礦內(nèi)空氣的主要物理參數(shù)

第一節(jié)礦內(nèi)空氣的主要物理參數(shù)一、密度單位體積空氣所具有的質(zhì)量稱為空氣的密度ρ故：mV

，kg/m3 〔1-2-1〕式中m——空氣的質(zhì)量，kg；V——空氣的體積，m3 ；ρ——空氣的密度，kg／m3；一般地說，當(dāng)空氣的溫度和壓力轉(zhuǎn)變時(shí)，其體積會(huì)發(fā)生變化。所以空氣的密度是隨溫度、壓力而變化的，從而可以得出空氣的密度是空間點(diǎn)坐標(biāo)和時(shí)間的函數(shù)。如在大氣壓P0101325Pa0℃(273.15K)時(shí)，干空氣的密度ρ01.293kg／m3。濕空氣的密度是lm3空氣中所含干空氣質(zhì)量和水蒸汽質(zhì)量之和： 〔1-2-2〕d v式中ρd—1m3空氣中干空氣的質(zhì)量，kg；ρv—1m3空氣中水蒸汽的質(zhì)量，kg；由氣體狀態(tài)方程和道爾頓分壓定律可以得出濕空氣的密度計(jì)算公式：P 0.378P0.003484

s 〔1-2-3〕式中P—空氣的壓力，Pa；t—空氣的溫度，℃；

273t P Ps—溫度t時(shí)飽和水蒸汽的分壓，Pa；φ—相對(duì)濕度，用小數(shù)表示。二、比容空氣的比容是指單位質(zhì)量空氣所占有的體積，用符號(hào)v (m3/kg)表示，比容和密度互為倒數(shù)，它們是一個(gè)狀態(tài)參數(shù)的兩種表達(dá)方式。則：V 1v ，m3/kg 〔1-2-4〕m 些變化都將引起空氣密度的變化，在不同的礦井這種變化的規(guī)律是不同的。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)考慮什么狀況下可以無視密度的這種變化，而在什么條件下又是不行無視的。三、粘性〔內(nèi)摩擦力〕以便阻擋相對(duì)運(yùn)動(dòng)，流體具有的這一性質(zhì)，稱作流體的粘性。例如，空氣在管道內(nèi)以速度u1-2-1所示。1-2-1空氣粘性在垂直流淌方向上，設(shè)有厚度為d〔，速度為m/，速度增量為dm/〕層，在流淌方向上的速度梯度為dudy1，由牛頓內(nèi)摩擦定律：fsdu 〔1-2-5〕dy式中：f——內(nèi)摩擦力，N；s——流層之間的接觸面積，m2；——?jiǎng)恿φ扯取不蚍Q確定粘度，Pas，它隨著氣溫順氣壓而變化。〔m/s2〕表示氣體的粘性，這個(gè)系μ有以下關(guān)系： 〔1-2-6〕式中ρ——?dú)怏w的密度，kg/m3。的上升而增大；液體的粘性隨溫度的上升而減小，如圖1-2-2所示。1-2-2空氣與水的粘性隨溫度的變化1-2-1為幾種有關(guān)流體的粘度。流體名稱動(dòng)力粘度/Pa流體名稱動(dòng)力粘度/Pas運(yùn)動(dòng)粘度/m2s1空氣1.808×10-51.501×10-5氮?dú)?N)2氧氣(O)21.76×10-52.04×10-51.41×10-51.43×10-5甲烷(CH)4水1.08×10-51.005×10-31.52×10-51.007×10-6四、比熱容1K時(shí)所吸取或放出的熱量稱為比熱容。定義式為cdQ/dT，kJ/〔kg?k〕 〔1-2-7〕比熱容的單位取決于熱量單位和物量單位通常承受的物量單位：質(zhì)量(kg)、標(biāo)準(zhǔn)容積(Nm3)和千摩爾(kmo1)。因此，相應(yīng)的就有質(zhì)量比熱容、容積比熱容和摩爾比熱容之分。質(zhì)量比熱容的符號(hào)c1kg1K時(shí)所吸取或放出的熱量，單位是J/kg?。c′1Nm31K時(shí)所吸取或放出的熱量，單位是J/N3?。摩爾比熱容的符號(hào)是C或MC1kmol空氣上升或降低1K單位是J/〔kmol?。三種比熱容的換算關(guān)系是cMCc22.4 0式中 M——?dú)怏w的分子量；

〔1-2-8〕ρ——?dú)怏w在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度，g/m3。0熱量不是氣體狀態(tài)參數(shù)，所以C也不是狀態(tài)參數(shù)，而是氣體熱力變化過程的函數(shù)。影響其大小的主要因素是：物質(zhì)的性質(zhì)、熱力過程、物質(zhì)所處的狀態(tài)等。c c c c地分為比定容熱容〔v〕和比定壓熱容〔p。v和p值分別表示為c dQ c dQ v dTv

p dT

〔1-2-9〕pc c等容過程多，故比定壓熱容p總是大于比定容熱容v。抱負(fù)氣體的比熱容也是溫度的單值c c函數(shù)，比熱容隨溫度的上升而增大。不同溫度時(shí)，空氣的p和v1-2-2所列。表1-2-2 空氣的比熱容比熱容比熱容溫度-10℃0℃15℃30℃80℃比定容熱容/cv0.70760.71180.71180.71590.7201kJ/〔kg?K〕比定壓熱容/cp0.99651.00061.00061.00061.0009kJ/〔kg?K〕令cp cvk，這個(gè)比值稱為氣體的比熱比，或名絕熱指數(shù)，每種氣體各有一個(gè)幾乎不變的k值，對(duì)于空氣，k≈1.41。溫度單位1概述溫度的國際單位是開爾文用符號(hào)“K”表示開氏溫度標(biāo)度是用一種抱負(fù)氣體來確立的確定零度分子的動(dòng)能0℃，273.15°K。熱力學(xué)溫度單位開爾文(K)是國際單位制〔SI〕根本單位之一。其他根本單位是米、千克、秒、安培、摩爾和坎德拉。開爾文開爾文(K)是熱力學(xué)溫度單位,等于水的三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度的(1/273.16)。上述定義以物理常量:水三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度Ttr為根底，而Ttr1967273.16K。1K=1/273.16Ttr開爾文是用英國科學(xué)家開爾文的名字命名的威廉·湯姆森〔William·Thomson〕，后來的開爾文勛爵(Lord·KelvinofLargs)，1824626英國北愛爾蘭貝爾法斯特10格拉斯哥大學(xué)注冊(cè)錄用。16劍橋，在劍橋他全部功物理學(xué)教授從1846年開頭從事教學(xué)和科學(xué)爭論。13湯姆森的興趣一向在熱力學(xué)和電學(xué)方面。熱能的爭論使他生疏了一個(gè)可能最低的溫度，即溫度確實(shí)定零度。他把這個(gè)-273.15℃的溫度點(diǎn)當(dāng)作一個(gè)的溫度和溫標(biāo)〔圖略〕的動(dòng)身點(diǎn)。他與一位英國物理學(xué)家詹姆斯·普雷斯科特·焦?fàn)枴睯ames·Prescott·Joule1818~18應(yīng)”。它說明，抱負(fù)氣體在沒有外界做功而膨脹時(shí)，使其冷卻到足夠低的溫度。發(fā)生冷卻是*1856年湯姆森生疏到依據(jù)他的名字命名的熱電落差依據(jù)它的方向產(chǎn)生熱或取走熱?！皽飞瓱帷焙鸵粋€(gè)導(dǎo)電體的焦耳電流熱(它取決于導(dǎo)體的電阻和電流強(qiáng)度)是不能混淆的。另外湯姆森還生疏到可以轉(zhuǎn)化為機(jī)械功的熱能。作為熱力學(xué)過程不行逆性的一個(gè)量，用熵的概念他與魯?shù)婪颉た藙谖鳛跛?Rudolf·Claustus1822~1888)熱力學(xué)其次定律,亦即全部的熱力機(jī)只能把它從一種熱材料取走的熱能的一局部轉(zhuǎn)換成機(jī)械功。這個(gè)熱能的剩余局部又總是被散發(fā)給冷材料。在電學(xué)領(lǐng)域依據(jù)他的名字命名的開爾文電流天平他還研制了靜電伏特計(jì),它能夠相當(dāng)準(zhǔn)確的測量當(dāng)時(shí)最高大約10kV電阻的測量美國之間首次海底電纜連接名揚(yáng)國外。他是這個(gè)工程的發(fā)起人之一，并計(jì)算了電纜。經(jīng)海底電纜的第一次通話是1858年817大西洋19的技術(shù)奉獻(xiàn)。圓滿的是,由于消滅了故障,用這個(gè)電纜向大西洋另一方大約只通了700次話?？缭酱笪餮蟪掷m(xù)的通信直到1866年初才在兩洲之間建起,這項(xiàng)工作湯姆森同樣參與并起了打算性的作用。威廉·188219071217蘇格蘭拉格斯四周的內(nèi)斯霍爾(Netherhall8419自然科學(xué)家。他把最終的長眠之處選在伊薩克·牛頓爵士(1643-1727)旁邊的威斯敏斯特爾教堂。*焦?fàn)?湯姆森效應(yīng)：氣體經(jīng)受焦?fàn)?湯姆森膨脹時(shí)溫度隨壓強(qiáng)的變化。高壓到低壓的不行逆絕熱膨脹。華氏度華氏度(fahrenheit)和攝氏度(Centigrade世界上很多國家都使用攝氏度，美國和其他一些英語國家使用華氏度而較少使用攝氏度。華氏度〔°F〕：溫度的一種度量單位。 華氏度：F=32+1.8×C 華氏度是以其制造者德國人GabrielD.Fahrenheit〔華倫海1681—1736〕命名的，其結(jié)冰點(diǎn)是32°F。沸點(diǎn)為華氏度212°F。他覺察液體金屬水銀比酒精更適宜制造溫度計(jì)，于是制造了水銀溫度計(jì)。當(dāng)大氣壓為1.01X10^5Pa時(shí)，把水的冰點(diǎn)設(shè)為32度，把水沸點(diǎn)設(shè)為212度，把32度到212度之間平均分成180等分，每等分為1華氏度。攝氏度冰水混合物100100攝氏度的一個(gè)單位1攝氏度的制造者是安德斯·攝爾修斯〔AndersCelsius1701-1744〕，其結(jié)冰點(diǎn)是0℃，沸點(diǎn)為100℃。 1714年德國人法勒海特〔Fahrenheit〕以水銀為測溫介質(zhì)，制成玻璃水銀溫度計(jì)，選取氯化銨和冰水的混合物的溫度為溫度計(jì)的零度，人體溫度為溫度計(jì)的100度把水銀溫度計(jì)從0度到100度按水銀的體積膨脹距離分成100份， 每一份為1華氏度，記作“1℉”。依據(jù)華溫標(biāo)，則水的冰點(diǎn)為32℉，沸點(diǎn)為212℉?！叭A氏溫標(biāo)”是閱歷溫標(biāo)之一。在美國的日常生活中，多承受這種溫標(biāo)。規(guī)定在一322121801度。華氏溫度用字母“F”表示。攝氏溫度〔℃〕和華氏溫度〔℉〕之間的換算關(guān)系為：F=9℃/5+32，5〔F-32〕/9攝氏度×9/5+32=華氏度。寒暑表中通常有兩個(gè)刻度：攝氏度〔記為0℃〕和華氏度〔記為0℉〕。華氏度與攝氏度的進(jìn)率：華氏度=32+攝氏度×1.8攝氏度=〔華氏度－32〕÷1.8蘭氏度英文名字為：RankineWilliamJohnMacquornRankine1859°R。確定零度的時(shí)候〔0〕，蘭氏度也為零。但是蘭氏度定義為華氏度減去相應(yīng)值而不像開爾文是定義為攝氏度減去相應(yīng)值。[°R]