【采矿课件】第二章矿井风流的压力

第二章矿井风流的压力在一条凤道中的两点空气能量不同，空气必然从能量高的地点流向能量低的地点，从而形成凤流。这说明空气流动必须具备两个条件:一是有通路，一是能量不同。空气本身能量的变化是造成风流流动的根本原因。为了掌握空气运动的规律，首先应了解有关空气压力的一些问题。第一节矿井风流的压力一、空气的密度单位体积空气所具有的质量称为空气的密度，与P、t、湿度等有关。湿空气密度为干空气密度和水蒸汽密度之和，即：根据气体状态方程，可推出空气密度计算公式：kg/m3式中：P为大气压，Ｐsat为饱和水蒸汽压，单位：Pa；φ为相对湿度；Ｔ为空气绝对温度，T=t+273,K。)1(003484.0378.0PPTPsatvad.kg/m3)1(46457.0378.0PPTPsat式中：P为大气压，Ｐsat为饱和水蒸汽压，单位：mmHg。注意：Ｐ和Ｐsat单位一致。空气比容：=V/M=1/二、空气压力及其单位单位体积空气包围着地球的大气，受地心吸引力的作用，对其底部单位面积上所具有的重力称为大气压力，也称为气压。所以大气压力是一个压强的概念。由于气压随海拔高而变，所以空气的密度也随海拔高而改变。在我国法定计量单位(亦即国际单位制)中以帕斯卡作为压强单位，简称帕，以Pa表示。它的物理意义是每平方米面积所承受多少牛顿(N)的压力，也可用N/m2表示其单位。而1N表示可以使质量为1Kg的物体获得1m/s2的加速度的力。三、风流中的点压力风流的点压力是指测点的单位体积(1m3)空气所具有的压力。通风管道中流动的风流的点压力可分为：静压、动压和全压。风流中任一点i的动压、绝对静压和绝对全压的关系为：hvi=Pti-Pihvi、hI和hti三者之间的关系为：hti=hi+hvi。第二节矿井通风的压差一、绝对压力和相对压力根据压力的测算基准不同，压力可分为：绝对压力和相对压力。A、绝对压力：以真空为测算零点（比较基准）而测得的压力称之为绝对压力，用P表示。B、相对压力：以当时当地同标高的大气压力为测算基准(零点)测得的压力称之为相对压力，即通常所说的表压力，用h表示。风流的绝对压力（P）、相对压力（h）和与其对应的大气压（P0）三者之间的关系如下式所示：h=P－P0abPa真空P0Pbha(+)hb(-)P0二、风流中两点间的压力差1、水平等断面风流A点的风流的全压为，B点的风流的全压为。当A点的全压大于B点，则风流由A向B。它们之间的差值如下式：2、等断面垂直风流可用下式进行计算：若风流断面相等，风速vA等于vB，并且密度近似于则BA第三节伯努里方程式在矿井通风中的应用一、压入式通风矿井的能量互换关系A点的能量等于B点的能量加两点间的能量差h。即：则：式中：上式就是矿井通风的能量互换关系，亦即通风动力与阻力间的关系。应该说明，这一关系只适用于空气在流动过程中密度变化不大的情况，而对于不是很深的矿井，矿井通风基本符合这一变化规律。这里先引入一个概念，所谓扇风机出风口的全压与扇风机入风口全压之差值。二、抽出式通风矿井的能量互换关系A、B两点的能量互换关系为：三、主要扇风机安设在井下的能量互换关系从地表到扇风机入口A的通风阻力为h1，其能量互换关系为：式中：同理，从扇风机出口B到地表的通风阻力为h2，其能量互换关系为：式中整个矿井的通风阻力为上述两段阻力之和，即h＝h1＋h2，即实际上就是井下这台扇风机的全压，以hc表示，则：得出的结论，仍然和主要扇风机安装在地表是一样的。第四节矿内空气压力的测定１、矿井主要压力测定仪器仪表（１）绝对压力测量：空盒气压计、精密气压计、水银气压计等。（２）压差及相对压力测量：恒温气压计、“Ｕ”水柱计、补偿式微压计、倾斜单管压差计。（３）感压仪器：皮托管，承受和传递压力，+-测压２、压力测定（１）绝对压力－－直接测量读数。（２）相对静压(以如图正压通风为例)（注意连接方法）：＋－０’０’hP0zP0ii推导如图h=hi?以水柱计的等压面0’－0’为基准面，设:i点至基准面的高度为Z，胶皮管内的空气平均密度为ρm，胶皮管外的空气平均密度为ρm’；与i点同标高的大气压P0i。则水柱计等压面0’－0’两侧的受力分别为：水柱计左边等压面上受到的力：P左＝P０+ρ水gh＝P0i+ρm’g(z-h)+ρ水gh水柱计右边等压面上受到的力：P右＝Pi+ρmgz由等压面的定义有：P左＝P右，即：P0i+ρm’g(z-h)+ρ水gh＝P0i+ρmgz若ρm＝ρm’有：∵ρ水＞＞ρm（Pa）（mmH20）对于负压通风的情况请自行推导（注意连接方法）：ghmiipp水0iiiiiihghgppghpp)(00水zP0i＋－h00说明：（I）水柱计上下移动时，hi保持不变；（II）在风筒同一断面上、下移动皮托管，水柱计读数不变，说明同一断面上hi相同。（３）相对全压、动压测量测定连接如图（说明连接方法及水柱高度变化）＋－htzP0ihihv第二章习题•2-5•2-8•2-10•2-13•2-15•2-17