学习情境三 矿井通风阻力(无图).doc

学习情境三 矿井通风阻力测定与计算 通风阻力是由于风流流动过程的粘性和惯性（内因），以及井巷壁面对风流的阻滞作用和扰动作用（外因）造成的，通风阻力包括摩擦阻力和局部阻力两大类，其中摩擦阻力是井巷通风阻力的主要组成部分。 任务一 认识流体流动状态 一、 风流的流动状态 流体在运动中有层流流动和紊流流动两种状态。流体以不同的流动状态运动时，其速度在断面上的分布和阻力形式也完全不同。 （ Re= （3-1） 式中 v—— 管道中流体的平均流速，m/s； d —— 圆形管道的直径， m； —— 流体的运动粘性数，矿井通风中一般用平均值 ＝1.501－5m2/s； 当流速很小、管径很细、流体的运动粘度较大时，流体呈层流运动，反之，为紊流流动。 许多学者经过对圆形管道水流的大量实验证明：当Re2320时，水流呈层流状态，叫下临界值；当Re12000时，水流呈完全紊流状态，叫上临界值。 Re＝2320～12000时，为层流和紊流不稳定过渡区，Re＝2320～4000区域内，流动状态不是固定的，由管道的粗糙程度、流体进入管道的情况等外部条件而定，只要稍有干扰，流态就会发生变化，因此，为方便起见，在实际工程计算中，通常以Re＝2300作为管道流动流态的判别系数，即： Re2300 为层流 Re2300 为紊流 对于非圆形断面的管道，要用水力学中的水力半径的概念，把非圆形断面折算成圆形断面。所谓水力半径Rw（也叫当量直径）就是流过断面面积S和湿润周界（即流体在管道断面上与管壁接触的周长)U之比。对于圆形断面有 Rw＝ （3-2) 用水力半径代替圆形管道直径就会得到非圆形管道的雷诺判别系数，即： Re= （3-3) 式中 S —— 非圆形管道面积，m2； U —— 非圆形管道断面周长，m； 其它符号意义同前。 对于不同形状的断面，其周长U与断面S的关系，可用下式表示： U 式中 C——断面形状系数；梯形C=4.16；三心拱C=3.85；半圆拱C=3.90 （三）井巷中风流的流动状态 井巷中空气的流动，近似于水在管道中的流动，井下除了竖井以外，大部分巷道都为非圆形巷道，而且它充满整个井巷，故湿润周界就是断面的周长。可用式（3-3）计算雷诺数近似判别井巷中风流的流动状态。 例3-1 某梯形巷道的断面积S=9m2,巷道中的风量为360m3/min,试判别风流流态。 解：Re=＝ = =128120＞2300 故巷道中的风流流态为紊流。 例3-2 巷道条件同前，求相应于Re=2300的层流临界风速 解： v= = =0.01197m/s 因为《规程》规定，井巷中最低允许风速为0.15m/s,而井下巷道的风速都远远大于上述数值，所以井巷风流的流动状态都是紊流，只有风速很小的漏风风流，才有可能出现层流。 任务二 摩擦阻力的测算 1、摩擦阻力 井下风流沿井巷或管道流动时，由于空气的粘性，受到井巷壁面的限制，造成空气分子之间相互摩擦（内摩擦）以及空气与井巷或管道周壁间的摩擦，从而产生阻力，称这种阻力为摩擦阻力。 （一）达西公式和尼古拉兹实验 在水力学中，用来计算圆形管道沿程阻力的计算式叫做达西公式，即： h摩＝，Pa （3-4） 式中 h摩——摩擦阻力，Pa； ——实验系数，无因次； L——管道的长度，m； d——管道的直径, m； ——流体的密度，kg/m3； ——管道内流体的平均流速，m/s； 上式对于层流和紊流状态都适用,但流态不同，实验的无因次系数大不相同，所以，计算的沿程阻力也大不相同。著名的尼古拉兹实验明确了流动状态和实验系数的关系。 尼古拉兹把粗细不同的砂粒均匀地粘于管道内壁，形成不同粗糙度的管道。管壁粗糙度是用相对粗糙度来表示的，即砂粒的平均直径（m）与管道直径r（m）之比。尼古拉兹以水为流动介质，对相对粗糙度分别为1/15、1/30.6、1/60、1/126、1/256、1/507六种不同的管道进行实验研究。实验得出流态不同的水流，系数与管壁相对粗糙度、雷诺数Re的关系，如图3-1所示。图中的曲线是以对数坐标来表示的，纵坐标轴为（lg100）,横坐标轴为lgRe。根据值随Re 变化特征图中曲线分为五个区： （图3-1 尼古拉兹试验结果） Ⅰ区—