第7章 矿井通风网路中风流基本定律和风量自然分配

第7章矿井通风网络与风量自然分配第7章矿井通风网络中风流基本定律和风量自然分配PrinciplesofAirflow本章主要内容及重点和难点1、风量分配基本定律----三大定律2、网络图及网络特性1)简单网络2)角联及复杂网络3、计算机解算复杂网络第7章矿井通风网络与风量自然分配第一节概述一、通风网络矿井通风系统是由纵横交错的井巷构成的一个复杂系统。用图论的方法对通风系统进行抽象描述，把通风系统变成一个由线、点及其属性组成的系统，称为通风网络。第7章矿井通风网络与风量自然分配二基本术语1.分支（边、弧）：表示一段通风井巷的有向线段，线段的方向代表井巷中的风流方向。2.节点（结点、顶点）：是三条或三条以上巷道的交汇点。3.路（通路、道路）：是由若干条方向相同的分支首尾相连而成的线路。第7章矿井通风网络与风量自然分配4.回路（网孔）：由两条或两条以上分支首尾相连形成的闭合线路称为回路。5、树：是指任意两节点间至少存在一条通路但不含回路的一类特殊图。第7章矿井通风网络与风量自然分配三、矿井通风网络图通风网络图：用直观的几何图形来表示通风网络。特点：１）通风网络图只反映风流方向及节点与分支间的相互关系，节点位置与分支线的形状可以任意改变。２）能清楚地反映风流的方向和分合关系，并且是进行各种通风计算的基础，因此是矿井通风管理的一种重要图件。第7章矿井通风网络与风量自然分配网络图两种类型：一种是与通风系统图形状基本一致的网络图；另一种是曲线形状的网络图。但一般常用曲线网络图。绘制步骤：(1)节点编号在通风系统图上给井巷的交汇点标上特定的节点号。(2)绘制草图在图纸上画出节点符号，并用单线条（直线或弧线）连接有风流连通的节点。(3)图形整理按照正确、美观的原则对网络图进行修改。第7章矿井通风网络与风量自然分配第7章矿井通风网络与风量自然分配四、基本定律1风量平衡定律是指在稳态通风条件下，单位时间流入某节点的空气质量等于流出该节点的空气质量；或者说，流入与流出某节点的各分支的质量流量的代数和等于零。第7章矿井通风网络与风量自然分配若不考虑风流密度的变化，则流入与流出某节点的各分支的体积流量（风量）的代数和等于零，即：如图a，节点4处的风量平衡方程为：0iQ06454434241QQQQQ1652４3图a第7章矿井通风网络与风量自然分配将上述节点扩展为无源回路，则上述风量平衡定律依然成立。如图b所示，回路2-4-5-7-2的各邻接分支的风量满足如下关系：087654321QQQQ４2178356图b第7章矿井通风网络与风量自然分配2风压平衡定律假设：一般地，回路中分支风流方向为顺时针时，其阻力取“＋”，逆时针时，其阻力取“－”。（1）无动力源（HnHf）通风网路图的任一回路中，无动力源时，各分支阻力的代数和为零，即：如图，对回路２－３－４-6中有：234560Rih02436RRRRhhhh第7章矿井通风网络与风量自然分配（2）有动力源设风机风压Hf，自然风压HN。如图，对回路１－2－3－4-5-1中有：一般表达式为：即：能量平衡定律是指在任一闭合回路中，各分支的通风阻力代数和等于该回路中自然风压与通风机风压的代数和。2345654321RRRRRNfhhhhhHHRiNfhHH第7章矿井通风网络与风量自然分配3阻力定律2RQh第7章矿井通风网络与风量自然分配第二节串联、并联通风网路的基本性质一、串联通风风路由两条或两条以上分支彼此首尾相连，中间没有风流分汇点的线路称为串联风路。如图所示第7章矿井通风网络与风量自然分配（一）串联风路特性1.总风量等于各分支的风量，即MS=M1=M2=…=Mn当各分支的空气密度相等时，QS=Q1=Q2=…=Qn第7章矿井通风网络与风量自然分配2.总风压（阻力）等于各分支风压（阻力）之和，即:niinshhhhh121第7章矿井通风网络与风量自然分配3.总风阻等于各分支风阻之和，即：4.串联风路等积孔与各分支等积孔间的关系niinsnsssRRRRQhhhQhR1212212...222211111nsAAAA242.1iAiR第7章矿井通风网络与风量自然分配（二）串联风路等效阻力特性曲线的绘制根据以上串联风路的特性，可以绘制串联风路等效阻力特性曲线。方法：１、首先在h—Q坐标图上分别作出串联风路1、2的阻力特性曲线R1、R2；２、根据串联风路“风量相等，阻力叠加”的原则，作平行于h轴的若干条等风量线，在等风量线上将1、2分支阻力h1、h2叠加，得到串联风路的等效阻力特性曲线上的点；３、将所有等风量线上的点联成曲线R3，即为串联风路的等效阻力特性曲线。２1３１２R1R2R1R2R1+R2QH第7章矿井通风网络与风量自然分配二、并联通风风网由两条或两条以上具有相同始节点和末节点的分支所组成的通风网络，称为并联风网。如图所示并联风网由3条分支并联。第7章矿井通风网络与风量自然分配（一）并联风路特性：1.总风量等于各分支的风量之和，即当各分支的空气密度相等时,niinsMMMMM121niinsQQQQQ121第7章矿井通风网络与风量自然分配2.总风压等于各分支风压，即注意：当各分支的位能差不相等，或分支中存在风机等通风动力时，并联分支的阻力并不相等。nshhhh21第7章矿井通风网络与风量自然分配3.并联风网总风阻与各分支风阻的关系2SssQRhsssRhQnSQQQQ...21nnssRhRhRhRh...2211nsRRRR1111...21第7章矿井通风网络与风量自然分配对于两条巷道并联时2212121111RRRRRRRRss第7章矿井通风网络与风量自然分配4.并联风网等积孔等于各分支等积孔之和，即nsAAAA21第7章矿井通风网络与风量自然分配5.并联风网的风量分配若已知并联风网的总风量，在不考虑其它通风动力及风流密度变化时，可由下式计算出分支i的风量。∵即∴sihh22ssiiQRQRSRRiQQis)...(12111nRRRiSsisRQRRQiQR1R2...RiRnQS第7章矿井通风网络与风量自然分配特例：对于两条巷道并联风量自然分配第7章矿井通风网络与风量自然分配11111112022101102112211221RRQQRRQQQQRRQQRRQQRR＋＋＋则有：方程两边加上第7章矿井通风网络与风量自然分配（二）并联风路等效阻力特性曲线的绘制根据以上并联风路的特性，可以绘制并联风路等效阻力特性曲线。方法：１、首先在h—Q坐标图上分别作出并联风路1、2的阻力特性曲线R1、R2；２、根据并联风路“风压（阻力）相等，风量叠加”的原则，作平行于Q轴的若干条等风压线，在等风压线上将1、2分支阻力h1、h2叠加，得到并联风路的等效阻力特性曲线上的点；３、将所有等风压线上的点联成曲线R3，即为并联风路的等效阻力特性曲线。2112R1R2R1R2R1+R2QH第7章矿井通风网络与风量自然分配例题：某个通风网络如图所示，已知各条巷道的风阻R1=0.25,R2=0.34,R3=0.46Ns2/m8,巷道1的风量Q1=65m/s。求BC、BD风路自然分配的风量及风路ABC、ABD的阻力为多少？R1,Q1R2,Q2R3,Q3ABCD第7章矿井通风网络与风量自然分配PahhhPahhhPaQRhPaQRhPaQRhsmQQQsmQBDBCABDABCRRQ,7.14714.4153.1056,6.14713.4153.1056,4.41505.3046.03,3.41595.3434.0,3.10566525.005.3095.346595.3446.034.016531212233322222221113213312321各条风路的阻力为计算各巷道阻力分配的风量为风路为并联网路，自然和解：第7章矿井通风网络与风量自然分配课堂练习习题集88页第11题第7章矿井通风网络与风量自然分配822223123182322312.06.04.06.0*4.04.02.02.0mNsRRRRRmNsRRRSCAB1234第7章矿井通风网络与风量自然分配smQQQQsmRhQPaQRhsssss313231122332760276.0432,43260*12.0第7章矿井通风网络与风量自然分配当开凿巷道4时PaQRhmNsRRRRRmNsRRRmNsRRRRRssss3.36360*101.0101.029.06.029.0*6.029.02.009.009.08.02.08.0*2.04322822223412341823422348222434334并联：、巷道第7章矿井通风网络与风量自然分配smQsmRhQPahhhhPaQRhsmQQQsmRhQsss3433332432222231231164.1175.2339.3575.232.08.1128.1125.2503.3635.25039.35*2.039.3561.246061.2406.3.363第7章矿井通风网络与风量自然分配三、串联风路与并联风网的比较在任何一个矿井通风网络中，都同时存在串联与并联风网。在矿井的进、回风风路多为串联风路，而采区内部多为并联风网。并联风网的优点：１、从提高工作地点的空气质量及安全性出发，采用并联风网具有明显的优点。２、在同样的分支风阻条件下，分支并联时的总风阻小于串联时的总风阻。２1３１２R1R22112R1R2第7章矿井通风网络与风量自然分配第三节角联通风风网一、基本概念角联风网：在并联巷道中间有一条联络巷道，使一侧巷道与另一侧巷道相连构成的网络。角联分支（对角分支）：是指位于风网的任意两条有向通路之间、且不与两通路的公共节点相连的分支，如图。简单角联风网：仅有一条角联分支的风网。复杂角联风网：含有两条或两条以上角联分支的风网。213456复杂角联风网简单角联风网４1２３１２３４５第7章矿井通风网络与风量自然分配二、角联分支风向判别原则：分支的风向取决于其始、末节点间的压能值。风流由能位高的节点流向能位低的节点；当两点能位相同时，风流停滞；当始节点能位低于末节点时，风流反向。第7章矿井通风网络与风量自然分配判别式（以简单角联为例）：1、分支5中无风∵Q5=0∴Q1=Q3,Q2=Q4由风压平衡定律：h1=h2,h3=h4由阻力定律：两式相比得：即或写为：222211QRQR244233QRQR244222233211QRQRQRQR4231RRRR13241RRRRK４1２３1２３４５第7章矿井通风网络与风量自然分配２、当分支5中风向由2→3节点②的压能高于节点③，则hR2＞hR1即：同理，hR3＞hR4即即又∵∴即：或写为：211222QRQR244233QRQR22253222112)(QQQQQRR22523242334)(QQQQQRR253523)(QQQQQQ12222532252334)()(RRQQQQQQRR13241RRRRK4231RRRR风流４1２３1２３４５第7章矿井通风网络与风量自然分配３、分支5中的风向由3→2同理可得：或写为：∴改变角联分支两侧的边缘分支的风阻就可以改变角联分支的风向。对图示简单角联风网，可推导出如下角联分支风流方向判别式：４1２３1２３４５4231RRRR13241RRRRK风流。中风向由，分支中风流停滞；，分支；中风向由，分支32515123513241RRRRK第7章