矿井通风与安全 精品课课件 第二章 通风阻力及动力.ppt

矿井通风与安全精品课课件 目 录 第一章 矿井空气及调节 第二章 通风阻力及动力 第三章 通风网络图及风量分配 第四章 矿井通风系统及设计 第五章 采区通风系统 第六章 掘进通风系统 第七章 煤矿灾害及防治 第二章 通风阻力及动力 2.1 矿井空气流动基本理论 2.1.1 矿井风流运动的特征 矿井风流是连续介质，其运动要素(压力、速度、密度等)都是连续分布的，而且矿井风流主要是沿着井巷的轴线方向运动，可视为一维运动。 流场中流体质点通过空间点的所有运动要素都不随时间改变，只是位置的函数，这种流称稳定流(或称定常流)。如果其中一个要素随时间变化，就称非稳定流。在矿井里，由于井巷特征、岩壁温度、扇风机风压和矿井供风量等，在某一时期内变化不大，矿井正常通风期间，风门的开启，提升设备的升降对局部风流产生瞬时扰动的影响也不大。因此，可把矿井风流近似地视为稳定流。此外，风流沿井巷流动时，由于向下流动的压缩、向上流动的膨胀以及与井下各种热源（围岩、有机物的氧化和机电设备运转时所产生的热等)间的热交换，致使矿井风流的热力状态不断变化。 第二章 通风阻力及动力 2.1.2 矿井风流的能量方程 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连续性方程和能量方程。 2.1.2.1 空气流动连续性方程 　 质量守恒是自然界中基本的客观规律之一。在矿井巷道中流动的风流是连续不断的介质，充满它所流经的空间。在无点源或点汇存在时，根据质量守恒定律：对于稳定流，流入某空间的流体质量必然等于流出其空间的流体质量。风流在井巷中的流动可以看作是稳定流，因此这里仅讨论稳定流的情况。 第二章 通风阻力及动力 当空气在图2-2-1的井巷中从1断面流向2断面，且做定常流动时(即在流动过程中不漏风又无补给)，则两个过流断面的空气质量流量相等，即： 　　　　　　　 （2-2-1） 式中　 —1,2断面上空气的平均密度，kg/m３； —1,2断面上空气的平均流速，m/s； S1,?2—1,2断面的断面积，m2； Q(m3／s)相等，即： 第二章 通风阻力及动力 2.1.2.2 可压缩流体能量方程 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。 第二章 通风阻力及动力 (一)单位质量(1kg)流体能量方程 1．能量组成(讨论1kg空气所具有的能量) 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lkg空气或1m3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2-2-2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(m/s)；风流的内能ul、u2(J/kg)；风流的密度(kg/m3)距基准面的高程Z1、Z2(m)。 第二章 通风阻力及动力 （二）单位体积（1m3）流体方程 上面我们详细讨论了单位质量流体的能量方程，但在我国矿井通风中习惯使用单位体积(1m3)流体的能量方程。在考虑空气的可压缩性时，那么1 m3空气流动过程中的能量损失(hR，J/m3 (Pa)，即通风阻力)可由1kg空气流动过程中的能量损失(LR)乘以按流动过程状态考虑计算的空气密度。 第二章 通风阻力及动力 (三)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1