矿井风流流动的能量方程及其应用.PPT

第三章 矿井风流流动的能量方程及其应用 当空气在井巷中流动时，将会受到通风阻力的作用，消耗其能量，为保证空气连续不断地流动，就必须有通风动力对空气做功，使得通风阻力和通风动力相平衡。空气在其流动过程中，由于自身的因素和流动环境的综合影响，空气的压力、能量和其他状态参数沿程将发生变化。本节将重点讨论矿井通风中空气流动的压力和能量变化规律，导出矿井风流运动的能量方程。 第一节 不可压缩性流体能量方程 　 能量方程表达了空气在流动过程中的压能、动能和位能的变化规律，是能量守恒和转换定律在矿井通风中的应用。 在矿井通风系统中，严格地说空气的密度是变化的，即矿井风流是可压缩的。当外力对它做功增加其机械能的同时，也增加了风流的内(热)能。因此，在研究矿井风流流动时，风流的机械能加上其内(热)能才能使能量守恒及转换定律成立。 一、单位体积流体能量方程 1．能量组成 在井巷通风中，风流的能量由机械能(压能、位能、动能)和内能组成，常用单位体积空气所具有的能量表示。 1)风流具有的机械能 风流具有的机械能包括压能、位能和动能。 2)风流具有的内能 风流的内能是风流内部储存能的简称，它是风流内部所具有的分子内动能与分子位能之和。 2．风流流动过程中能量分析 风流在如图所示的井巷中流动，设1、2断面的参数分别为风流的绝对静压P1、P2(Pa)；风流的平均流速为v1、v2(m/s)；风流的密度(kg/m3)距基准面的高程H(m)。 可得单位体积流体的能量方程： 二、关于能量方程使用的几点说明 从能量方程的推导过程可知，方程是在一定的条件下导出的，并对它做了适当的简化。因此，在应用能量方程时应根据矿井的实际条件，正确理解能量方程中各参数的物理意义，灵活应用。 (1)能量方程的意义是，表示单位体积空气由1断面流向2断面的过程中所消耗的能量(通风阻力)等于流经1、2断面间空气总机械能(压能、位能、动能)的变化量。 (2)风流流动必须是稳定流，即断面上的参数不随时间的变化而变化；所研究的始、末断面要选在缓变流场上。 (3)风流总是从总能量(机械能)大的地方流向总能量小的地方。在判断风流方向时，应用始末两断面上的总能量来进行，而不能只看其中的某一项。如不知风流方向，列能量方程时，应先假设风流方向，如果计算出的能量损失（通风阻力）为正，说明风流方向假设正确；如果为负，则风流方向假设错误。 　(4)正确选择基准面。 式中： 同理，从扇风机出口B到地表的通风阻力为h2，其能量互换关系为： 式中 整个矿井的通风阻力为上述两段阻力之和，即h＝h1＋h2，即 实际上 就是井下这台扇风机的全压， 以hc表示，则： 得出的结论，仍然和主要扇风机安装在地表是一样的。 第二节 能量方程的应用 一、压入式通风矿井的能量互换关系 A点的能量等于B点的能量加两点间的能量差h。 即： 则： 式中： 上式就是矿井通风的能量互换关系，亦即通风动力与阻力间的关系。应该说明，这一关系只适用于空气在流动过程中密度变化不大的情况，而对于不是很深的矿井，矿井通风基本符合这一变化规律。这里先引入一个概念，所谓扇风机出风口的全压与扇风机入风口全压之差值。 二、抽出式通风矿井的能量互换关系 A、B两点的能量互换关系为： 三、主要扇风机安设在井下的能量互换关系 从地表到扇风机入口A的通风阻力为h1，其能量互换关系为：