《井巷通风阻力》PPT课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,目录,第三章 井巷通风阻力,第一节 井巷断面上的风速分布,第二节 摩擦风阻与阻力,第三节 局部风阻与阻力,第四节 矿井总风阻与矿井等积孔,第五节 降低矿井通风阻力的措施,1、上一章内容回顾,1)、上次课所讲的主要内容,空气的物理性：温度、密度（比容）、重度(重率)、湿度(绝对湿度、相对湿度、含湿量)、压力（压强）、粘性、焓、风流的点压力及其相互关系、矿井通风能量方程(空气流动连续性方程、单位质量流量能量方程、单位体积流量能量方程)及通风能量（压力）坡度线。,2)、能解决的实际问题,（1）密度的计算,（2）点压力的测定,（3）矿井通风阻力的计算,（4）矿井能量压力坡度线的画法，从图形上直观地看出空气在流动过程中能量（压力）沿程变化规律。,（5）风流方向的判断,2、本章的重点：,井巷断面的风速分布，摩擦阻力系数、摩擦风阻及阻力计算，尼古拉兹实验，矿井局部阻力系数、局部风阻与阻力，矿井总风阻与等积孔、降低矿井通风阻力的措施。,3、本章的难点：,正确查算摩擦阻力系数值,正确计算局部阻力系数值,4、本章的思考题,(1)对于给定的井巷，摩擦风阻,R,f,=const,，为什么？,(2),摩擦阻力,与,摩擦风阻,有何不同？,(3)矿井风量与摩擦阻力有何关系，从降低摩擦阻力的角度，应如何,控制风量,？局部阻力是如何产生的？,(4)目前所用,等积孔,的计算方法、分级标准有什么不足之处？,(5)结合矿井实际，如何,降低,矿井通风阻力？如何降低局部阻力？,(6)如何正确,合理评价,矿井通风难易程度？,第三章 井巷通风阻力,当空气沿井巷运动时，由于风流的粘滞性和惯性以及井巷壁面等对风流的阻滞、扰动作用而形成通风阻力，它是造成风流能量损失的原因。井巷通风阻力可分为两类：摩擦阻力(也称为沿程阻力)和局部阻力。,第一节 井巷断面上风速分布,一、风流流态,1、管道流,同一流体在同一管道中流动时，不同的流速，会形成不同的流动状态。当流速较低时，流体质点互不混杂，沿着与管轴平行的方向作层状运动，称为,层流(或滞流,)。当流速较大时，流体质点的运动速度在大小和方向上都随时发生变化，成为互相混杂的紊乱流动，称为,紊流(或湍流)。,（）雷诺数Re,式中：平均流速v、管道直径,d,和流体的运动粘性系数 。,当空气温度为15,0,C 时，,=14.4x10,-6,m,2,/s。,雷诺实验示意图,实验表明：,Re,2320,层流,（下临界雷诺数）,Re,4000,紊流,（上临界雷诺数）,中间为,过渡区,。,实际工程计算中，为简便起见，通常用,Re=2300,来判断管路流动的流态。,Re,2300 层流，,Re,2300 紊流,（）当量直径,对于非圆形断面的井巷，,Re,数中的管道直径,d,应以井巷断面的当量直径,de,来表示：,因此，非圆形断面井巷的雷诺数可用下式表示：,对于不同形状的井巷断面，其周长,U,与断面积,S,的关系，可用下式表示：,式中：,C,断面形状系数：,梯形,C,=4.16；三心拱,C,=4.10；半圆拱,C,=3.84；圆形拱,C,=3.54,。,例：,某梯形巷道，采用工字钢支护，断面S=9m,2,，巷道中风量为Q=240m,3,/min，试判别,风流流态,。,解：,故巷道中,风流为紊流,。,例：,巷道条件同前，求相应于Re2300时的层流临界风速。,解：,规程规定，井巷中,最低允许风速为0.15m/s，,由此可见，矿井内所有通风井巷中的风流均呈,紊流状态,。只有在,采区冒落带，煤岩柱裂隙,中的漏风风流才有可能出现,层流状态,，用,孔隙介质流,来判断。,2、孔隙介质流,在采空区和煤层等多孔介质中风流的流态判别准数为：,式中：K冒落带渗流系数，m,2,；,l,滤流带粗糙度系数，m。,层流，,R,e,0.25；紊流，,R,e,2.5；过渡流 0.25,R,e,，砂粒凸起高度几乎全暴露在紊流核心中，故,Re,对值的影响极小,，略去不计，相对糙度成为,的唯一影响因素。故在该区段，,与,Re,无关，而只与相对糙度有关。摩擦阻力与流速平方成正比，故称为阻力平方区，,尼古拉兹公式：,区,层流区,。当,Re,2320(即lgRe3.36)时，不论管道粗糙度如何，其实验结果都集中分布于直线上。这表明,与相对糙度/r无关，只与,Re,有关，且,=64/,Re,。,与相对粗糙度无关,区过渡流区,。2320,Re,4000(即3.36lg,Re,3.6)，在此区间内，不同相对糙度的管内流体的流态由层流转变为紊流。所有的实验点几乎都集中在线段上。随,Re,增大而增大，与相对糙度无明显关系。,区水力光滑管区,。在此区段内，管内流动虽然都已处于紊流状态(,Re,4000)，但,在一定的雷诺数下，,当层流边层的厚度,大于管道的绝对糙度（称为水力光滑管）时，其实验点均集中在直线上，表明,与,仍然无关，而只与,Re,有关,。随着,Re,的增大，相对糙度大的管道，实验点在较低,Re,时就偏离直线，而相对糙度小的管道要在,Re,较大时才偏离直线。,结论分析：,I区,2层流摩擦阻力,当流体在圆形管道中作层流流动时，从理论上可以导出摩擦阻力计算式：,=,可得圆管层流时的沿程阻力系数：,古拉兹实验所得到的层流时,与,Re,的关系，与理论分析得到的关系完全相同，理论与实验的正确性得到相互的验证。,层流摩擦阻力和平均流速的一次方成正比。,3、紊流摩擦阻力,对于紊流运动，=f(Re，/r)，关系比较复杂。用当量直径,de,=4,S,/,U,代替,d,，代入阻力通式，则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式：,二、摩擦阻力系数与摩擦风阻,1摩擦阻力系数,矿井中大多数通风井巷风流的,Re,值已进入阻力平方区，值只与相对糙度有关，对于几何尺寸和支护已定型的井巷，相对糙度一定，则可视为定值；在标准状态下空气密度=1.2kg/m,3,。,对上式，令：,称为摩擦阻力系数,，单位为,kg/m,3,或 N.s,2,/m,4,。,则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式写为：,标准摩擦阻力系数：,通过大量实验和实测所得的、在标准状态（,0,=1.2kg/m,3,）条件下的井巷的摩擦阻力系数，,即所谓标准值,0,值,，当井巷中空气密度,1.2kg/m,3,时，其,值应进行修正：,=,0,/1.2,由于井巷,断面大小,、,支护形式及支架规格,的多样性，不同井巷的,相对糙度,差别很大。,对于砌碹和锚喷巷道,，壁面租糙度可用尼古拉兹实验的,相对糙度,概念来比拟，只考虑横断面方向的相对糙度。但对于用,木棚子、工字钢、u型钢和砼棚,等支护的巷道，还要用,支架间距(棚距)L与文拄的直径或纵向厚度d。之比,，即,支架的纵口径,来表示巷道的轴向相对糙度，这是因为，当巷道横断面方向的相对糙度一定时，摩擦阻力系数随纵口径的不同而产生较大变化。,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,6,8,10,12,14,16,18,v=6m/s;Re=146000,v=14m/s;Re=340000,2摩擦风阻,R,f,对于已给定的井巷，,L,、,U,、,S,都为已知数，故可把上式中的、,L,、,U,、,S,归结为一个参数,R,f,：,R,f,称为巷道的摩擦风阻，其单位为：kg/m,7,或 N.s,2,/m,8,。,R,f,f(,S,U,L),。在正常条件下当某一段井巷中的空气密度,一般变化不大时，可将,R,f,看作是反映井巷几何特征的参数。,则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式写为：,此式就是完全紊流(进入阻力平方区)下的摩擦阻力定律。,三、井巷摩擦阻力计算方法,新建矿井：查表得,0,R,f,h,f,生产矿井：,h,f,R,f,0,例题3-3某设计巷道为梯形断面，,S,=8m,2,，,L,=1000m，采用工字钢棚支护，支架截面高度,d,0,=14cm，纵口径,=5，计划通过风量Q=1200m,3,/min，预计巷道中空气密度,=1.25kg/m,3,，求该段巷道的通风阻力。,解 根据所给的,d,0,、,、,S,值，由附录4附表4-4查得:,0,=284.210,4,0.88=0.025Ns,2,/m,4,则：巷道实际摩擦阻力系数 Ns,2,m,4,巷道摩擦风阻,巷道摩擦阻力,规程：新井投产前必须进行1次矿井通风阻力测定，以后,每3年,至少进行1次。矿井转入新水平生产或改变一翼通风系统后，必须重新进行矿井通风阻力测定。,四、生产矿井一段巷道阻力测定,测定路线的选择依据的原则,在所有并联风路中选择风量较大且通过回采工作面的主风流风路作为主测定路线；,选择路线较长且包括有较多井巷类型和支护形式的线路作为主测定线路；,选择沿主风流方向且便于测定工作顺利进行的线路作为主测定线路。,1、,压差计法,用压差计法测定通风阻力的实质是测量风流两点间的势能差和动压差，计算出两测点间的通阻力。,其中：右侧的第二项为动压差，通过测定、两断面的风速、大气压、干湿球温度，即可计算出它们的值。第一项和第三项之和称为势能差，需通过实际测定。,1）布置方式及连接方法,z,1,z,2,）阻力计算,压差计“”感受的压力：,压差计“”感受的压力：,故压差计所示测值：,设 且与1、2断面间巷道中空气平均,密度相等，则：,式中：,Z,12,为1、2断面高差，,h,值即为1、2两断面压能与位能和的差值。根据能量方程，则1、2巷道段的通风阻力,h,R,12,为：,把压差计放在1、2断面之间，测值是否变化？,2、气压计法,由能量方程：,h,R12,=(P,1,-P,2,)+(,1,v,1,2,/2-,2,v,2,2,/2,)+,m12,gZ,12,用,精密气压计,分别测得1，2断面的静压P,1,，P,2,用干,湿球温度计,测得t,1,t,2,t,1,t,2,和,1,2,，进而计算,1，,2,用,风表,测定1，2断面的风速v1,v2。,m12,为1，2断面的平均密度，若高差不大，就用算术平均值，若高差大，则有加权平均值；,Z,12,1，2断面高差，从,采掘工程平面图,查得。,测试方法：,(1)两点同时法,在一条分支巷道的,两端用两台精密气压计同时读数,，从而减少了因气压波动、罐笼提升、矿车运行和风门启闭等动态因素的影响，提高了测定数据的可靠性，适用于,测定时间长、要求精度高、矿井通风网络复杂,的矿井。,(2)基点法,一台仪器(作为基准仪)在井底车场监视大气压变化，另一台仪器到各个测点进行读数，根据基点的仪器读值进行修正。适用于,测定时间短、矿井通风网络简单,的矿井。,计算公式：,h,R12,=(P,1,-P,2,)+,P,12,+(,1,v,1,2,/2-,2,v,2,2,/2,)+,m12,gZ,12,第三节 局部风阻与阻力,由于井巷断面、方向变化以及分岔或汇合等原因，使均匀流动在局部地区受到影响而破坏，从而引起风流速度场分布变化和产生涡流等，造成风流的能量损失，这种阻力称为,局部阻力,。由于局部阻力所产生风流速度场分布的变化比较复杂性，对局部阻力的计算一般采用经验公式。,一、局部阻力及其计算,和摩擦阻力类似，局部阻力,h,l,一般也用动压的倍数来表示：,式中：,局部阻力系数，无因次。,计算局部阻力,，关键是局部阻力系数确定，因v=Q/S,当确定后，便可用,1)层流,实验表明：在层流条件下，流体经过局部阻力物后，仍保持层流，局部阻力仍是由流层之间的粘性切应力引起的，只是,由于边壁变化；使流速重新分布，加强了相邻流层间的相对运动，而增加了局部能量损失,。此时，局部阻力系数与Re成反比，即：,式中：B因局部阻力物形式不同而异的常数。,2)紊流,局部阻力物影响而仍能保持层流者，只有在,Re2000,时才有可能，在矿井通风井巷中的很少见的，所以,重点讨论紊流时产生局部阻力,。,为了探讨局部阻力成因，现分析几种典型局部阻力物附近的流动情况。,几种常见的局部阻力产生的类型：,、突变,紊流通过突变部分时，由于惯性作用，出现主流与边壁脱离的现象，在主流与边壁之间形成涡漩区，从而增加能量损失