矿内空气动力学基础ppt课件

矿井通风与平安矿井通风与平安中国矿业大学中国矿业大学2.1 流体的概念n流体是一种受任何微小剪切力作用时都能延续变形的物质。流体可分为液体和气体。n气体的分子距很大，分子间的吸引力很小，因此，气体极易变形和流动，总是充溢它所可以到达的全部空间。n液体的分子距较小，分子间的吸引力较大，因此流动性不如气体。一定质量的液体具有一定的体积，并取容器的外形，但不可以充溢全部空间。n流体具有流动性，两层流体以一定速度作相对运动时，在两层的交界面上就要产生内摩擦力，又叫粘滞力。n普通来说，流体是可以紧缩的，当压力改动时其体积就要改动，因此密度也随之必变。n既没有内摩擦又没有紧缩性的流体，叫做理想流体。理想流体一、压力一、压力 压力压力N/m2，Pa，J/m3 压头：假设将密度为压头：假设将密度为 的某液体注入到一个断面的某液体注入到一个断面为为A的垂直的管中，当液体的高度为的垂直的管中，当液体的高度为 h时，液体的时，液体的体积为：体积为：V=hA m32.2 风流压力与能量根据密度的定义，这时液体的质量为：mass=V=hA kg液体的重力为：F=hAg N根据压力的定义,有 P=F/A=gh N/m2 or Pa 因此，假设液体的密度知，h就可代表压力点压力：静压、全压、速压相对压力、绝对压力、大气压力绝对压力相对压力大气压力二、风流能量风流任一断面上能量机械能由三部分组成:热能位能动能在通风丈量中以压力的方式出现，这三部分能量分别表示为静压，位压和动压。n1、静压能流动功、静压能流动功 n 如下图，有一两端开口的程度管道，断面为如下图，有一两端开口的程度管道，断面为A，在其，在其中放入一其体积为中放入一其体积为v质量为质量为m的单元流体，即使不思索磨擦的单元流体，即使不思索磨擦阻力，由于管道中存在压力阻力，由于管道中存在压力P，流体的运动受阻，因此必，流体的运动受阻，因此必需施加一个力需施加一个力F抑制阻力。当力抑制阻力。当力F使流体挪动一段间隔后，使流体挪动一段间隔后，就做了功。就做了功。n2、动能、动能 n对一个质量为对一个质量为m静止的物体，施加一个恒定的力静止的物体，施加一个恒定的力F，在，在t时间内加速到时间内加速到u，由于是匀加速，其平均速度为：，由于是匀加速，其平均速度为：n (0+u)/2=u/2 m/sn挪动的间隔为：挪动的间隔为：nL=(u/2)t mn加速度为：加速度为：na=u/t=u/t m/s2n施加的力为：F=ma=mu/t Nn从静止到速度为u，F做功为：n Wd=Ev=FLn =(mu/t)(u/2)tn =mu2/2 J nEv就是质量为 m 的流体所具有的动能.n 3、位能(势能)n任何标高都可用作位能的基点。在矿井中，不同的地点标高不同，那么位能不一样。n质量为m的物体位于基点上，其势能为0。当对其施加一个能抑制重力向上的力F，使其向上挪动到高于基点Zm，力F做的功为：n Wd=FZ=Ep=mgZ J nEp为物体在Z高度上的势能。2.3 能量方程伯努力方程)()22()2(22211222211212122222221111121gZgZVVPPhVgZPVgZPhff（）（21222221112122hPgZuPgZu截面1能量U1截面2能量U2+损失h1-2n假设以为流体不可紧缩，那么密度不变，那么单位质量流体的伯努利方程表达式为：)()(2)2122212121fZZgVVPPh（2.4 压力坡度线n通风压力坡度线是对能量方程的图形描画，反映空气在通风压力坡度线是对能量方程的图形描画，反映空气在流动过程中压力沿程的变化规律、通风压力呵通风阻力流动过程中压力沿程的变化规律、通风压力呵通风阻力之间的相互关系和相互转换。之间的相互关系和相互转换。n通风压力坡度线是通风管理和均压防灭火的有力工具。通风压力坡度线是通风管理和均压防灭火的有力工具。如下图的压入式通风系统，能量方程为：式中 Hs=P1-P2通风机在风硐中所呵斥的相对静压；Hn自然风压，Pa 2)2(22221211vhHvH、ns压入式通风的压力分布 由于通风机入口外P0，风速等于0，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。能量方程为：此式阐明，通风机全压与自然风压共同作用，抑制了矿井阻力，并在出风井口呵斥动压损失。2211vHHsf222221vhHH、nf压入式通风的压力坡度线压入式通风系统压力坡度图P0为地表大气压，Pa；222221vhHH、ns如下图的抽出式通风系统，能量方程为：通风机入口2到分散塔出口3的能量方程式：抽出式通风的压力分布22222233vvHHsf因此能量方程为：当不思索自然风压时，在通风机的全压中，用于抑制矿井阻力h1、2那一部分，常称为通风机有效静压，以Hs表示：上式阐明，在抽出式通风时，通风机的有效静压，等于通风机在风硐中所呵斥的静压与风硐中风流动压之差，或者等于通风机的全压与分散塔出口动压之差。223321vhHH、nf2233vHHfs抽出式通风的压力坡度线抽出式通风系统压力坡度图 如下图辅助通风机安装在井下，在辅助通风机前后都有一段风路，前段为抽出式，出口端为压入式。通风机安装在井下时压力分布22211222vvHHsf 断面1、2的能量方程式：入风井口断面a到通风机吸风口 断面1之间的能量方程式:21011 1()/2aaahppgzv0021zzva0pppba通风机出风口断面2到排风井口断面b之间的能量方程式(1)、(2)相加有：其中，222202 2/2bb bbbhppvvgz22bbba、nfvhHH)(矿井自然风压gzgzHbbaan)(21矿井通风阻力、ba、ba、hhh21011 1()/2aaahppgzv通风机安装在井下时压力坡度线抽压结合式通风系统压力坡度图n 由推导过程可知：无论压入式、抽出式或通风机安装在井下，用于抑制矿井通风阻力和呵斥出风井口动压损失的通风动力，均为通风机的全压与自然风压之总和。n 无论何种通风方式或安装地点有何不同，都有必要降低出风井口风流的动压损失以节省通风机能量。复习思索题2-1 何谓空气的静压，它是怎样产生的？阐明其物理意义和单位。2-2 何谓空气的重力位能？阐明其物理意义和单位。2-3 简述绝对压力和相对压力的概念。为什么在正压通风中断面上某点的相对全压大于相对静压，而在负压通风中断面某点的相对全压小于相对静压？2-4 试述能量方程中各项的物理意义。2-5 分别表达在单位质量和单位体积流体能量方程中，风流的形状变化过程是怎样反映的？2-6 在压入式通风的风筒中，测得风流中某点i 的相对静压hsi 600 Pa，速压 hvi100 Pa，知风筒外与 i 点同标高处的压力为 100kPa。求：1 i 点的相对全压、绝对全压和绝对静压；2 将上述压力之间的关系作图表示压力为纵坐标轴，真空为 0 点。2-7 在抽出式通风风筒中，测得风流中某点i的相对静压1000 Pa，速压150 Pa，风筒外与i点同标高的气压p101332.32 Pa，求：1i点的绝对静压；2i点的相对全压；3i点的绝对全压。4将上述压力之间的关系作图表示压力为纵坐标轴，真空为0点。2-8 用压差计和皮托管测得风筒内一点的相对全压为300Pa，相对静压为240 Pa，知空气密度为1.2kg/m3，试求A点的风流速度，并判别通风方式。