕對糙度：絕對糙度：砂粒的直徑砂

13、粒的直徑就是管壁凸起的高度，就是管壁凸起的高度，相對糙度：相對糙度：絕對糙度絕對糙度與管道半徑與管道半徑r r的比值的比值/r/r 第二節(jié) 摩擦風阻與阻力 1 1尼古拉茲實驗?zāi)峁爬潓嶒?1932193219331933年間，尼古拉茲把經(jīng)過篩分、粒徑為年間，尼古拉茲把經(jīng)過篩分、粒徑為的砂粒均的砂粒均勻粘貼于管壁。勻粘貼于管壁。 水作為流動介質(zhì)、對水作為流動介質(zhì)、對相對糙度相對糙度分別為分別為1/151/15、1/30.61/30.6、1/601/60、1/1261/126、1/2561/256、1/5071/507六種不同的管道進行試驗研究。對實驗六種不同的管道進行試驗研究。對實驗數(shù)據(jù)進行分析

14、整理，在對數(shù)坐標紙上畫出數(shù)據(jù)進行分析整理，在對數(shù)坐標紙上畫出與與ReRe的關(guān)系曲線，的關(guān)系曲線，如圖下頁所示如圖下頁所示( (書中圖書中圖3-2-1)3-2-1) 。 lg 1000lg Re第二節(jié) 摩擦風阻與阻力115r130.6r160r1126r1256r1507r2lg274.11r區(qū)區(qū)層流區(qū)層流區(qū)當當Re2320 (即即lgRe3.36)時時,只與只與Re有有關(guān)，且關(guān)，且=64/Re。與與/r無關(guān)無關(guān);區(qū)區(qū)過渡流區(qū)過渡流區(qū)。23202320ReRe4000 4000 ( (即即3.36lg3.36lgReRe3.6)3.6)，不同的管內(nèi)，不同的管內(nèi)流體由層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪?。流體由層流轉(zhuǎn)變

15、為紊流。隨隨ReRe增大增大而增大，與而增大，與/ /r r無明顯關(guān)系。無明顯關(guān)系。區(qū)區(qū)水力光滑管區(qū)水力光滑管區(qū)。紊。紊流狀態(tài)流狀態(tài)( (ReRe4000) 4000) 與與仍然無關(guān)，只與仍然無關(guān)，只與ReRe有關(guān)有關(guān)區(qū)區(qū)紊流過渡區(qū)紊流過渡區(qū)，各，各種不同相對糙度的實驗種不同相對糙度的實驗點各自分散呈一波狀曲點各自分散呈一波狀曲線，線，值既與值既與ReRe有關(guān)，有關(guān)，也與也與/ /r r有關(guān)有關(guān)。第二節(jié) 摩擦風阻與阻力 2 2層流摩擦阻力層流摩擦阻力 當流體在圓形管道中作層流流動時，從理論上可以導出當流體在圓形管道中作層流流動時，從理論上可以導出摩擦阻力計算式：摩擦阻力計算式： = = 可得圓

16、管層流時的沿程阻力?？傻脠A管層流時的沿程阻力。 層流摩擦阻力和平均流速的一次方成正比。層流摩擦阻力和平均流速的一次方成正比。vdLhf232VdRe 2 642vdLRehfRe64第二節(jié) 摩擦風阻與阻力 3 3、紊流摩擦阻力、紊流摩擦阻力 對于紊流運動，對于紊流運動，=f (Re=f (Re，/r/r) )，關(guān)系比較復雜。用當量，關(guān)系比較復雜。用當量直徑直徑 dede=4=4S S/ /U U 代替代替d d，代入阻力通式，則得到紊流狀態(tài)下井，代入阻力通式，則得到紊流狀態(tài)下井巷的摩擦阻力計算式：巷的摩擦阻力計算式：23288QSLUvSLUhf第二節(jié) 摩擦風阻與阻力 二、摩擦阻力系數(shù)與摩擦風

17、阻二、摩擦阻力系數(shù)與摩擦風阻1 1摩擦阻力系數(shù)摩擦阻力系數(shù) 大多數(shù)通風井巷風流的大多數(shù)通風井巷風流的ReRe值已進入阻力平方區(qū)，值已進入阻力平方區(qū)，值只與相值只與相對糙度有關(guān)，對于幾何尺寸和支護已定型的井巷，相對糙度一對糙度有關(guān)，對于幾何尺寸和支護已定型的井巷，相對糙度一定，則定，則可視為定值；在標準狀態(tài)下空氣密度可視為定值；在標準狀態(tài)下空氣密度=1.2kg/m=1.2kg/m3 3。令：令： 稱為摩擦阻力系數(shù)稱為摩擦阻力系數(shù)，單位為，單位為 kg/mkg/m3 3 或或 N.sN.s2 2/m/m4 4。82.10第二節(jié) 摩擦風阻與阻力 標準摩擦阻力系數(shù)：標準摩擦阻力系數(shù)：通過大量實驗和實測

18、所得的、在標準狀通過大量實驗和實測所得的、在標準狀態(tài)（態(tài)（0 0=1.2kg/m=1.2kg/m3 3）條件下的井巷的摩擦阻力系數(shù)，）條件下的井巷的摩擦阻力系數(shù)，即所謂標即所謂標準值準值0 0值值，井巷中空氣密度，井巷中空氣密度1.2kg/m1.2kg/m3 3時，時，值應(yīng)修正：值應(yīng)修正：則得到紊流狀態(tài)下井巷的摩擦阻力計算式寫為：則得到紊流狀態(tài)下井巷的摩擦阻力計算式寫為：23QSLUhf第二節(jié) 摩擦風阻與阻力 系數(shù)影響因素系數(shù)影響因素 對于砌碹、錨噴巷道對于砌碹、錨噴巷道只考慮橫斷面上方向相對粗糙度；只考慮橫斷面上方向相對粗糙度；對于木棚、工字鋼、對于木棚、工字鋼、U U型棚等還要考慮縱口徑型

19、棚等還要考慮縱口徑=l/d=l/d0 0ld0工字鋼支架在巷道中流動狀態(tài)工字鋼支架在巷道中流動狀態(tài)隨隨變化實驗曲線變化實驗曲線第二節(jié) 摩擦風阻與阻力 2 2摩擦風阻摩擦風阻R Rf f 對于已給定的井巷，對于已給定的井巷，L L、U U、S S都為已知數(shù)，故可把上式中的都為已知數(shù)，故可把上式中的、L L、U U、S S 歸結(jié)為一個參數(shù)歸結(jié)為一個參數(shù)R Rf f ：R Rf f 稱為巷道的摩擦風阻，其單位為：稱為巷道的摩擦風阻，其單位為：kg/mkg/m7 7 或或 N.sN.s2 2/m/m8 8。工程單位：工程單位：kgfkgf .s .s2 2/m/m8 8，或?qū)懗?，或?qū)懗蒶k, ,1N.

20、s1N.s2 2/m/m8 8= 9.8 k= 9.8 k 3SLURf第二節(jié) 摩擦風阻與阻力 R Rf ff ( ,S,U,L)f ( ,S,U,L) 。在正常條件下當某一段井巷中的。在正常條件下當某一段井巷中的空氣密度空氣密度一般變化不大時，可將一般變化不大時，可將R R f f 看作是反映井巷幾何特看作是反映井巷幾何特征的參數(shù)。征的參數(shù)。 則得到紊流狀態(tài)下井巷的摩擦阻力計算式寫為：則得到紊流狀態(tài)下井巷的摩擦阻力計算式寫為：此式就是完全紊流此式就是完全紊流( (進入阻力平方區(qū)進入阻力平方區(qū)) )下的摩擦阻力定律。下的摩擦阻力定律。 2QRhffRf與與hf區(qū)別：區(qū)別： Rf是風流流動是風流

21、流動的阻抗參數(shù)；的阻抗參數(shù)； hf是流動過程是流動過程能量損失。能量損失。第二節(jié) 摩擦風阻與阻力 三、井巷摩擦阻力計算方法三、井巷摩擦阻力計算方法 新建礦井新建礦井： 查表得查表得0 0計算計算 計算計算R Rf f 計算計算h hf f 計算總阻力損失計算總阻力損失選擇通風設(shè)備選擇通風設(shè)備 生產(chǎn)礦井：生產(chǎn)礦井：測得測得h hf f 計算計算R Rf f 計算計算 計算計算0 0 指導生產(chǎn)指導生產(chǎn)第二節(jié) 摩擦風阻與阻力 例題例題3-33-3某設(shè)計巷道為梯形斷面，某設(shè)計巷道為梯形斷面，S S=8m=8m2 2，L L=1000m=1000m，采用工字鋼棚支，采用工字鋼棚支護 ， 支 架 截 面

22、高 度護 ， 支 架 截 面 高 度d d0 0= 1 4 c m= 1 4 c m ， 縱 口 徑， 縱 口 徑= 5= 5 ， 計 劃 通 過 風 量， 計 劃 通 過 風 量Q=1200mQ=1200m3 3/min/min，預計巷道中空氣密度，預計巷道中空氣密度=1.25kg/m=1.25kg/m3 3，求該段巷道的通，求該段巷道的通風阻力。風阻力。解解 根據(jù)所給的根據(jù)所給的d d0 0、S S 值，由附錄值，由附錄4 4附表附表4-44-4查得查得: : 0 0 =284.2=284.210104 40.88=0.025Ns0.88=0.025Ns2 2/m/m4 4實際摩擦阻力系數(shù)

23、實際摩擦阻力系數(shù) NsNs2 2m m4 4巷道摩擦風阻巷道摩擦風阻巷道摩擦阻力巷道摩擦阻力026. 02 . 125. 1025. 02 . 108/mNs 0.598877.111000026. 06 . 42333SSLSLURfPaQRhff2.239601200598.022第二節(jié) 摩擦風阻與阻力 四、通風阻力功耗和電耗四、通風阻力功耗和電耗 設(shè)主要通風機效率設(shè)主要通風機效率=60%=60%，為了克服這段阻力，一年耗多少，為了克服這段阻力，一年耗多少度電？度電？KWQhNf97. 76 . 01000202 .239100068860.8kWh2436097. 724360 NW 第

24、三章 井巷通風阻力第三節(jié)第三節(jié) 局部風阻與阻力局部風阻與阻力第三節(jié) 局部風阻與阻力 由于井巷斷面、方向變化以及分岔或匯合等原因，使均勻由于井巷斷面、方向變化以及分岔或匯合等原因，使均勻流動在局部地區(qū)受到影響而破壞，從而引起風流速度場分布變流動在局部地區(qū)受到影響而破壞，從而引起風流速度場分布變化和產(chǎn)生渦流等，造成風流能量損失，這種阻力稱為化和產(chǎn)生渦流等，造成風流能量損失，這種阻力稱為局部阻力局部阻力。 由于局部阻力所產(chǎn)生風流速度場分布的變化比較復雜性，對局由于局部阻力所產(chǎn)生風流速度場分布的變化比較復雜性，對局部阻力的計算一般采用經(jīng)驗公式。部阻力的計算一般采用經(jīng)驗公式。第三節(jié) 局部風阻與阻力 一、

25、局部阻力及其計算一、局部阻力及其計算 和摩擦阻力類似，局部阻力和摩擦阻力類似，局部阻力h hl l一般也用動壓的倍數(shù)來表示：一般也用動壓的倍數(shù)來表示： 局部阻力系數(shù)，無因次。層流局部阻力系數(shù)，無因次。層流： 計算局部阻力計算局部阻力，關(guān)鍵是局部阻力系數(shù)確定，因，關(guān)鍵是局部阻力系數(shù)確定，因v=Q/S,v=Q/S,當當確定后，便可用：確定后，便可用：22vhlReB222QShl第三節(jié) 局部風阻與阻力 幾種常見的局部阻力產(chǎn)生的類型：幾種常見的局部阻力產(chǎn)生的類型：、突變、突變 紊流通過突變部分時，由于慣性作用，出現(xiàn)主流與邊壁脫紊流通過突變部分時，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

26、間形成渦漩區(qū)，從而增加能量損離的現(xiàn)象，在主流與邊壁之間形成渦漩區(qū)，從而增加能量損失。失。第三節(jié) 局部風阻與阻力 、漸變、漸變 主要是由于沿流動方向出現(xiàn)減速增壓現(xiàn)象，在邊壁附近產(chǎn)生主要是由于沿流動方向出現(xiàn)減速增壓現(xiàn)象，在邊壁附近產(chǎn)生渦漩。因為渦漩。因為 V hV hv v p p，壓差的作用方向與流動方向相反，壓差的作用方向與流動方向相反，使邊壁附近，流速本來就小，趨于使邊壁附近，流速本來就小，趨于0, 0, 在這些地方主流與邊壁在這些地方主流與邊壁面脫離，出現(xiàn)與主流相反的流動，面渦漩。面脫離，出現(xiàn)與主流相反的流動，面渦漩。第三節(jié) 局部風阻與阻力 、轉(zhuǎn)彎處、轉(zhuǎn)彎處 流體質(zhì)點在轉(zhuǎn)彎處受到離心力作用

27、，在外側(cè)出現(xiàn)減速增壓，流體質(zhì)點在轉(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。出現(xiàn)渦漩。、分岔與會合、分岔與會合 上述的綜合。上述的綜合。 局部阻力的產(chǎn)生主要是與渦漩區(qū)有關(guān)，渦漩區(qū)愈大，能局部阻力的產(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。量損失愈多，局部阻力愈大。第三節(jié) 局部風阻與阻力 二、局部阻力系數(shù)和局部風阻二、局部阻力系數(shù)和局部風阻( (一一) ) 局部阻力系數(shù)局部阻力系數(shù) 紊流局部阻力系數(shù)紊流局部阻力系數(shù)一般主要取決于局部阻力物的形狀，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。而邊壁的粗糙程度為次要因素。第三節(jié) 局部風阻與阻力 1 1突然

28、擴大突然擴大 或或v v1 1、v v2 2分別為小斷面和大斷面的平均流速，分別為小斷面和大斷面的平均流速，m/sm/s；S S1 1、S S2 2分別為小斷面和大斷面的面積，分別為小斷面和大斷面的面積，m m；m m空氣平均密度，空氣平均密度，kg/mkg/m3 3。 對于粗糙度較大的井巷，可進行修正：對于粗糙度較大的井巷，可進行修正： 2211211222122211QSvvSShl2222222222122221QSvvSShl01.01第三節(jié) 局部風阻與阻力 2 2突然縮小突然縮小 對應(yīng)于對應(yīng)于小斷面的動壓小斷面的動壓，值可按下式計算：值可按下式計算： 1215 . 0SS013.01

29、第三節(jié) 局部風阻與阻力 3 3逐漸擴大逐漸擴大 逐漸擴大的局部阻力比突然擴大小得多，其能量損失可認逐漸擴大的局部阻力比突然擴大小得多，其能量損失可認為由摩擦損失和擴張損失兩部分組成。為由摩擦損失和擴張損失兩部分組成。 當當2020時，漸擴段的局部阻力系數(shù)時，漸擴段的局部阻力系數(shù)可用下式求算：可用下式求算： 風道的摩擦阻力系數(shù)風道的摩擦阻力系數(shù)，NsNs2 2/m/m4 4； n n風道大、小斷面積之比，即風道大、小斷面積之比，即2 21 1； 擴張角。擴張角。 2211sin112sinnn第三節(jié) 局部風阻與阻力 4 4轉(zhuǎn)彎轉(zhuǎn)彎 巷道轉(zhuǎn)彎時的局部阻力系數(shù)巷道轉(zhuǎn)彎時的局部阻力系數(shù)( (考慮粗糙程

30、度考慮粗糙程度) )可按下式計算：可按下式計算：當巷高與巷寬之比當巷高與巷寬之比 H H/ /b b=0.2=0.21.01.0 時，時， 當當H H/ /b b=1=12.52.5 時時 0 0假定邊壁完全光滑時，假定邊壁完全光滑時，9090轉(zhuǎn)彎的局部阻力系數(shù)，轉(zhuǎn)彎的局部阻力系數(shù)，其值見其值見教材表教材表3-3-13-3-1； 巷道的摩擦阻力系數(shù)，巷道的摩擦阻力系數(shù)，N.sN.s2 2/m/m4 4； 巷道轉(zhuǎn)彎角度影響系數(shù)，見巷道轉(zhuǎn)彎角度影響系數(shù)，見教材表教材表3-3-23-3-2。Hb280bH65.035.01280第三節(jié) 局部風阻與阻力 5 5風流分叉與匯合風流分叉與匯合1) 1) 風

31、流分叉風流分叉 典型的分叉巷道如圖所示，典型的分叉巷道如圖所示，1 12 2段的局部阻力段的局部阻力h hl l2 2和和1 13 3段的局部阻力段的局部阻力h hl l3 3分別用下式計算：分別用下式計算：233213122vvvKhl222212121cos22vvvvKhl23123第三節(jié) 局部風阻與阻力 2) 2) 風流匯合風流匯合 如圖所示，如圖所示，1 13 3段和段和2 23 3段的局部阻力段的局部阻力h hl l3 3、h hl l2 23 3分別按分別按下式計算：下式計算：233223222vvvKhl12233312131cos22vvvvKhl22321121coscos

32、vQQvQQ第三節(jié) 局部風阻與阻力 ( (二二) ) 局部風阻局部風阻 在局部阻力計算式中，令，在局部阻力計算式中，令， 則有：則有：式中式中R Rl l稱為局部風阻，其單位為稱為局部風阻，其單位為N.sN.s2 2/m/m8 8或或kg/mkg/m7 7。此式表明，在紊流條件下局部阻力也與風量的平方成正比此式表明，在紊流條件下局部阻力也與風量的平方成正比2QRhll22lRS第三節(jié) 局部風阻與阻力 h hR R=h=hf f+h+hl l 一般一般H Hf f和和h hl l不易分開不易分開，對于，對于轉(zhuǎn)彎轉(zhuǎn)彎， H Hf f和和h hl l可分開；可分開； 突然擴大突然擴大， H Hf f

33、占比重少，局部區(qū)段占比重少，局部區(qū)段h hR R= h= hl l 正面阻力正面阻力：罐籠、礦車、采煤機：罐籠、礦車、采煤機第三節(jié) 局部風阻與阻力 例例1 1：某巷道：某巷道突然擴大段突然擴大段，砌碹支護，斷面，砌碹支護，斷面S S1 1=6m=6m2 2，S S2 2=24m=24m2 2，通過風量通過風量Q=48mQ=48m3 3/s/s，空氣密度，空氣密度=1.25kg/m=1.25kg/m3 3，求突然擴大局部，求突然擴大局部阻力。阻力。 解：解：設(shè)砌碹巷道設(shè)砌碹巷道=0.005kg/m=0.005kg/m3 3 =(1-S =(1-S1 1/S/S2 2) )2 2=(1-6/24)

34、=(1-6/24)2 2=0.563=0.563 =( 1+/0.01)=0.563(1+0.005/0.01)=0.845 =( 1+/0.01)=0.563(1+0.005/0.01)=0.845 h hL L= V= V1 12 2/2= (Q/S/2= (Q/S1 1) )2 2/2/2 = 0.845 = 0.8451.25(48/6)1.25(48/6)2 2/2=33.8Pa/2=33.8Pa第三節(jié) 局部風阻與阻力 例例2 2：某回風道，斷面高某回風道，斷面高2.8m2.8m，寬，寬2.5m2.5m，混凝土棚支護，混凝土棚支護，=0.02kg/m=0.02kg/m3 3，有一直角

35、轉(zhuǎn)彎，內(nèi)角沒有弧度，求轉(zhuǎn)彎處的，有一直角轉(zhuǎn)彎，內(nèi)角沒有弧度，求轉(zhuǎn)彎處的局部阻力系數(shù)局部阻力系數(shù)解：解：表表3-3-13-3-1， 0 0=0.93=0.93，由表，由表3-3-23-3-2，=1.0=1.0 H/b=2.8/2.5=1.12, H/b=2.8/2.5=1.12, =( =(0 0+28)b/H +28)b/H =(0.93+28 =(0.93+280.02) 2.5/2.8 0.02) 2.5/2.8 1=1.331=1.33 若若V=6m/sV=6m/s，=1.2kg/m=1.2kg/m3 3, , 則：則：h hL L=V=V2 2/2=1.33/2=1.331.21.26

36、 66/2=57Pa6/2=57Pa第三節(jié) 局部風阻與阻力 例例3 3：某直角分叉巷道，某直角分叉巷道，2 2=0=0， 3 3=90=90， =0.015kg/m=0.015kg/m3 3，V V1 1=8m/s, V=8m/s, V2 2=6m/s, V=6m/s, V3 3=3m/s, =1.25kg/m=3m/s, =1.25kg/m3 3, ,求求h hL1-2L1-2, h, hL1-3L1-3解：解：已知已知=0.015kg/m=0.015kg/m3 3，K K=1.35=1.35 h hL1-2L1-2=K=K/2/2 (V(V1 12 2-2V-2V1 1 V V2 2cos

37、cos2 2+ V+ V2 22 2) ) =1.35 =1.351.25/2(81.25/2(82 2-2-28 86 61 +61 +62 2) ) =3.37Pa =3.37Pa h hL1-3L1-3=K=K/2/2 (V(V1 12 2-2V-2V1 1 V V3 3coscos3 3+ V+ V3 32 2) ) =1.35 =1.351.25/2(81.25/2(82 2-2-28 83 30 +30 +32 2) ) =71.59Pa =71.59Pa23123第三節(jié) 局部風阻與阻力 例例4 4：某直角匯流巷道，某直角匯流巷道，1 1=0=0，2 2=90=90，=0.015k

38、g/m=0.015kg/m3 3， V V1 1=5m/s, V=5m/s, V2 2=6m/s, V=6m/s, V3 3=8m/s, =1.25kg/m=8m/s, =1.25kg/m3 3, , 求求h hL1-3L1-3, h, hL2-3L2-3解：解：已知已知=0.015kg/m=0.015kg/m3 3，K K=1.35=1.35coscos1 1=1, cos=1, cos2 2=0,=Q=0,=Q1 1V V1 1coscos1 1/Q/Q3 3=3.125=3.125h hL1-3L1-3=K=K/2/2 (V(V1 12 2-2V-2V3 3 + V + V3 32 2)

39、 ) = 1.35 = 1.351.25/2(51.25/2(52 2-2-28 83.125 +83.125 +82 2)=39Pa)=39Pah hL2-3L2-3=K=K/2/2 (V(V2 22 2-2 V-2 V3 3 + V+ V3 32 2) ) = 1.35 = 1.351.25/2(61.25/2(62 2-2-28 833.125 +833.125 +82 2) =42Pa) =42Pa12 第三章 井巷通風阻力第四節(jié)第四節(jié) 礦井總風阻與礦井總風阻與礦井等積孔礦井等積孔第四節(jié) 礦井總風阻與礦井等積孔 一、井巷阻力特性一、井巷阻力特性 在紊流條件下，摩擦阻力和局部阻力均與風量

40、的平方成正在紊流條件下，摩擦阻力和局部阻力均與風量的平方成正比。故可寫成一般形式：比。故可寫成一般形式：h hRQRQ2 2 Pa Pa 。 對于特定井巷，對于特定井巷，R R為定值。用縱坐標表示通風阻力為定值。用縱坐標表示通風阻力( (或壓或壓力力) )，橫坐標表示通過風量，當風阻為，橫坐標表示通過風量，當風阻為R R時，則每一風量時，則每一風量Q Qi i值，值，便有一阻力便有一阻力h hi i值與之對應(yīng)，根據(jù)值與之對應(yīng)，根據(jù)坐標點（坐標點（Q Qi i,h,hi i）即可畫出一條拋物）即可畫出一條拋物線。線。這條曲線就叫該井巷的這條曲線就叫該井巷的阻力特阻力特性曲線。風阻性曲線。風阻R

41、R越大，曲線越陡。越大，曲線越陡。QhR第四節(jié) 礦井總風阻與礦井等積孔 二、礦井總風阻二、礦井總風阻 從入風井口到主要通風機入口，把順序連接的各段井巷從入風井口到主要通風機入口，把順序連接的各段井巷的通風阻力累加起來，就得到礦井通風總阻力的通風阻力累加起來，就得到礦井通風總阻力h hRmRm，這就是井，這就是井巷通風阻力的疊加原則。巷通風阻力的疊加原則。 已知礦井通風總阻力已知礦井通風總阻力h hRmRm和礦井總風量和礦井總風量Q Q，即可求得礦井總，即可求得礦井總風阻：風阻： N.sN.s2 2/m/m8 8 R Rm m是反映礦井通風難易程度的一個指標。是反映礦井通風難易程度的一個指標。R

42、 Rm m越大，礦井通越大，礦井通風越困難；風越困難；2QhRRmm第四節(jié) 礦井總風阻與礦井等積孔 三、礦井等積孔三、礦井等積孔 礦井等積孔作為衡量礦井通風難易礦井等積孔作為衡量礦井通風難易程度的指標。程度的指標。 假定在無限空間有一薄壁，在薄壁假定在無限空間有一薄壁，在薄壁上開一面積為上開一面積為A A(m(m2 2) )的孔口。當孔口通的孔口。當孔口通過的風量等于礦井風量，且孔口兩側(cè)的過的風量等于礦井風量，且孔口兩側(cè)的風壓差等于礦井通風阻力時，則孔口面風壓差等于礦井通風阻力時，則孔口面積積A A稱為該礦井的等積孔。稱為該礦井的等積孔。AIIIP2,v2P2,v2第四節(jié) 礦井總風阻與礦井等積

43、孔 設(shè)風流從設(shè)風流從I III II，且無能量損失，且無能量損失， 則有：則有：得：得：風流收縮處斷面面積風流收縮處斷面面積A A2 2與孔口面積與孔口面積A A之比稱為之比稱為收縮系數(shù)收縮系數(shù)，由水，由水力學可知，一般力學可知，一般=0.65=0.65，故，故A A2 2=0.65=0.65A A。則。則v v2 2Q/AQ/A2 2=Q/0.65=Q/0.65A A，代入上式后并整理得：代入上式后并整理得：22221122vPvPRmRmhvhvPP/2 ,222221RmhQA/265. 0第四節(jié) 礦井總風阻與礦井等積孔 取取=1.2kg/m=1.2kg/m3 3，則：，則： 因因R R

44、m m= =h hm m2 2， 故有故有RmhQA19. 1mRA19.1A是是Rm的函數(shù)，的函數(shù)，故可以表示故可以表示礦井通風的難易程度。礦井通風的難易程度。 當當A，容易；，容易；A 2，中等；，中等；A困難。困難。第四節(jié) 礦井總風阻與礦井等積孔 對于多風井通風系統(tǒng)，應(yīng)根據(jù)各風機系統(tǒng)的通風阻力hRi和風量Qi，按風量加權(quán)平均求出全礦井總阻力：式中n風機臺數(shù)hRm意義是全礦井各系統(tǒng)平均m3空氣所消耗能量。niiniiRiRmQQhh11)()(19.112/31iRininiiQhQA多風井系統(tǒng)的礦井等級孔多風井系統(tǒng)的礦井等級孔A計算式：計算式：第四節(jié) 礦井總風阻與礦井等積孔 例例1 1：

45、某礦井為中央式通風系統(tǒng)，測得礦井通風總阻力：某礦井為中央式通風系統(tǒng)，測得礦井通風總阻力h hRmRm=2800Pa=2800Pa，礦井總風量，礦井總風量Q Q=70m=70m3 3/s/s，求礦井總風阻，求礦井總風阻R Rm m和等積孔和等積孔A A，評價其通風難易程度。評價其通風難易程度。解解 8222/571. 070/2800/mNsQhRmRm257. 1571. 0/19. 1/19. 1mRAm第四節(jié) 礦井總風阻與礦井等積孔 例例2 2：某對角式通風礦井，東風井的阻力：某對角式通風礦井，東風井的阻力hR1=280hR1=280* *9.81Pa9.81Pa，風，風量量Q1=80m3

46、/sQ1=80m3/s；西風井的阻力；西風井的阻力hR2=100hR2=100* *9.81Pa9.81Pa，風量，風量Q2=60m3/sQ2=60m3/s；求礦井總等級孔。求礦井總等級孔。解解 3/20.5113/21.19()(8060)1.192809.81801009.81603.73nniRiiiiAQh Q 第三章 井巷通風阻力第五節(jié)第五節(jié) 井巷通風阻力測定井巷通風阻力測定第五節(jié) 井巷通風阻力測定 一、通風阻力hR測算 阻力測定目的：1、阻力分布，降阻增風；2、提供阻力系數(shù)和R，為設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)解算、改造、均壓防火；能力核定。1)測定路線的選擇和測點布置 如果測定的目的是為了了解通風系

47、統(tǒng)的阻力分布，則必須選擇最大阻力路線； 如果測量的目的是為了獲取摩擦阻力系數(shù)和分支風阻，則應(yīng)選擇不同支護形式、不同類型的典型巷道。第五節(jié) 井巷通風阻力測定 測點布置應(yīng)考慮： 1、測點間的壓差不小于1020Pa； 2、盡量避免靠近井筒和風門； 3、選擇風量較穩(wěn)定的巷道內(nèi)； 4、局部阻力物前3倍巷寬，后812倍巷寬； 5、風流穩(wěn)定，無匯合交叉，測點前后3m巷道支護完好。2)一段巷道的通風阻力hR測算 兩種方法：壓差計法和氣壓計法第五節(jié) 井巷通風阻力測定 (1)壓差計法壓差計法測量原理測量原理Z1Z212用壓差計法測定通風阻力的實質(zhì)：用壓差計法測定通風阻力的實質(zhì)： 測量風流兩點間的測量風流兩點間的勢

48、能差勢能差和和動壓差動壓差壓差計兩側(cè)所受壓力分別為：壓差計兩側(cè)所受壓力分別為：1112mPg ZZ222mPgZ則壓差計所示測值為：則壓差計所示測值為：1112222mmhPg ZZPgZ設(shè)設(shè)1122212mmmg ZZgZgZ且且mm則則1212mhPPgZ第五節(jié) 井巷通風阻力測定 (1)壓差計法壓差計法測量原理測量原理Z1Z212則則1、2間巷道通風阻力為：間巷道通風阻力為： 該式成立的前提是：膠皮管內(nèi)的空氣平均密度與井巷中該式成立的前提是：膠皮管內(nèi)的空氣平均密度與井巷中的空氣平均密度相等。的空氣平均密度相等。2212121222Rhh 為此，在測量前，應(yīng)將膠皮管放置在巷道相應(yīng)位置上保存為

49、此，在測量前，應(yīng)將膠皮管放置在巷道相應(yīng)位置上保存一段時間，或用打氣筒將巷道空氣轉(zhuǎn)換掉膠皮管中空氣。一段時間，或用打氣筒將巷道空氣轉(zhuǎn)換掉膠皮管中空氣。第五節(jié) 井巷通風阻力測定 單管氣壓計放置位置對測量效果的影響：單管氣壓計放置位置對測量效果的影響：Z1Z212現(xiàn)假設(shè)單管氣壓計放置在兩測點中間現(xiàn)假設(shè)單管氣壓計放置在兩測點中間111mPgZ則：左右側(cè)液面承壓分別為：則：左右側(cè)液面承壓分別為：222mPgZ121122mmhPPg ZZ則壓差計計數(shù)為：則壓差計計數(shù)為：同理：同理：112212mmmZZZZ且且mm則則1、2間巷道通風阻力為：間巷道通風阻力為：2212121222Rhh第五節(jié) 井巷通風阻

50、力測定 (2)(2)氣壓計法氣壓計法 原理：用此方法測定通風阻力，實質(zhì)是用精密氣壓計測出測原理：用此方法測定通風阻力，實質(zhì)是用精密氣壓計測出測點間的絕對靜壓差，再加上動壓差和位能差，以計算通風阻力。點間的絕對靜壓差，再加上動壓差和位能差，以計算通風阻力。 用氣壓計測絕對靜壓用氣壓計測絕對靜壓P P1 1、P P2 2，同時測定，同時測定t t1 1、t t2 2和和11、 22；用風表測每斷面平均風速用風表測每斷面平均風速v v1 1、v v2 2；查測點標高；查測點標高Z Z1 1、Z Z2 2 ；P P1 1-P-P2 2 測準，兩臺溫漂相同儀器同時測量，逐點和雙測點測定測準，兩臺溫漂相同

51、儀器同時測量，逐點和雙測點測定21AB22121212121222RmhPPgZ第五節(jié) 井巷通風阻力測定 氣壓計法的測定步驟：氣壓計法的測定步驟： 1 1、在、在1 1號測點號測點A A、B B儀器同時儀器同時P PA1A1、P PB1B1； 2 2、A A儀器不動，儀器不動，B B儀器移到儀器移到2 2， 3 3、同時約定時間同時讀數(shù)，、同時約定時間同時讀數(shù)，P PA2A2、 P PB2B2 4 4、P P1 1-P-P2 2= (P= (PB1B1-P-PB2B2)+ (P)+ (PA2A2-P-PA1A1),), 5 5、將、將P P1 1-P-P2 2代入上頁公式即可。代入上頁公式即可

52、。21AB思考：思考：1 1、為什么要用兩、為什么要用兩臺氣壓計？用一臺臺氣壓計？用一臺氣壓計先測氣壓計先測1 1號點，號點，再測再測2 2號點不行嗎？號點不行嗎？第五節(jié) 井巷通風阻力測定 3)3)摩擦阻力系數(shù)測算摩擦阻力系數(shù)測算 (1)(1)測試方法測試方法壓差計法；壓差計法； (2)(2)支護方式和測段一致，無變化；支護方式和測段一致，無變化； (3)(3)測點位置在局部阻力物前測點位置在局部阻力物前3535巷寬，后巷寬，后812812倍；倍； (4)(4)系統(tǒng)穩(wěn)定系統(tǒng)穩(wěn)定 (5)h(5)hf f和和Q Q測準測準 R Rf f=h=hf f/Q/Q2 2 =R=Rf fS S3 3/LU

53、/LU第五節(jié) 井巷通風阻力測定 二、局部阻力測算 用壓差計測出1-2段阻力hR1-2和1-3段阻力hR1-3,若斷面一致，則 hf與長度L成正比。則單純巷道轉(zhuǎn)彎的局部阻力hL。 h hL L=h=hR1-3R1-3- h- hR1-2R1-2L L1313/L/L1212 R RL L=h=hL L/Q/Q2 2 =2S2R RL L/123第五節(jié) 井巷通風阻力測定 三、井筒通風阻力測定三、井筒通風阻力測定 1 1、進風井筒阻力測定、進風井筒阻力測定 1)1)壓差計法壓差計法吊測法吊測法 50m,80m,100m,120m,150m,(H)50m,80m,100m,120m,150m,(H)

54、h h1 1 , h , h2 2 , h , h3 3 ,h ,h4 4, h, h5 5 H Hf f=a+bH=a+bH h hR R=h=hf f+2h+2hL L 2)2)氣壓計法氣壓計法 從地表開始，每隔從地表開始，每隔50m50m，測量，測量P P，t,tt,t 靜壓差靜壓差PiPi，高差，高差Z Z， h hR R= = PiPi+ + m m Zg-0.5 VZg-0.5 V2 2井筒單管壓差計測繩膠皮管靜壓重錘第五節(jié) 井巷通風阻力測定 2 2、回風井筒阻力測定、回風井筒阻力測定1)1)壓差計法壓差計法-吊測法吊測法 防爆蓋上打孔；或在安全門內(nèi)防爆蓋上打孔；或在安全門內(nèi)2)2)氣壓計法氣壓計法 在井底用氣壓計讀出相對壓力，在安全在井底用氣壓計讀出相對壓力，在安全門內(nèi)再讀出相對壓力，兩者差值門內(nèi)再讀出相對壓力，兩者差值PP，h hR R= = P+ P+ m m ZgZg +0.5 V +0.5 V2 2底底-0.5 V-0.5 V2 2