第3章井巷通风阻力要点解析.ppt

第三章 井巷通风阻力 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α值 正确计算局部阻力系数ξ值 4、本章的思考题 (1)对于给定的井巷，摩擦风阻Rf=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)。 （１）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 。 （２）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=9m2，巷道中风量为Q=240m3/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Re＝2300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，m2；l—滤流带粗糙度系数，m。 层流，Re≤0.25； 紊流，Re＞2.5； 过渡流 0.25Re2.5 二、井巷断面上风速分布 （１）紊流脉动和时均速度 风流中各点的流速、压力等物理参数随时间作不规则,瞬时速度 vx 随时间τ的变化。其值虽然不断变化，但在一足够长的时间段 T 内，流速 vx 总是围绕着某一平均值 上下波动。 (３）巷道风速分布 由于空气的粘性和井巷壁面摩擦影响，井巷断面上风速分布是不均匀的。层流边层：在贴近壁面处仍存在层流运动薄层，即层流边层。其厚度δ随Re增加而变薄，它的存在对流动阻力、传热和传质过程有较大影响。 在层流边层以外，从巷壁向巷道轴心方向，风速逐渐增大，呈抛物线分布。 平均风速： 式中： 巷道通过风量Q。则：Q＝V ×S 风速分布系数：断面上平均风速v与最大风速vmax的比值称为风速分布系数(速度场系数)，用Kv表示： 巷壁愈光滑，Kv值愈大，即断面上风速分布愈均匀。 砌碹巷道，Kv=0.8～0.86；木棚支护巷道，Kv=0.68～0.82； 无支护巷道，Kv=0.74～0.81。 实际中，由于受井巷断面形状和支护形式的影响，及局部阻力物的存在，最大风流不一定在井巷的轴线上。风速分布也不一定是有对称性。 第二节 摩擦风阻与阻力 一、摩擦阻力 风流在井巷中作沿程流动时，由于流体层间的摩擦和流体与井巷壁面之间的摩擦所形成的阻力称为摩擦阻力(也叫沿程阻力)。 由流体力学可知，无论层流还是紊流，以风流压能损失来反映的摩擦阻力可用下式(达西定律)来计算： Pa λ－无因次系数，即沿程阻力系数，通过实验求得。 d—圆形风管直径，非圆形管用当量直径； 1