井巷通风阻力(精)课件.ppt
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- 通风 阻力 课件
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1、2022-8-101第三章第三章 井巷通风阻力井巷通风阻力n本章重点和难点:本章重点和难点:n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2022-8-102第三章第三章 井巷通风阻力井巷通风阻力n当空气沿井巷运动时,由于风流的粘滞性和惯性以及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,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。2022-8-
2、103 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、风流流态一、风流流态1 1、管道流、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,称为平行的方向作层状运动,称为层流层流(或滞流或滞流)。当流速较大时,。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,称为互相混杂的紊乱流动,称为紊流紊流(或湍流或湍流)
3、。()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、管道直径d d 和流体的运动粘性系和流体的运动粘性系数数 。vdRe2022-8-104 在实际工程计算中,为简便起见,通常以在实际工程计算中,为简便起见,通常以R Re e=2300=2300作为管道流作为管道流动流态的判定准数,即:动流态的判定准数,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应以井巷断面应以井巷断面的当量直径的当量直径dede来表示:来表示
4、: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:USde4UvSRe42022-8-105对于不同形状的井巷断面,其周长对于不同形状的井巷断面,其周长U U与断面积与断面积S S的关的关系,可用下式表示:系,可用下式表示:式中:式中:C C断面形状系数:断面形状系数:梯形梯形C C=4.16=4.16;三心拱;三心拱C C=3.85=3.85;半圆拱;半圆拱C C=3.90=3.90。(举例见(举例见P38P38)SCU 2022-8-1062 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
5、别准数为:式中:式中:K K冒落带渗流系数,冒落带渗流系数,m m2 2;l l滤流带粗糙度系滤流带粗糙度系数,数,m m。层流,层流,R Re e0.250.25;紊流,紊流,R Re e2.52.5;过渡流过渡流 0.250.25R Re e2.5,砂粒凸起高度几,砂粒凸起高度几乎全暴露在紊流核心中,故乎全暴露在紊流核心中,故ReRe对对值的影响极小值的影响极小,略,略去不计,相对糙度成为去不计,相对糙度成为的唯一影响因素。故在该区的唯一影响因素。故在该区段,段,与与ReRe无关,而只与相对糙度有关。摩擦阻力与无关,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
6、式:流速平方成正比,故称为阻力平方区,尼古拉兹公式:2lg274.11r2022-8-10172 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: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:古拉兹实验所得到的层流时古拉兹实验所得到的层流时与与ReRe的关系,与理论分析得到的关系的关系,与理论分析得到的关系完全相同,理论与实验的正确性得到相互的验证。完全相同,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。vdL
7、hf232VdRe 2 642vdLRehfRe642022-8-10183 3、紊流摩擦阻力、紊流摩擦阻力 对于紊流运动,对于紊流运动,=f(Re=f(Re,/r/r),关系比较复杂。,关系比较复杂。用当量直径用当量直径dede=4=4S S/U U代替代替d d,代入阻力通式,则得到,代入阻力通式,则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式:紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式:23288QSLUvSLUhf2022-8-1019二、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值已进入阻力平方值已进入阻力平
8、方区,区,值只与相对糙度有关,对于几何尺寸和支护已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,则定型的井巷,相对糙度一定,则可视为定值;在标可视为定值;在标准状态下空气密度准状态下空气密度=1.2kg/m=1.2kg/m3 3。2022-8-1020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。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
9、态(0 0=1.2kg/m=1.2kg/m3 3)条件下的井巷的摩擦阻力系数,)条件下的井巷的摩擦阻力系数,即所谓即所谓标准值标准值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:823QSLUhf2.102022-8-10212 2摩擦风阻摩擦风阻R Rf f 对于已给定的井巷,对于已给定的井巷,L L、U U、S S都为已知数,故可把上式都为已知数,故可把上式中的中的、L L、U 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/m
10、kg/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 k9.8 k 3SLURf2022-8-1022R Rf ff(,S,U,Lf(,S,U,L)。在正常条件下当某一段井巷中。在正常条件下当某一段井巷中的空气密度的空气密度一般变化不大时,可将一般变化不大时,可将R R f f 看作是反映井看作是反映井巷几何特征的参数。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: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
11、入阻力平方区进入阻力平方区)下的摩擦阻力定下的摩擦阻力定律。律。2QRhff2022-8-1023三、井巷摩擦阻力计算方法 新建矿井:查表得0 Rf hf 生产矿井:hf Rf 0 四、生产矿井一段巷道阻力测定1、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势能差和动压差,计算出两测点间的通阻力。2m21m122212121Rgg2v2vPPhZZ2022-8-1024 其中:右侧的第二项为动压差,通过测定、两断其中: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。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,
12、需通过实际测定。第一项和第三项之和称为势能差,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z1z22022-8-1025)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断面间巷道断面间巷道中空气平均中空气平均 密度相等,则:密度相等,则:)(2111ZZgPm222ZPm1222211)(ZZZZmmmgZPPhm1221)()()(2222111gZPZZgPhmm2022-8-1026式中:式中:Z Z1212为为1 1、2 2断面高差,断面高差,h h
13、值即为值即为1 1、2 2两断面压能两断面压能与位能和的差值。根据能量方程,则与位能和的差值。根据能量方程,则1 1、2 2巷道段的通巷道段的通风阻力风阻力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?vvhhR22221112222022-8-10272、气压计法由能量方程:hR12=(P1-P2)+(1v12/2-2v22/2)+m12gZ12用精密气压计分别测得1,2断面的静压P1,P2用干湿球温度计测得t1,t2,t1,t2,和1,2,进而计算1,2用风表测定1,2断面的风速v1,v2。m12为1,2断面的平均密度,若
14、高差不大,就用算术平均值,若高差大,则有加权平均值;Z121,2断面高差,从采掘工程平面图查得。2022-8-1028可用逐点测定法,一台仪器在井底车场监视大气压变化,可用逐点测定法,一台仪器在井底车场监视大气压变化,然后对上式进行修正。然后对上式进行修正。h hR12R12=(P=(P1 1-P-P2 2)+)+P P1212(+(+(1 1v v1 12 2/2-/2-2 2v v2 22 2/2/2)+)+m12m12gZgZ1212n例题例题3-33-3某设计巷道为梯形断面,某设计巷道为梯形断面,S S=8m=8m2 2,L L=1000m=1000m,采,采用工字钢棚支护,支架截面高
15、度用工字钢棚支护,支架截面高度d d0 0=14cm=14cm,纵口径,纵口径=5=5,计划通过风量计划通过风量Q=1200mQ=1200m3 3/min/min,预计巷道中空气密度,预计巷道中空气密度=1.25kg/m=1.25kg/m3 3,求该段巷道的通风阻力。,求该段巷道的通风阻力。2022-8-1029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=284.2=284.210104 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
16、 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026.02.125.1025.02.10Ns2/m8 0.598877.111000026.06.4333SSLSLURfPaQRhff2.239601200598.0222022-8-1030第三节第三节 局部风阻与阻力局部风阻与阻力 由于井巷断面、方向变化以及分岔或汇合等原因,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,这种阻力称为失,这种阻力称为局部
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