3第三章井巷通风阻力.ppt
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1、第三章第三章 井巷通风阻力井巷通风阻力本章重点和难点:本章重点和难点:摩擦阻力和局部阻力产生的原因和测算摩擦阻力和局部阻力产生的原因和测算第三章第三章 井巷通风阻力井巷通风阻力 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:摩擦阻力巷通风阻力可分为两类:摩擦阻力(也称为沿程阻力也称为沿程阻力)和局部阻力。和局部阻力。第一节第一节 井巷断面上风速分布井巷断面上风速分布 一、风
2、流流态一、风流流态1 1、管道流、管道流 同同一一流流体体在在同同一一管管道道中中流流动动时时,不不同同的的流流速速,会会形形成成不不同同的的流流动动状状态态。当当流流速速较较低低时时,流流体体质质点点互互不不混混杂杂,沿沿着着与与管管轴轴平平行行的的方方向向作作层层状状运运动动,称称为为层层流流(或或滞滞流流)。当当流流速速较较大大时时,流流体体质质点点的的运运动动速速度度在在大大小小和和方方向向上都随时发生变化,成为互相混杂的紊乱流动,称为上都随时发生变化,成为互相混杂的紊乱流动,称为紊流紊流(或湍流或湍流)。()雷诺数()雷诺数Re Re 式中:平均流速式中:平均流速v v、管道直径管道
3、直径d d和流体的运动粘性系数和流体的运动粘性系数 。在在实实际际工工程程计计算算中中,为为简简便便起起见见,通通常常以以R Re e=2300=2300作作为为管管道道流流动动流流态态的判定准数,即:的判定准数,即:R Re e2300 2300 层流,层流,R Re e2300 2300 紊流紊流()当量直径()当量直径 对于非圆形断面的井巷,对于非圆形断面的井巷,ReRe数中的管道直径数中的管道直径d d应以井巷断面的当量直应以井巷断面的当量直径径dede来表示:来表示:因此,非圆形断面井巷的雷诺数可用下式表示: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,其周长对于
4、不同形状的井巷断面,其周长U U与断面积与断面积S S的关系,可用下式表示:的关系,可用下式表示:式式中中:C C断断面面形形状状系系数数:梯梯形形C C=4.16=4.16;三三心心拱拱C C=3.85=3.85;半半圆圆拱拱C C=3.90=3.90。(举例见举例见P38P38)2 2、孔隙介质流、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: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:式中:KK冒落带渗流系数,冒落带渗流系数,m m2 2;ll滤流带粗糙度系数,滤流带粗糙度系数,m m。层流层流,R Re e0.250.25;紊流,紊流,R Re e2.52.5;
5、过渡流过渡流 0.250.25R Re e2.5,砂粒凸起高度几乎全暴露在紊流核心中,砂粒凸起高度几乎全暴露在紊流核心中,故故ReRe对对值的影响极小值的影响极小,略去不计,相对糙度成为,略去不计,相对糙度成为的唯一影响的唯一影响因素。故在该区段,因素。故在该区段,与与ReRe无关,而只与相对糙度有关。摩擦阻无关,而只与相对糙度有关。摩擦阻力与流速平方成正比,故称为阻力平方区,尼古拉兹公式:力与流速平方成正比,故称为阻力平方区,尼古拉兹公式:2 2层流摩擦阻力层流摩擦阻力当流体在圆形管道中作层流流动时,从理论上可以导出摩擦阻力计算式:当流体在圆形管道中作层流流动时,从理论上可以导出摩擦阻力计算
6、式:=可得圆管层流时的沿程阻力系数:可得圆管层流时的沿程阻力系数:古古拉拉兹兹实实验验所所得得到到的的层层流流时时与与ReRe的的关关系系,与与理理论论分分析析得得到到的的关关系系完完全相同,理论与实验的正确性得到相互的验证。全相同,理论与实验的正确性得到相互的验证。层流摩擦阻力和平均流速的一次方成正比。层流摩擦阻力和平均流速的一次方成正比。3 3、紊流摩擦阻力、紊流摩擦阻力 对对于于紊紊流流运运动动,=f=f(Re(Re,/r)/r),关关系系比比较较复复杂杂。用用当当量量直直径径dede=4=4S S/U U代替代替d d,代入阻力通式,则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式:代入阻力通式,
7、则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式:二、摩擦阻力系数与摩擦风阻二、摩擦阻力系数与摩擦风阻1 1摩擦阻力系数摩擦阻力系数 矿井中大多数通风井巷风流的矿井中大多数通风井巷风流的ReRe值已进入阻力平方区,值已进入阻力平方区,值只与相值只与相对糙度有关,对于几何尺寸和支护已定型的井巷,相对糙度一定,则对糙度有关,对于几何尺寸和支护已定型的井巷,相对糙度一定,则可视为定值;在标准状态下空气密度可视为定值;在标准状态下空气密度=1.2kg/m=1.2kg/m3 3。对上式,对上式,令:令:称为摩擦阻力系数称为摩擦阻力系数,单位为,单位为 kg/mkg/m3 3 或或 N.sN.s2 2/m/m4 4。
8、则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式写为:则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式写为:标准摩擦阻力系数:标准摩擦阻力系数:通过大量实验和实测所得的、在标准状态(通过大量实验和实测所得的、在标准状态(0 0=1.2kg/m=1.2kg/m3 3)条件下的条件下的井巷的摩擦阻力系数,井巷的摩擦阻力系数,即所谓标准值即所谓标准值0 0值值,当井巷中空气密度,当井巷中空气密度1.2kg/m1.2kg/m3 3时,其时,其值应按下式修正:值应按下式修正:2 2摩擦风阻摩擦风阻R Rf f 对对于于已已给给定定的的井井巷巷,L L、U U、S S都都为为已已知知数数,故故可可把把上上式式中中的的、L L、U
9、 U、S S 归结为一个参数归结为一个参数R Rf f:R Rf f 称为巷道的摩擦风阻,其单位为:称为巷道的摩擦风阻,其单位为:kg/mkg/m7 7 或或 N.sN.s2 2/m/m8 8。工程单位:工程单位:kgfkgf.s.s2 2/m/m8 8 ,或写成:或写成:kk。1 N.s1 N.s2 2/m/m8 8=9.8 k=9.8 k R Rf ff f(,S,U,L),S,U,L)。在在正正常常条条件件下下当当某某一一段段井井巷巷中中的的空空气气密密度度一般变化不大时,可将一般变化不大时,可将R R f f 看作是反映井巷几何特征的参数。看作是反映井巷几何特征的参数。则得到紊流状态下
10、井巷的摩擦阻力计算式写为:则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式写为:此式就是完全紊流此式就是完全紊流(进入阻力平方区进入阻力平方区)下的摩擦阻力定律。下的摩擦阻力定律。三、井巷摩擦阻力计算方法三、井巷摩擦阻力计算方法 新建矿井:查表得新建矿井:查表得0 0 R Rf f h hf f 生产矿井:生产矿井:h hf f R Rf f 0 0 四、生产矿井一段巷道阻力测定四、生产矿井一段巷道阻力测定1 1、压差计法压差计法 用压差计法测定通风阻力的实质是测量风流两点间的用压差计法测定通风阻力的实质是测量风流两点间的势能差和动压差,计算出两测点间的通阻力。势能差和动压差,计算出两测点间的通阻力。其中
11、:右侧的第二项为动压差,通过测定、两断面的风速、大气其中:右侧的第二项为动压差,通过测定、两断面的风速、大气压、干湿球温度,即可计算出它们的值。第一项和第三项之和称为压、干湿球温度,即可计算出它们的值。第一项和第三项之和称为势能差,需通过实际测定。势能差,需通过实际测定。1 1)布置方式及连接方法)布置方式及连接方法z1z2)阻力计算)阻力计算 压差计压差计“”感受的压力:感受的压力:压差计压差计“”感受的压力:感受的压力:故压差计所示测值:故压差计所示测值:设设 且与且与1 1、2 2断面间巷道中空气平均断面间巷道中空气平均 密度相等,则:密度相等,则:式中:式中:Z Z1212为为1 1、
12、2 2断面高差,断面高差,h h 值即为值即为1 1、2 2两断面压能与位能和的差两断面压能与位能和的差值。根据能量方程,则值。根据能量方程,则1 1、2 2巷道段的通风阻力巷道段的通风阻力h hR R1212为:为:把压差计放在把压差计放在1 1、2 2断面之间,测值是否变化?断面之间,测值是否变化?2 2、气压计法、气压计法由能量方程:由能量方程:h hR12R12=(P=(P1 1-P-P2 2)+()+(1 1v v1 12 2/2-/2-2 2v v2 22 2/2/2)+)+m12m12gZgZ1212用精密气压计分别测得用精密气压计分别测得1 1,2 2断面的静压断面的静压P P
13、1 1,P P2 2用干湿球温度计测得用干湿球温度计测得t t1 1,t,t2 2,t,t1 1,t,t2 2,和和 1 1,2 2,进而计算,进而计算 1 1,2 2用风表测定用风表测定1 1,2 2断面的风速断面的风速v1,v2v1,v2。m12m12为为1 1,2 2断面的平均密度,若高差不大,就用算术平均值,断面的平均密度,若高差不大,就用算术平均值,若高差大,则有加权平均值;若高差大,则有加权平均值;Z Z121211,2 2断面高差,从采掘工程平面图查得。断面高差,从采掘工程平面图查得。可用逐点测定法,一台仪器在井底车场监视大气压变化,然可用逐点测定法,一台仪器在井底车场监视大气压
14、变化,然后对上式进行修正。后对上式进行修正。h hR12R12=(P=(P1 1-P-P2 2)+)+P P1212(+(+(1 1v v1 12 2/2-/2-2 2v v2 22 2/2/2)+)+m12m12gZgZ1212例例题题3-33-3某某设设计计巷巷道道为为梯梯形形断断面面,S S=8m=8m2 2,L L=1000m=1000m,采采用用工工字字钢钢棚棚支支护护,支支架架截截面面高高度度d d0 0=14cm=14cm,纵纵口口径径=5=5,计计划划通通过过风风量量Q=1200mQ=1200m3 3/min/min,预预计计巷巷道中空气密度道中空气密度=1.25kg/m=1.
15、25kg/m3 3,求该段巷道的通风阻力。求该段巷道的通风阻力。解解 根据所给的根据所给的d d0 0、S S值,由附录值,由附录4 4附表附表4-44-4查得查得:0 0=284.210=284.2104 40.88=0.025Ns0.88=0.025Ns2 2/m/m4 4则:巷道实际摩擦阻力系数则:巷道实际摩擦阻力系数 NsNs2 2m m4 4巷道摩擦风阻巷道摩擦风阻巷道摩擦阻力巷道摩擦阻力第三节第三节 局部风阻与阻力局部风阻与阻力 由由于于井井巷巷断断面面、方方向向变变化化以以及及分分岔岔或或汇汇合合等等原原因因,使使均均匀匀流流动动在在局局部部地地区区受受到到影影响响而而破破坏坏,
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- 第三 章井巷 通风 阻力
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