第二章礦井空氣流動基本理論安全工程

第二章礦井空氣流動基本理論安全工程第一頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四第二章礦井空氣流動的基本理論

主要研究內(nèi)容：礦井空氣沿井巷流動過程中宏觀力學參數(shù)的變化規(guī)律以及能量的轉(zhuǎn)換關(guān)系。介紹空氣的主要物理參數(shù)、性質(zhì)，討論空氣在流動過程中所具有的能量（壓力）及其能量的變化。根據(jù)熱力學第一定律和能量守恒及轉(zhuǎn)換定律，結(jié)合礦井風流流動的特點，推導了礦井空氣流動過程中的能量方程，介紹了能量方程在礦井通風中的應(yīng)用。第一節(jié)空氣的主要物理參數(shù)一、溫度溫度是描述物體冷熱狀態(tài)的物理量。礦井表示氣候條件的主要參數(shù)之一。熱力學絕對溫標的單位K，攝式溫標T=273.15+t二、壓力（壓強）空氣的壓力也稱為空氣的靜壓，用符號P表示。壓強在礦井通風中習慣稱為壓力。它是空氣分子熱運動對器壁碰撞的宏觀表現(xiàn)。P=2/3n(1/2mv2)礦井常用壓強單位：PaMpammHgmmH20mmbarbaratm等。

換算關(guān)系：1atm=760mmHg=1013.25mmbar=101325Pa(見P396)１mmbar=100Pa=10.2mmH20,１mmHg=13.6mmH20=133.32Pa第二頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四三、濕度表示空氣中所含水蒸汽量的多少或潮濕程度。表示空氣濕度的方法：絕對濕度、相對溫度和含濕量三種１、絕對濕度每立方米空氣中所含水蒸汽的質(zhì)量叫空氣的絕對濕度。其單位與密度單位相同（Kg/m3），其值等于水蒸汽在其分壓力與溫度下的密度。v=Mv/V

飽和空氣：在一定的溫度和壓力下，單位體積空氣所能容納水蒸汽量是有極限的，超過這一極限值，多余的水蒸汽就會凝結(jié)出來。這種含有極限值水蒸汽的濕空氣叫飽和空氣，這時水蒸氣分壓力叫飽和水蒸分壓力，PS，其所含的水蒸汽量叫飽和濕度s

。２、相對濕度單位體積空氣中實際含有的水蒸汽量（V）與其同溫度下的飽和水蒸汽含量（S）之比稱為空氣的相對濕度φ＝V／S反映空氣中所含水蒸汽量接近飽和的程度。

第三頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四Φ愈小空氣愈干爆，φ＝０為干空氣；φ愈大空氣愈潮濕，φ＝１為飽和空氣。溫度下降，其相對濕度增大，冷卻到φ=1時的溫度稱為露點例如：甲地：t=18℃，V＝0.0107Kg/m3,乙地：t=30℃，V＝0.0154Kg/m3解：查附表當t為18℃，s＝0.0154Kg/m3,,當t為30℃，s＝0.03037Kg/m3,

∴甲地：φ＝V／S＝0.7＝70%乙地：φ＝V／S＝0.51＝51%

乙地的絕對濕度大于甲地，但甲地的相對濕度大于乙地，故乙地的空氣吸濕能力強。

露點：將不飽和空氣冷卻時，隨著溫度逐漸下降，相對濕度逐漸增大，當達到100％時，此時的溫度稱為露點。上例甲地、乙地的露點分別為多少？

第四頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四３、含濕量

含有1kg干空氣的濕空氣中所含水蒸汽的質(zhì)量（kg）稱為空氣的含濕量。d=V／d,

V=φPs/461T

d=(P-φPs)/287Td=0.622

φPs/(P-φPs)四、焓

焓是一個復合的狀態(tài)參數(shù)，它是內(nèi)能u和壓力功PV之和，焓也稱熱焓。i=id+d?iV=1.0045t+d(2501+1.85t)實際應(yīng)用焓-濕圖（I-d)第五頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四五、粘性流體抵抗剪切力的性質(zhì)。當流體層間發(fā)生相對運動時，在流體內(nèi)部兩個流體層的接觸面上，便產(chǎn)生粘性阻力(內(nèi)摩擦力)以阻止相對運動，流體具有的這一性質(zhì)，稱作流體的粘性。其大小主要取決于溫度。

根據(jù)牛頓內(nèi)摩擦定律有：式中：μ－－比例系數(shù)，代表空氣粘性，稱為動力粘性或絕對粘度。其國際單位：帕.秒，寫作：Pa.S。運動粘度為：溫度是影響流體粘性主要因素，氣體，隨溫度升高而增大，液體而降低Vy第六頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四六、密度單位體積空氣所具有的質(zhì)量稱為空氣的密度，與P、t、濕度等有關(guān)。濕空氣密度為干空氣密度和水蒸汽密度之和，即：根據(jù)氣體狀態(tài)方程，可推出空氣密度計算公式：kg/m3

式中：P為大氣壓，Ｐsat為飽和水蒸汽壓，單位：Pa；φ為相對濕度；Ｔ為空氣絕對溫度，T=t+273,K。kg/m3

式中：P為大氣壓，Ｐsat為飽和水蒸汽壓，單位：mmHg。

注意：Ｐ和Ｐsat單位一致?？諝獗热荩?V/M=1/第七頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四第二節(jié)礦井空氣壓力及測量能量與壓力是通風工程中兩個重要的基本概念，壓力可以理解為：單位體積空氣所具有的能夠?qū)ν庾鞴Φ臋C械能。一、風流的能量與壓力1.靜壓能－靜壓（1）靜壓能與靜壓的概念空氣的分子無時無刻不在作無秩序的熱運動。這種由分子熱運動產(chǎn)生的分子動能的一部分轉(zhuǎn)化的能夠?qū)ν庾鞴Φ臋C械能叫靜壓能，J／m3，在礦井通風中，壓力的概念與物理學中的壓強相同，即單位面積上受到的垂直作用力。靜壓Pa=N/m2也可稱為是靜壓能，值相等（２）靜壓特點a.無論靜止的空氣還是流動的空氣都具有靜壓力；b.風流中任一點的靜壓各向同值，且垂直于作用面；c.風流靜壓的大小（可以用儀表測量）反映了單位體積風流所具有的能夠?qū)ν庾鞴Φ撵o壓能的多少。如說風流的壓力為101332Pa，則指風流1m3具有101332J的靜壓能。第八頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四（３）壓力的兩種測算基準（表示方法）根據(jù)壓力的測算基準不同，壓力可分為：絕對壓力和相對壓力。A、絕對壓力：以真空為測算零點（比較基準）而測得的壓力稱之為絕對壓力，用P表示。B、相對壓力：以當時當?shù)赝瑯烁叩拇髿鈮毫闇y算基準(零點)測得的壓力稱之為相對壓力，即通常所說的表壓力，用h表示。風流的絕對壓力（P）、相對壓力（h）和與其對應(yīng)的大氣壓（P0）三者之間的關(guān)系如下式所示：h=P－P0abPa真空P0Pbha(+)hb(-)P0第九頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四Pi與hi比較：I、絕對靜壓總是為正，而相對靜壓有正負之分；II、同一斷面上各點風流的絕對靜壓隨高度的變化而變化，而相對靜壓與高度無關(guān)。III、Pi可能大于、等于或小于與該點同標高的大氣壓(P0i)。2、重力位能（1)重力位能的概念物體在地球重力場中因地球引力的作用，由于位置的不同而具有的一種能量叫重力位能，簡稱位能，用EPO

表示。如果把質(zhì)量為M（kg）的物體從某一基準面提高Z（m），就要對物體克服重力作功M.g.Z（J），物體因而獲得同樣數(shù)量（M.g.Z）的重力位能。即：EPO=M.g.Z重力位能是一種潛在的能量，它只有通過計算得其大小，而且是一個相對值。實際工作中一般計算位能差。（２）位能計算重力位能的計算應(yīng)有一個參照基準面。Ep012=∫igdzi如下圖1－２兩斷面之間的位能差：dzi１２００２１第十頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四（3)位能與靜壓的關(guān)系

當空氣靜止時（v=0），由空氣靜力學可知：各斷面的機械能相等。設(shè)以2-2斷面為基準面：1-1斷面的總機械能E1=EPO1+P12-2斷面的總機械能E2=EPO2+P2由E1=E2得：EPO1+P1=EPO2+P2

由于EPO2=0（2-2斷面為基準面），EPO1=12.g.Z12，所以：P2=EPO1+P1=12.g.Z12+P1

說明：Ｉ、位能與靜壓能之間可以互相轉(zhuǎn)化。II、在礦井通風中把某點的靜壓和位能之和稱之為勢能。（4)位能的特點a.位能是相對某一基準面而具有的能量，它隨所選基準面的變化而變化。但位能差為定值。b.位能是一種潛在的能量，它在本處對外無力的效應(yīng)，即不呈現(xiàn)壓力，故不能象靜壓那樣用儀表進行直接測量。c.位能和靜壓可以相互轉(zhuǎn)化，在進行能量轉(zhuǎn)化時遵循能量守恒定律。dzi１２００２１第十一頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四3.動能－動壓（1)動能與動壓的概念當空氣流動時，除了位能和靜壓能外，還有空氣定向運動的動能，用Ev表示，J/m3；其動能所轉(zhuǎn)化顯現(xiàn)的壓力叫動壓或稱速壓，用符號hv表示，單位Pa。（2)動壓的計算單位體積空氣所具有的動能為：Evi＝i×V2×0.5

式中：i－－I點的空氣密度，Kg/m3；v－－I點的空氣流速，m/s。Evi對外所呈現(xiàn)的動壓hvi，其值相同。（3)動壓的特點a.只有作定向流動的空氣才具有動壓，因此動壓具有方向性。b.動壓總是大于零。垂直流動方向的作用面所承受的動壓最大（即流動方向上的動壓真值）；當作用面與流動方向有夾角時，其感受到的動壓值將小于動壓真值。c.在同一流動斷面上，由于風速分布的不均勻性，各點的風速不相等，所以其動壓值不等。d.某斷面動壓即為該斷面平均風速計算值。第十二頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四（４）全壓風道中任一點風流，在其流動方向上同時存在靜壓和動壓，兩者之和稱之為該點風流的全壓，即：全壓＝靜壓＋動壓。由于靜壓有絕對和相對之分，故全壓也有絕對和相對之分。Ａ、絕對全壓（Pti）Pti＝Pi＋hviB、相對全壓（hti）hti＝hi＋hvi＝Pti－Poi

說明：A、相對全壓有正負之分；B、無論正壓通還是負壓通風，Pti>Pi

hti＞hi。二、風流的點壓力之間相互關(guān)系風流的點壓力是指測點的單位體積(1m3)空氣所具有的壓力。通風管道中流動的風流的點壓力可分為：靜壓、動壓和全壓。風流中任一點i的動壓、絕對靜壓和絕對全壓的關(guān)系為：hvi=Pti-Pi

hvi、hI和hti三者之間的關(guān)系為：hti=hi+hvi。第十三頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四風流點壓力間的關(guān)系abPa真空P0Pbha(+)hb(-)P0Pathvhat(+)hvhbt(-)Pbt抽出式通風壓入式通風壓入式通風抽出式通風第十四頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四例題2-2-1如圖壓入式通風風筒中某點i的hi=1000Pa，hvi=150Pa，風筒外與i點同標高的P0i=101332Pa，求：

(1)i點的絕對靜壓Pi；(2)i點的相對全壓hti；(3)i點的絕對靜壓Pti。解：(1)Pi=P0i+hi=101332+1000=102332Pa(2)hti=hi+hvi=1000+150=1150Pa(3Pti=P0i+hti=Pi+hvi=101332.32+1150=Pa例題2-2-2如圖抽出式通風風筒中某點i的hi=1000Pa，hvi=150Pa，風筒外與i點同標高的P0i=101332Pa，求：

(1)i點的絕對靜壓Pi；(2)i點的相對全壓hti；(3)i點的絕對靜壓Pti。解：(1)Pi=P0i+hi=101332.5-1000=100332Pa(2)|hti|=|hi|－h(huán)vi＝1000-150=850Pahti＝－850Pa(3)Pti=P0i+hti=101332.5-850=100482Pa第十五頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四三、風流點壓力的測定１、礦井主要壓力測定儀器儀表（１）絕對壓力測量：空盒氣壓計、精密氣壓計、水銀氣壓計等。（２）壓差及相對壓力測量：恒溫氣壓計、“Ｕ”水柱計、補償式微壓計、傾斜單管壓差計。（３）感壓儀器：皮托管，承受和傳遞壓力，+-測壓２、壓力測定（１）絕對壓力－－直接測量讀數(shù)。（２）相對靜壓(以如圖正壓通風為例)（注意連接方法）：＋－０’０’hP0izP0i第十六頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四推導如圖h=hi?以水柱計的等壓面0’－0’為基準面，

設(shè):i點至基準面的高度為Z，膠皮管內(nèi)的空氣平均密度為ρm，膠皮管外的空氣平均密度為ρm’；與i點同標高的大氣壓P0i。則水柱計等壓面0’－0’兩側(cè)的受力分別為：

水柱計左邊等壓面上受到的力：

P左＝P０+ρ水gh＝P0i+ρm’g(z-h)+ρ水gh

水柱計右邊等壓面上受到的力：

P右＝Pi+ρmgz由等壓面的定義有：P左＝P右，即：

P0i+ρm’g(z-h)+ρ水gh＝P0i+ρmgz

第十七頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四

若ρm＝ρm’

有：∵ρ水＞＞ρm

（Pa）

（mmH20）對于負壓通風的情況請自行推導（注意連接方法）：zP0i＋－h(huán)00第十八頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四說明：（I）水柱計上下移動時，hi保持不變；（II）在風筒同一斷面上、下移動皮托管，水柱計讀數(shù)不變，說明同一斷面上hi相同。（３）相對全壓、動壓測量測定連接如圖（說明連接方法及水柱高度變化）zP0iht＋－h(huán)ihv第十九頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四如圖2-1所示，空盒氣壓計由一個波紋狀金屬真空盒和一套杠桿機構(gòu)組成。大氣壓變化時盒面變形值經(jīng)杠桿機構(gòu)放大，帶動盒面指針轉(zhuǎn)動指出大氣壓值。空盒氣壓計使用前應(yīng)用水銀氣壓計校正，校正時用小螺絲刀微微擰轉(zhuǎn)盒背面（或側(cè)面）的調(diào)節(jié)螺絲，使指針所示氣壓值與水銀氣壓計一致。測定時，將其水平放置，用手指輕輕敲擊盒面數(shù)次，消除指針的蠕動現(xiàn)象，等待數(shù)分鐘后再讀值，讀值應(yīng)根據(jù)儀器所附檢定證進行刻度和溫度的補充校正。例如，某空盒氣壓計讀值為770mmHg，查取它的刻度校正值為-0.1mmHg，溫度校正為-0.03（mmHg/℃×15℃）=-0.45mmHg，補充校正為+0.6mmHg，則實際大氣壓為770-0.1-0.45+0.6=770.05mmHg。

第二十頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四第二十一頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四精密數(shù)字氣壓計第二十二頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四U型壓差計U型壓差計如圖4-3，有一根彎成U型的玻璃管1（其中裝如蒸餾水或酒精），刻度尺2和支撐板組成，測定時，用膠皮管將風流壓力接引（傳遞）到玻璃管內(nèi)，垂直U型管的兩液面差乘以工作液（U形管內(nèi)所裝液體）的比重，即為測定的壓差h（mmH2O），如為傾斜U形壓差計，它的壓差為：H＝LδsinαmmH2O式中：L——U形管內(nèi)的液面高差（mm）；α——U形管的傾角（°）；δ——工作液比重。

第二十三頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四

第二十四頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四單管壓差計單管壓差計工作原理如圖4-4所示。它是由一個具有大斷面的容器A（面積為F1）與一個小斷面的傾斜管B（面積為F2）互相連通，并在其中裝有適量酒精的儀器。若在P1與P2壓差作用下，具有傾斜度α的管子B內(nèi)的液體在垂直方向升高了一個高度Z1，而A容器內(nèi)的液面下降了Z2，這時儀器內(nèi)液面的高差為：Z=Z1+Z2由于A容器液體下降的體積與B管液體上升的體積相等，即：Z2F1=LF2則Z2=LF2/F1并且Z1=Lsinα把Z1與Z2代入上式，得：Z=Z1+Z2=L（sinα+F2/F1）故用此壓差計測得P1與P2之壓差h為：h=Zδ=Lδ(sinα+F2/F1)式中：δ——酒精的比重；令：K=δ(sinα+F2/F1)則：h=KLmmH2O式中：K——儀器的校正系數(shù)；L——傾斜管上的讀數(shù)，mm。第二十五頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四第二十六頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四補償式微壓計組成如圖2-4-11所示，測定連接如圖2-4-12所示。補償式微壓計主要由盛水容器A、容器B、連接膠管、刻度盤、刻度尺、螺桿、反光鏡等組成。盛水容器A和B通過膠管連接形成連通器，容器B不動，B中裝有水準頭。當刻度盤帶動螺桿轉(zhuǎn)動時，容器A可隨著上下移動。

補償式微壓計的工作原理是：較大壓力的膠管接到“+”接頭與B相通，小壓力接到“-”接頭與A相通，B中水面下降，水準頭露出，同時A內(nèi)液面上升。旋轉(zhuǎn)螺桿以提升容器A，同時B中水面隨著上升，直到B中水面回到水準頭原來所在的水平面為止。此時刻度尺和刻度盤上的讀數(shù)總和即為所測的壓力（mmH2O）。其原理的實質(zhì)，是通過提高容器A的位置，用水柱高度來平衡（補償）壓力差造成的B中水面的下降，使B中水面恢復到原來的零位位置，這時A所提高的高度就是兩容器壓力差所造成的水柱高度。第二十七頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四第二十八頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四井巷風速測量機械葉輪式風速計又叫風表，按其結(jié)構(gòu)有葉輪式和杯式兩種，如圖14—1—1。兩者內(nèi)部結(jié)構(gòu)相似。葉輪式風表，主要由葉輪、傳動蝸輪、蝸桿、計數(shù)器、指針及回零桿、離合閘板、護殼底座等構(gòu)成。離合閘板能使計數(shù)器與葉輪軸聯(lián)接和分開，用來開關(guān)計數(shù)器?；亓銞U的作用是能夠使風表指針回零。風表的葉輪由鋁合金葉片組成，葉片與旋轉(zhuǎn)鈾的垂直平面成一定角度。當風流吹動風輪時，通過傳動機構(gòu)將運動傳給計數(shù)器，指示出葉輪的轉(zhuǎn)速，稱為表速兒。再按風表校正曲線查得真實風速認，即為測風斷面上的風速。如圖14—l—2為萊葉輪式風表的校第二十九頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四井巷風速測量第三十頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四井巷風速測量

二、超聲波旋渦風速傳感器傳感器是應(yīng)用卡曼渦街理論來實現(xiàn)風速檢測的。所謂卡曼渦街理論，就是在無限流場中，垂直流體流向插入一根無限長的非流線型阻擋體(旋渦發(fā)生體)，在雷諾數(shù)為200一50ooo范圍內(nèi)，阻擋體的下游將產(chǎn)生內(nèi)旋的、互相交替的旋渦列．第三十一頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四井巷風速測量

三、數(shù)字風表葉輪式數(shù)字風表感受元件仍是葉輪，只是在葉輪上安裝—·些附件，根據(jù)光電、電感和干黃管等原理把物理量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏浚秒娮泳€路實現(xiàn)自動記錄和檢測數(shù)字化。如xsF—1型數(shù)字風表，葉輪在風流作用下，連續(xù)不斷轉(zhuǎn)動，帶動同軸上的光輪做同步轉(zhuǎn)動。當光輪上的孔正對紅外光電管時，發(fā)射管發(fā)出的脈沖信號被接收管接收，光輪每轉(zhuǎn)動一次，接收管接收到兩個脈沖。由于風輪的轉(zhuǎn)動與風速成線性關(guān)系，接收管接收到脈沖與風速成線性關(guān)系。脈沖信號經(jīng)整形、分頻和一分鐘記數(shù)后，LED數(shù)碼管顯示一分鐘的平均風速值。第三十二頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四井巷通風阻力及測量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：摩擦阻力(也稱為沿程阻力)和局部阻力。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與井巷壁面之間的摩擦所形成的阻力稱為摩擦阻力(也叫沿程阻力)。由流體力學可知，無論層流還是紊流，以風流壓能損失來反映的摩擦阻力可用下式來計算

λ－無因次系數(shù)，即摩擦阻力系數(shù)，通過實驗求得。d—圓形風管直徑，非圓形管用當量直徑；第三十三頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四1．尼古拉茲實驗實際流體在流動過程中，沿程能量損失一方面（內(nèi)因）取決于粘滯力和慣性力的比值，用雷諾數(shù)Re來衡量；另一方面（外因）是固體壁面對流體流動的阻礙作用，故沿程能量損失又與管道長度、斷面形狀及大小、壁面粗糙度有關(guān)。其中壁面粗糙度的影響通過λ值來反映。1932～1933年間，尼古拉茲把經(jīng)過篩分、粒徑為ε的砂粒均勻粘貼于管壁。砂粒的直徑ε就是管壁凸起的高度，稱為絕對糙度；絕對糙度ε與管道半徑r的比值ε/r稱為相對糙度。以水作為流動介質(zhì)、對相對糙度分別為1/15、1/30.6、1/60、1/126、1/256、1/507六種不同的管道進行試驗研究。對實驗數(shù)據(jù)進行分析整理，在對數(shù)坐標紙上畫出λ與Re的關(guān)系曲線，如圖3-2-1所示。結(jié)論分析：

Ⅰ區(qū)——層流區(qū)。當Re＜2320(即lgRe＜3.36)時，不論管道粗糙度如何，其實驗結(jié)果都集中分布于直線Ⅰ上。這表明λ與相對糙度ε/r無關(guān)，只與Re有關(guān)，且λ=64/Re。與相對粗糙度無關(guān)

第三十四頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四Ⅱ區(qū)——過渡流區(qū)。2320≤Re≤4000(即3.36≤lgRe≤3.6)，在此區(qū)間內(nèi)，不同相對糙度的管內(nèi)流體的流態(tài)由層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪?。所有的實驗點幾乎都集中在線段Ⅱ上。λ隨Re增大而增大，與相對糙度無明顯關(guān)系。Ⅲ區(qū)——水力光滑管區(qū)。在此區(qū)段內(nèi)，管內(nèi)流動雖然都已處于紊流狀態(tài)(Re＞4000)，但在一定的雷諾數(shù)下，當層流邊層的厚度δ大于管道的絕對糙度ε（稱為水力光滑管）時，其實驗點均集中在直線Ⅲ上，表明λ與ε仍然無關(guān)，而只與Re有關(guān)。隨著Re的增大，相對糙度大的管道，實驗點在較低Re時就偏離直線Ⅲ，而相對糙度小的管道要在Re較大時才偏離直線Ⅲ。Ⅳ區(qū)——紊流過渡區(qū)，即圖中Ⅳ所示區(qū)段。在這個區(qū)段內(nèi)，各種不同相對糙度的實驗點各自分散呈一波狀曲線，λ值既與Re有關(guān)，也與ε/r有關(guān)。δε第三十五頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四Ⅴ區(qū)——水力粗糙管區(qū)。在該區(qū)段，Re值較大，管內(nèi)液流的層流邊層已變得極薄，有ε>>δ，砂粒凸起高度幾乎全暴露在紊流核心中，故Re對λ值的影響極小，略去不計，相對糙度成為λ的唯一影響因素。故在該區(qū)段，λ與Re無關(guān)，而只與相對糙度有關(guān)。摩擦阻力與流速平方成正比，故稱為阻力平方區(qū)，尼古拉茲公式：第三十六頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四2．層流摩擦阻力當流體在圓形管道中作層流流動時，從理論上可以導出摩擦阻力計算式：

∵μ=ρ·ν∴

可得圓管層流時的沿程阻力系數(shù)：古拉茲實驗所得到的層流時λ與Re的關(guān)系，與理論分析得到的關(guān)系完全相同，理論與實驗的正確性得到相互的驗證。

層流摩擦阻力和平均流速的一次方成正比。3、紊流摩擦阻力

對于紊流運動，λ=f(Re，ε/r)，關(guān)系比較復雜。用當量直徑de=4S/U代替d，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：第三十七頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四二、摩擦阻力系數(shù)與摩擦風阻1．摩擦阻力系數(shù)α礦井中大多數(shù)通風井巷風流的Re值已進入阻力平方區(qū)，λ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，相對糙度一定，則λ可視為定值；在標準狀態(tài)下空氣密度ρ=1.2kg/m3。對上式，令：α稱為摩擦阻力系數(shù)，單位為kg/m3或N.s2/m4。則得到紊流狀態(tài)下井巷的摩擦阻力計算式寫為：

標準摩擦阻力系數(shù)：通過大量實驗和實測所得的、在標準狀態(tài)（ρ0=1.2kg/m3）條件下的井巷的摩擦阻力系數(shù)，即所謂標準值α0值，當井巷中空氣密度ρ≠1.2kg/m3時，其α值應(yīng)按下式修正：第三十八頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四2．摩擦風阻Rf對于已給定的井巷，L、U、S都為已知數(shù)，故可把上式中的α、L、U、S歸結(jié)為一個參數(shù)Rf：：

Rf稱為巷道的摩擦風阻，其單位為：kg/m7或N.s2/m8。工程單位：kgf.s2/m8

，或?qū)懗桑簁μ。1N.s2/m8=9.8kμRf＝f(ρ,ε,S,U,L)。在正常條件下當某一段井巷中的空氣密度ρ一般變化不大時，可將Rf看作是反映井巷幾何特征的參數(shù)。則得到紊流狀態(tài)下井巷的摩擦阻力計算式寫為：此式就是完全紊流(進入阻力平方區(qū))下的摩擦阻力定律。三、井巷摩擦阻力計算方法新建礦井：查表得α0αRfhf生產(chǎn)礦井：hfRfαα0

第三十九頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四四、生產(chǎn)礦井一段巷道阻力測定1、壓差計法用壓差計法測定通風阻力的實質(zhì)是測量風流兩點間的勢能差和動壓差，計算出兩測點間的通阻力。其中：右側(cè)的第二項為動壓差，通過測定１、２兩斷面的風速、大氣壓、干濕球溫度，即可計算出它們的值。第一項和第三項之和稱為勢能差，需通過實際測定。1）布置方式及連接方法＋－＋－z1z2１２２１第四十頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四２）阻力計算壓差計“＋”感受的壓力：壓差計“－”感受的壓力：

故壓差計所示測值：設(shè)且與1、2斷面間巷道中空氣平均密度相等，則：式中：Z12為1、2斷面高差，h值即為1、2兩斷面壓能與位能和的差值。根據(jù)能量方程，則1、2巷道段的通風阻力hR12為：

把壓差計放在1、2斷面之間，測值是否變化？第四十一頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期四2、