井巷通风阻力课件.ppt
2023/3/23,第4章 井巷通风阻力,第4章 井巷通风阻力(Ch4 Fiction loss of shaft),本章重点和难点：摩擦阻力和局部阻力产生的原因和测算,2023/3/23,第4章 井巷通风阻力,第一节 概 述 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三类：摩擦阻力(也称为沿程阻力)、局部阻力和正面阻力。,2023/3/23,第4章 井巷通风阻力,一、重要概念1通风阻力 在通风工程中，空气沿着井巷流动时，井巷对风流呈现的阻力，统称为井巷通风阻力。2风压损失 单位体积风流的能量损失称为风压损失或风压降。,2023/3/23,第4章 井巷通风阻力,二、阻力分类1 摩擦阻力（friction loss）发生在风流沿井巷流动的全部流程上的摩擦阻力，用于克服摩擦阻力而造成的风流能员损失，称为摩擦损失.2 局部阻力(convenergy loss)由风流边界状况的总则改变(如突然扩大、突然缩小等)所引起的阻力，称为局部阻力。用于克服局部阻力而造成的风流能量损失称为局部损失。3 正面阻力（shocking loss)由于风流绕过井巷中的某些物体(如矿车、电机车)时所产生的阻力。,2023/3/23,第4章 井巷通风阻力,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下式来计算：Pa 无因次系数，即摩擦阻力系数，通过实验求得。d圆形风管直径，非圆形管用当量直径；,2023/3/23,第4章 井巷通风阻力,1、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：层流摩擦阻力和平均流速的一次方成正比。,2023/3/23,第4章 井巷通风阻力,2、紊流摩擦阻力 空气沿井巷流动时，由于空气与并巷周壁间的摩擦以及空气微团相互间的摩擦而产生的阻力，称为摩擦阻力。根据水力学上计算紊流状态下沿程阻力的达西公式，可以推导出矿井通风上计算风流在紊流状态下的摩擦阻力的公式。达西公式是,2023/3/23,第4章 井巷通风阻力,流体实际占有的管道断面面积与湿周长度之比，叫水力半径。,2023/3/23,第4章 井巷通风阻力,2023/3/23,第4章 井巷通风阻力,二、摩擦阻力系数与摩擦风阻1摩擦阻力系数 矿井中大多数通风井巷风流的Re值已进入阻力平方区，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，则可视为定值；在标准状态下空气密度=1.2kg/m3。对上式，令：称为摩擦阻力系数，单位为 kg/m3 或 N.s2/m4。则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式写为：,2023/3/23,第4章 井巷通风阻力,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（0=1.2kg/m3）条件下的井巷的摩擦阻力系数，即所谓标准值0值，当井巷中空气密度1.2kg/m3时，其值应按下式修正：,2023/3/23,第4章 井巷通风阻力,2摩擦风阻Rf 对于已给定的井巷，L、U、S都为已知数，故可把上式中的、L、U、S 归结为一个参数Rf：Rf 称为巷道的摩擦风阻，其单位为：N.s2/m8。工程单位：kgf.s2/m8，或写成：k。1 N.s2/m8=9.8 k可将Rf 看作是反映井巷几何特征的参数。则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式写为：新建矿井：查表得0 Rf hf 生产矿井：hf Rf 0,2023/3/23,第4章 井巷通风阻力,3生产矿井一段巷道阻力测定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。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势能差，需通过实际测定。,2023/3/23,第4章 井巷通风阻力,1）布置方式及连接方法,2023/3/23,第4章 井巷通风阻力,）阻力计算 压差计“”感受的压力：压差计“”感受的压力：故压差计所示测值：设 且与1、2断面间巷道中空气平均 密度相等，则：式中：Z12为1、2断面高差，h 值即为1、2两断面压能与位能和的差值。根据能量方程，则1、2巷道段的通风阻力hR12为：把压差计放在1、2断面之间，测值是否变化？,2023/3/23,第4章 井巷通风阻力,例题:某设计巷道为梯形断面，S=8m2，L=1000m，采用圆木支护，木柱直径d0=200mm，纵口径=5，计划通过风量Q=1200m3/min，预计巷道中空气密度=1.25kg/m3，求该段巷道的通风阻力。解 根据所给的d0、S值，由附录二查得:0=20.31030.82=0.0165Ns2/m4则：巷道实际摩擦阻力系数 Ns2m4巷道摩擦风阻巷道摩擦阻力,2023/3/23,第4章 井巷通风阻力,第三节 局部阻力和正面阻力 由于井巷断面、方向变化以及分岔或汇合等原因，使均匀流动在局部地区受到影响而破坏，从而引起风流速度场分布变化和产生涡流等，造成风流的能量损失，这种阻力称为局部阻力。由于局部阻力所产生风流速度场分布的变化比较复杂性，对局部阻力的计算一般采用经验公式。一、局部阻力及其计算 和摩擦阻力类似，局部阻力hl一般也用动压的倍数来表示：式中：局部阻力系数，无因次。计算局部阻力，关键是局部阻力系数确定，因v=Q/S,当确定后，便可用,2023/3/23,第4章 井巷通风阻力,1突然扩大局部阻力系数 紊流通过突变部分时，由于惯性作用，出现主流与边壁脱离的现象，在主流与边壁之间形成涡漩区，从而增加能量损失。紊流局部阻力系数一般主要取决于局部阻力物的形状，而边壁的粗糙程度为次要因素。v1、v2分别为小断面和大断面的平均流速，m/s；S1、S2分别为小断面和大断面的面积，m；m空气平均密度，kg/m3。,2023/3/23,第4章 井巷通风阻力,2023/3/23,第4章 井巷通风阻力,2风流分叉与汇合1)风流分叉 典型的分叉巷道如图所示，12段的局部阻力hl2和13段的局部阻力hl3分别用下式计算：,2023/3/23,第4章 井巷通风阻力,2)风流汇合 如图所示，13段和23段的局部阻力hl3、hl23分别按下式计算：式中：,2023/3/23,第4章 井巷通风阻力,3 其他类型局部阻力,2023/3/23,第4章 井巷通风阻力,4 局部风阻在局部阻力计算式中，令，则有：式中Rl称为局部风阻，其单位为N.s2/m8或kg/m7。此式表明，在紊流条件下局部阻力也与风量的平方成正比。局部阻力的产生主要是与涡漩区有关，涡漩区愈大，能量损失愈多，局部阻力愈大。,2023/3/23,第4章 井巷通风阻力,二、正面阻力 井巷内存在某些物体(如罐道梁、电机车、堆积物)时，流只能在这些物体的周围绕过，使风流受到附加阻力的作用。这种附加阻力，称为正面阻力。正面阻力计算公式如下：,2023/3/23,第4章 井巷通风阻力,通风阻力通用公式:,2023/3/23,第4章 井巷通风阻力,第四节 降低矿井通风阻力措施降低矿井通风阻力，对保证矿井安全生产和提高经济效益具有重要意义一、降低井巷摩擦阻力措施1减小摩擦阻力系数。2保证有足够大的井巷断面。在其它参数不变时，井巷断面扩大33%，Rf值可减少50%。3选用周长较小的井巷。在井巷断面相同的条件下，圆形断面的周长最小，拱形断面次之，矩形、梯形断面的周长较大。4减少巷道长度。5避免巷道内风量过于集中。,2023/3/23,第4章 井巷通风阻力,二、降低局部阻力措施 局部阻力与值成正比，与断面的平方成反比。因此，为降低局部阻力，应尽量避免井巷断面的突然扩大或突然缩小，断面大小悬殊的井巷，其连接处断面应逐渐变化。尽可能避免井巷直角转弯或小于90的转弯，主要巷道内不得随意停放车辆、堆积木料等。要加强矿井总回风道的维护和管理，对冒顶、片帮和积水处要及时处理。,2023/3/23,第4章 井巷通风阻力,第五节 矿井总风阻与矿井等积孔 一、井巷阻力特性曲线 在紊流条件下，摩擦阻力和局部阻力均与风量的平方成正比。故可写成一般形式：hRQ2 Pa。对于特定井巷，R为定值。用纵坐标表示通风阻力(或压力)，横坐标表示通过风量，当风阻为R时，则每一风量Qi值，便有一阻力hi值与之对应，根据坐标点（Qi,hi）即可画出一条抛物线。这条曲线就叫该井巷的阻力特性曲线。风阻R越大，曲线越陡。,2023/3/23,第4章 井巷通风阻力,二、矿井总风阻 从入风井口到主要通风机入口，把顺序连接的各段井巷的通风阻力累加起来，就得到矿井通风总阻力hRm，这就是井巷通风阻力的叠加原则。已知矿井通风总阻力hRm和矿井总风量Q，即可求得矿井总风阻：N.s2/m8 Rm是反映矿井通风难易程度的一个指标。Rm越大，矿井通风越困难；,2023/3/23,第4章 井巷通风阻力,三、矿井等积孔我国常用矿井等积孔作为衡量矿井通风难易程度的指标。假定在无限空间有一薄壁，在薄壁上开一面积为A(m2)的孔口。当孔口通过的风量等于矿井风量，且孔口两侧的风压差等于矿井通风阻力时，则孔口面积A称为该矿井的等积孔。,2023/3/23,第4章 井巷通风阻力,设风流从I II，且无能量损失，则有：得：风流收缩处断面面积A2与孔口面积A之比称为收缩系数，由水力学可知，一般=0.65，故A2=0.65A。则v2Q/A2=Q/0.65A，代入上式后并整理得：,2023/3/23,第4章 井巷通风阻力,取=1.2kg/m3，则：因Rm=hm2，故有,2023/3/23,第4章 井巷通风阻力,(2)对于多台主扇通风的矿井，矿井等积孔的计算公式为：,2023/3/23,第4章 井巷通风阻力,例题4-7某矿井为中央式通风系统，测得矿井通风总阻力hRm=2800Pa，矿井总风量Q=70m3/s，求矿井总风阻Rm和等积孔A，评价其通风难易程度。解,2023/3/23,第4章 井巷通风阻力,例题某矿简化后的通风系统如题图所示，已知R1-2=0.039Ns2/m8,R2-3=1.177Ns2/m8,R2-4=1.079Ns2/m8,Q2-3=35,Q2-4=25,试求矿井的总阻力、总风阻和总等积孔各为多少？,2023/3/23,第4章 井巷通风阻力,参考答案:h总=1262.5Pa,R总=0.351 Ns2/m8，A总=2m2,2023/3/23,第4章 井巷通风阻力,本章习题,4-74-94-124-184-20,2023/3/23,第4章 井巷通风阻力,4-1 摩擦阻力系数与哪些因素有关？4-2 局部阻力形式主要有哪些？造成能量损失的原因是什么？4-3“阻力”与“风阻”是不是同一个概念？其相互关系如何？各受什么因素影响？4-4 等积孔的含义是什么？等积孔与风阻有哪些异同与联系？如何衡量矿井通风难易程度？4-5 为什么要减少通风阻力？用什么方法减少通风阻力？,
