矿井通风网络与风量自然分配教案课件

第第7 7章章 矿井通风网络中风流基本定律矿井通风网络中风流基本定律和风量自然分配和风量自然分配Principles of Airflow本章主要内容及重点和难点本章主要内容及重点和难点1 1、风量分配基本定律、风量分配基本定律-三大定律三大定律2 2、网络图及网络特性、网络图及网络特性1)1)简单网络简单网络2)2)角联及复杂网络角联及复杂网络3 3、计算机解算复杂网络、计算机解算复杂网络第7章 矿井通风网络与风量自然分配第一节第一节 概述概述一、通风网络一、通风网络 矿井通风系统是由纵横交错的井巷构成的矿井通风系统是由纵横交错的井巷构成的一个复杂系统。用图论的方法对通风系统进行一个复杂系统。用图论的方法对通风系统进行抽象描述，把通风系统变成一个由线、点及其抽象描述，把通风系统变成一个由线、点及其属性属性组成的系统，称为组成的系统，称为通风网络通风网络。第7章 矿井通风网络与风量自然分配二 基本术语 1.分支（边、弧）：分支（边、弧）：表示一段通风井巷的有向线段，线段的方向代表井巷中的风流方向。2.节点（结点、顶点）：节点（结点、顶点）：是三条或三条以上巷道的交汇点。3.路（通路、道路）：路（通路、道路）：是由若干条方向相同的分支首尾相连而成的线路。第7章 矿井通风网络与风量自然分配 4.回路（网孔）回路（网孔）：由两条或两条以上分支首尾相连形成的闭合线路称为回路。5、树树：是指任意两节点间至少存在一条通路但不含回路的一类特殊图。第7章 矿井通风网络与风量自然分配 三、矿井通风网络图三、矿井通风网络图通风网络图：通风网络图：用直观的几何图形来表示通风网络。用直观的几何图形来表示通风网络。特特点点：）通通风风网网络络图图只只反反映映风风流流方方向向及及节节点点与与分分支支间间的的相相互互关关系系，节节点点位位置置与与分分支支线线的的形形状状可可以任意改变。以任意改变。）能能清清楚楚地地反反映映风风流流的的方方向向和和分分合合关关系系，并并且且是是进进行行各各种种通通风风计计算算的的基基础础，因因此此是是矿矿井井通通风风管管理的一种重要图件。理的一种重要图件。第7章 矿井通风网络与风量自然分配网网络络图图两两种种类类型型：一一种种是是与与通通风风系系统统图图形形状状基基本本一一致致的的网网络络图图；另另一一种种是是曲曲线线形形状状的的网网络络图图。但但一一般般常常用用曲曲线网络图。线网络图。绘制步骤：绘制步骤：(1)(1)节节点点编编号号 在在通通风风系系统统图图上上给给井井巷巷的的交交汇汇点点标标上上特特定的节点号。定的节点号。(2)(2)绘绘制制草草图图 在在图图纸纸上上画画出出节节点点符符号号，并并用用单单线线条条（直线或弧线）连接有风流连通的节点。（直线或弧线）连接有风流连通的节点。(3)(3)图图形形整整理理 按按照照正正确确、美美观观的的原原则则对对网网络络图图进进行行修修改。改。第7章 矿井通风网络与风量自然分配第7章 矿井通风网络与风量自然分配四、基本定律四、基本定律 1 1 风量平衡定律风量平衡定律 是是指指在在稳稳态态通通风风条条件件下下，单单位位时时间间流流入入某某节节点点的的空空气气质质量量等等于于流流出出该该节节点点的的空空气气质质量量；或或者者说说，流流入入与与流流出出某某节节点点的的各各分分支支的的质质量量流流量量的的代代数数和和等等于零。于零。第7章 矿井通风网络与风量自然分配 若不考虑风流密度的变化，则流入与流出某节点的各若不考虑风流密度的变化，则流入与流出某节点的各分支的体积流量（风量）的代数和等于零，即：分支的体积流量（风量）的代数和等于零，即：如图如图a a，节点，节点4 4处的风量平衡方程为：处的风量平衡方程为：16523图a第7章 矿井通风网络与风量自然分配将上述节点扩展为无源回路，将上述节点扩展为无源回路，则上述风量平衡定律依然成则上述风量平衡定律依然成立。如图立。如图b b所示，回路所示，回路2-4-2-4-5-7-25-7-2的各邻接分支的风量的各邻接分支的风量满足如下关系：满足如下关系：2178356图b第7章 矿井通风网络与风量自然分配2 2 风压平衡定律风压平衡定律 假设：假设：一般地，回路中分支风流方向为顺时针时，一般地，回路中分支风流方向为顺时针时，其阻力其阻力取取“”，逆时针时，其阻力取，逆时针时，其阻力取“”。（1 1）无动力源（）无动力源（H Hn n H Hf f）通风网路图的任一回路中，无动力源时，各分支阻力的代数和通风网路图的任一回路中，无动力源时，各分支阻力的代数和为零，即：为零，即：如图，对回路如图，对回路 -6-6中有：中有：23456第7章 矿井通风网络与风量自然分配（2 2）有动力源）有动力源 设风机风压设风机风压H Hf f ，自然风压，自然风压H HN N 。如图，对回路如图，对回路 2 23 34-5-14-5-1中有：中有：一般表达式为：一般表达式为：即：即：能量平衡定律是指在任一闭合回路中，能量平衡定律是指在任一闭合回路中，各分支的通风阻力代数和等于该回路中各分支的通风阻力代数和等于该回路中自然风压与通风机风压的代数和。自然风压与通风机风压的代数和。23456第7章 矿井通风网络与风量自然分配3 阻力定律第7章 矿井通风网络与风量自然分配第二节第二节 串联、并联通风网路的基本性质串联、并联通风网路的基本性质一、串联通风风路一、串联通风风路 由由两两条条或或两两条条以以上上分分支支彼彼此此首首尾尾相相连连，中中间间没没有有风风流流分分汇汇点点的线路称为的线路称为串联风路串联风路。如图所示。如图所示第7章 矿井通风网络与风量自然分配（一）（一）串联风路特性串联风路特性 1.1.总风量等于各分支的风量，即总风量等于各分支的风量，即 M MS S=M=M1 1=M=M2 2=M=Mn n 当各分支的空气密度相等时，当各分支的空气密度相等时，Q QS S=Q=Q1 1=Q=Q2 2=Q=Qn n第7章 矿井通风网络与风量自然分配2.2.总风压（阻力）等于各分支总风压（阻力）等于各分支 风压（阻力）之和，即风压（阻力）之和，即:第7章 矿井通风网络与风量自然分配3.3.总风阻等于各分支风阻之和，即：总风阻等于各分支风阻之和，即：4.4.串联风路等积孔与各分支等积孔间的关系串联风路等积孔与各分支等积孔间的关系 第7章 矿井通风网络与风量自然分配（二）串联风路等效阻力特性曲线的绘制（二）串联风路等效阻力特性曲线的绘制 根据以上串联风路的特性，可以绘制串联风路等效阻力特性曲线。根据以上串联风路的特性，可以绘制串联风路等效阻力特性曲线。方法：方法：、首先在、首先在h hQ Q坐标图上分别作出串联风路坐标图上分别作出串联风路1 1、2 2的阻力特的阻力特性曲线性曲线R R1 1、R R2 2；、根据串联风路、根据串联风路“风量相等，阻力叠加风量相等，阻力叠加”的原则，作平行于的原则，作平行于h h轴轴的若干条等风量线，在等风量线上将的若干条等风量线，在等风量线上将1 1、2 2分支阻力分支阻力h h1 1、h h2 2叠加，叠加，得到串联风路的等效阻力特性曲线上的点；得到串联风路的等效阻力特性曲线上的点；、将所有等风量线上的点联成曲线、将所有等风量线上的点联成曲线R R3 3，即为串联风路的等效阻力，即为串联风路的等效阻力特性曲线。特性曲线。1R1R2R1R2R1+R2QH第7章 矿井通风网络与风量自然分配二、并联通风风网二、并联通风风网 由由两两条条或或两两条条以以上上具具有有相相同同始始节节点点和和末末节节点点的的分分支支所所组组成成的的通通风风网网络络，称称为为并并联联风风网网。如如图图所所示示并并联联风风网网由由3 3条分支并联。条分支并联。第7章 矿井通风网络与风量自然分配（一）并联风路特性：（一）并联风路特性：1.1.总风量等于各分支的风量之和，即总风量等于各分支的风量之和，即 当各分支的空气密度相等时当各分支的空气密度相等时,第7章 矿井通风网络与风量自然分配2.2.总风压等于各分支风压，即总风压等于各分支风压，即注注意意：当当各各分分支支的的位位能能差差不不相相等等，或或分分支支中中存存在在风风机机等等通通风风动动力时，并联分支的阻力并不相等。力时，并联分支的阻力并不相等。第7章 矿井通风网络与风量自然分配3.3.并联风网总风阻与各分支风阻的关系并联风网总风阻与各分支风阻的关系 第7章 矿井通风网络与风量自然分配对于两条巷道并联时第7章 矿井通风网络与风量自然分配4.4.并联风网等积孔等于各分支等积孔之和，即并联风网等积孔等于各分支等积孔之和，即 第7章 矿井通风网络与风量自然分配5.5.并联风网的风量分配并联风网的风量分配 若已知并联风网的总风量，在不考虑其它通风动力及风流密度变若已知并联风网的总风量，在不考虑其它通风动力及风流密度变化时，可由下式计算出分支化时，可由下式计算出分支i i的风量。的风量。即即R1R2.RiRnQS第7章 矿井通风网络与风量自然分配特例：对于两条巷道并联风量自然分配第7章 矿井通风网络与风量自然分配第7章 矿井通风网络与风量自然分配（二）并联风路等效阻力特性曲线的绘制（二）并联风路等效阻力特性曲线的绘制 根据以上并联风路的特性，可以绘制并联风路等效阻力特性曲线。根据以上并联风路的特性，可以绘制并联风路等效阻力特性曲线。方法方法：、首先在、首先在h hQ Q坐标图上分别作出并联风路坐标图上分别作出并联风路1 1、2 2的阻力特性曲线的阻力特性曲线R R1 1、R R2 2；、根据并联风路、根据并联风路“风压（阻力）相等，风量叠加风压（阻力）相等，风量叠加”的原则，作平行于的原则，作平行于Q Q轴轴的若干条等风压线，在等风压线上将的若干条等风压线，在等风压线上将1 1、2 2分支阻力分支阻力h h1 1、h h2 2叠加，得到并叠加，得到并联风路的等效阻力特性曲线上的点；联风路的等效阻力特性曲线上的点；、将所有等风压线上的点联成曲线、将所有等风压线上的点联成曲线R R3 3，即为并联风路的等效阻力特性曲线。，即为并联风路的等效阻力特性曲线。2112R1R2R1R2R1+R2QH第7章 矿井通风网络与风量自然分配例题：某个通风网络如图所示，已知各条巷道的风阻R1=0.25,R2=0.34,R3=0.46 N s2/m8,巷道1的风量Q1=65m/s。求BC、BD风路自然分配的风量及风路ABC、ABD的阻力为多少？R R1 1,Q,Q1 1R R2 2,Q,Q2 2R R3 3,Q,Q3 3A AB BC CD D第7章 矿井通风网络与风量自然分配第7章 矿井通风网络与风量自然分配课堂练习习题集88页第11题第7章 矿井通风网络与风量自然分配第7章 矿井通风网络与风量自然分配第7章 矿井通风网络与风量自然分配当开凿巷道4时第7章 矿井通风网络与风量自然分配第7章 矿井通风网络与风量自然分配三、串联风路与并联风网的比较三、串联风路与并联风网的比较 在在任任何何一一个个矿矿井井通通风风网网络络中中，都都同同时时存存在在串串联联与与并并联联风风网网。在在矿矿井井的的进进、回风风路多为串联风路，而采区内部多为并联风网。回风风路多为串联风路，而采区内部多为并联风网。并并联联风风网网的的优优点点：、从从提提高高工工作作地地点点的的空空气气质质量量及及安安全全性性出出发发，采采用用并并联风网具有明显的优点。联风网具有明显的优点。、在同样的分支风阻条件下，分支并联时的总风阻小于串联时的总风阻。、在同样的分支风阻条件下，分支并联时的总风阻小于串联时的总风阻。1R1R22112R1R2第7章 矿井通风网络与风量自然分配 第三节第三节 角联通风风网角联通风风网一、基本概念一、基本概念 角角联联风风网网：在在并并联联巷巷道道中中间间有有一一条条联联络络巷巷道道，使使一一侧侧巷巷道道与与另另一一侧侧巷道相连构成的网络。巷道相连构成的网络。角角联联分分支支（对对角角分分支支）：是是指指位位于于风风网网的的任任意意两两条条有有向向通通路路之之间间、且不与两通路的公共节点相连的分支，如图。且不与两通路的公共节点相连的分支，如图。简单角联风网：简单角联风网：仅有一条角联分支的风网。仅有一条角联分支的风网。复杂角联风网复杂角联风网：含有两条或两条以上角联分支的风网。含有两条或两条以上角联分支的风网。213456复杂角联风网复杂角联风网简单角联风网简单角联风网1第7章 矿井通风网络与风量自然分配二、角联分支风向判别二、角联分支风向判别 原则：原则：分支的风向取决于其始、末节点间的分支的风向取决于其始、末节点间的压能值。风流由能位高的节点流向能位低的节点；压能值。风流由能位高的节点流向能位低的节点；当两点能位相同时，风流停滞；当始节点能位低于当两点能位相同时，风流停滞；当始节点能位低于末节点时，风流反向。末节点时，风流反向。第7章 矿井通风网络与风量自然分配 判别式（以简单角联为例判别式（以简单角联为例）：）：1 1、分支分支5 5中无风中无风 Q Q5 5=0=0 Q Q1 1=Q=Q3 ,3 ,Q Q2 2=Q=Q4 4 由风压平衡定律：由风压平衡定律：h h1 1=h=h2 ,2 ,h h3 3=h=h4 4 由阻力定律：由阻力定律：两式相比得：两式相比得：即即 或写为或写为：11第7章 矿井通风网络与风量自然分配、当分支、当分支5 5中风向由中风向由2323 节点节点的压能高于节点的压能高于节点，则，则 h hR2R2 h hR1 R1 即：即：同理，同理，h hR3R3 h hR4R4即即即即又又 即：即：或写为：或写为：风流11第7章 矿井通风网络与风量自然分配、分支、分支5 5中的风向由中的风向由3232 同理可得：同理可得：或写为：或写为：改变角联分支两侧的边缘分支的风阻就可以改变角联分支的风向。改变角联分支两侧的边缘分支的风阻就可以改变角联分支的风向。对图示简单角联风网，可推导出如下角联分支风流方向判别式：对图示简单角联风网，可推导出如下角联分支风流方向判别式：11风流第7章 矿井通风网络与风量自然分配三、角联利弊由于边缘巷道风阻发生变化不会导致工作面风流方向发由于边缘巷道风阻发生变化不会导致工作面风流方向发生改变的角联巷道称为无害角联。生改变的角联巷道称为无害角联。由于边缘巷道风阻发生变化而导致工作面风流方向发生由于边缘巷道风阻发生变化而导致工作面风流方向发生改变的角联巷道称为有害角联。改变的角联巷道称为有害角联。第7章 矿井通风网络与风量自然分配132CBQ0第7章 矿井通风网络与风量自然分配第7章 矿井通风网络与风量自然分配第7章 矿井通风网络与风量自然分配第7章 矿井通风网络与风量自然分配第7章 矿井通风网络与风量自然分配第四节第四节 应用计算机解算复杂通风网络应用计算机解算复杂通风网络 目的目的：已知风网各分支风阻和主通风机的特性，求算主要通：已知风网各分支风阻和主通风机的特性，求算主要通风机的工况点，各分支的风量和风向，以便验算各用风地点风机的工况点，各分支的风量和风向，以便验算各用风地点的风量和风速是否符合规程要求。的风量和风速是否符合规程要求。原理：原理：依据风量平衡定律、风压平衡定律、阻力定律依据风量平衡定律、风压平衡定律、阻力定律 方法：方法：回路法回路法 假设风网中每一回路内各分支的风向和风假设风网中每一回路内各分支的风向和风量开始，逐渐修正风量，使之满足风压平衡定律。量开始，逐渐修正风量，使之满足风压平衡定律。节点法节点法 假设风网中每一回路内各分支节点压力值开始，假设风网中每一回路内各分支节点压力值开始，逐渐修正压力分布，使之满足风量平衡定律。逐渐修正压力分布，使之满足风量平衡定律。第7章 矿井通风网络与风量自然分配一、改进的斯考德恒斯雷试算法回路法一、改进的斯考德恒斯雷试算法回路法 回路风量：回路风量：把风流在风网中的流动看成是在一些互不把风流在风网中的流动看成是在一些互不重复的独立的闭合回路中各有一定的风量在循环，这重复的独立的闭合回路中各有一定的风量在循环，这种风量称为回路风量。种风量称为回路风量。如图：回路：如图：回路：ABDEF(ABDEF(风量风量q q1 1)、BCDB(qBCDB(q2 2)、DCED(qDCED(q3 3)独立分支：独立分支：只属于一个回路的分支。反之，为非独立只属于一个回路的分支。反之，为非独立分支。且满足：独立分支分支。且满足：独立分支(M)(M)分支总数分支总数(B)(B)节点数节点数(J)(J)如：如：BCBC、CECE、EFABEFAB独立分支，独立分支，BDBD、DEDE、CDCD非独立分支非独立分支第7章 矿井通风网络与风量自然分配基本思路：基本思路：初拟风网中各回路风量初拟风网中各回路风量(如如q q1 1 q q2 2 q q3 3)，使其满足风网中节，使其满足风网中节 点风量风量平衡定律，然后利用点风量风量平衡定律，然后利用 风压平衡定律对其逐一进行修正，风压平衡定律对其逐一进行修正，从而得各分支假设风量，经把迭从而得各分支假设风量，经把迭 代计算修正，各回路风压逐渐趋代计算修正，各回路风压逐渐趋 于平衡，这样各分支风量逐渐接真实值。于平衡，这样各分支风量逐渐接真实值。回路风量修正值（回路风量修正值（Q Q）：）：回路中各分支阻力代数和，当分支流向与回路流向一致时，取回路中各分支阻力代数和，当分支流向与回路流向一致时，取“”，反之，取，反之，取“”。当回路中有当回路中有 H Hf f 和和 H Hn n 时：时：故分支风量为：故分支风量为：ABCDEFq2q1q3Hf第7章 矿井通风网络与风量自然分配第7章 矿井通风网络与风量自然分配课堂练习习题集91页第19题第7章 矿井通风网络与风量自然分配第7章 矿井通风网络与风量自然分配第7章 矿井通风网络与风量自然分配本章作业本章作业7-87-87-107-107-127-127-137-137-147-147-157-15第7章 矿井通风网络与风量自然分配7-1 比较串联通风与并联通风的特点。比较串联通风与并联通风的特点。7-2 什么叫风量自然分配？影响流入并联什么叫风量自然分配？影响流入并联网路分支风量的因素是什么？网路分支风量的因素是什么？第7章 矿井通风网络与风量自然分配