第三章(通风阻力).ppt

第三章 井巷通风阻力 本章重点和难点： 摩擦阻力和局部阻力产生的原因和测算 风流流动时，必须具有一定的能量(通风压力)，用以克服井巷及空气分子之间的摩擦对风流所产生的阻力。通风压力克服通风阻力，两者因次相同，数值相等，方向相反。知道通风阻力的大小就能确定所需通风压力的大小。在矿井通风中，存在着摩擦阻力和局部阻力，必须分析研究它们的特性、测定方法以及降低措施等，从而作为选择通风设备，进行通风管理与设计的依据。这在通风设计中尤其重要。 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 。 在实际工程计算中，为简便起见，通常以Re=2300作为管道流动流态的判定准数，即： Re≤2300 层流， Re＞2300 紊流 （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=3.85；半圆拱C=3.90；圆断面C=3.54 。 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 风流中各点的流速、压力等物理参数随时间作不规则运动。 （２）瞬时速度 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。 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前人实验得出水流在圆管中的沿程阻力公式（达西公式） 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； L—圆管的长度，m； V — 管内水流的平均速度，m/s 一般情况下，摩擦阻力要占能量方程中通风阻力的80～90％，它是矿井通风设计，选择扇风机的主要参数，也是生产中分析与改善矿井通风工作的主要对象。 1．尼古拉兹实验 实际流体在流动过程中，沿程能量损失一方面（内因）取决于粘滞力和惯性力的比值，用雷诺数Re来衡量；另一方面（外因）是固体壁