【采矿课件】第三章矿井通风阻力VIP免费

第1页共64页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页共64页第三章矿井通风阻力上一章主要从宏观角度研究了矿井空气在井巷中流动时的能量损失问题，本章重点从通风阻力产生的根本原因入手，阐明矿井通风阻力的计算方法、测定方法以及降低通风阻力的具体措施。本章是进行矿井通风系统设计、矿井风量调节、矿井通风系统管理和安全评价的理论基础。通风阻力产生的根本原因是风流流动过程的粘性和惯性（内因），以及井巷壁面对风流的阻滞作用和扰动作用（外因）。井巷风流在流动过程中，克服内部相对运动造成的机械能量损失就叫矿井通风阻力。通风阻力包括摩擦阻力和局部阻力两大类，其中摩擦阻力是井巷通风阻力的主要组成部分（大致80％左右）。第一节摩擦阻力一、风流的流动状态流体在运动中有两种不同的状态，即层流流动和紊流流动。流体以不同的流动状态运动时，其速度在断面上的分布和阻力形式也完全不同。（一）层流和紊流层流：指流体各层的质点相互不混合，呈第2页共64页第1页共64页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第2页共64页流束状，为有秩序地流动，各流束的质点没有能量交换。质点的流动轨迹为直线或有规则的平滑曲线，并与管道轴线方向基本平行。紊流：紊流和层流相反，流体质点在流动过程中有强烈混合和相互碰撞，质点之间有能量交换，质点的流动轨迹极不规则，除了有总流方向的流动外，还有垂直或斜交总流方向的流动，流体内部存在着时而产生、时而消失的涡流。（二）流动状态的判别1883年英国物理学家雷诺通过实验证明：流体的流动状态取决于管道的平均流速、管道的直径和流体的运动粘性系数。这三个因素的综合影响可用一个无因次参数来表示，这个无因次参数叫雷诺数。对于圆形管道，雷诺数为：Re=vdν（3-1）式中v——管道中流体的平均流速，m/s；d——圆形管道的直径，m；ν——流体的运动粘性数，矿井通风中一般用平均值ν＝1.501¿10－5m2/s；第3页共64页第2页共64页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第3页共64页当流速很小、管径很细、流体的运动粘度较大时，流体呈层流运动，反之，为紊流流动。许多学者经过对圆形管道水流的大量实验证明：当Re<2320时，水流呈层流状态，叫下临界值；当Re>12000时，水流呈完全紊流状态，叫上临界值。Re＝2320～12000时，为层流和紊流不稳定过渡区，Re＝2320～4000区域内，流动状态不是固定的，由管道的粗糙程度、流体进入管道的情况等外部条件而定，只要稍有干扰，流态就会发生变化，因此，为方便起见，在实际工程计算中，通常以Re＝2300作为管道流动流态的判别系数，即：Re¿2300为层流Re>2300为紊流对于非圆形断面的管道，要用水力学中的水力半径的概念，把非圆形断面折算成圆形断面。所谓水力半径Rw（也叫当量直径）就是流过断面面积S和湿润周界（即流体在管道断面上与管壁接触的周长)U之比。对于圆形断面有Rw＝SU=d4（3-2)第4页共64页第3页共64页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第4页共64页用水力半径代替圆形管道直径就会得到非圆形管道的雷诺判别系数，即：Re=4vSνU（3-3)式中S——非圆形管道面积，m2；U——非圆形管道断面周长，m；其它符号意义同前。对于不同形状的断面，其周长U与断面S的关系，可用下式表示：U¿C√S式中C——断面形状系数；梯形C=4.16；三心拱C=3.85；半圆拱C=3.90（三）井巷中风流的流动状态井巷中空气的流动，近似于水在管道中的流动，井下除了竖井以外，大部分巷道都为非圆形巷道，而且它充满整个井巷，故湿润周界就是断面的周长。可用式（3-3）计算雷诺数近似判别井巷中风流的流动状态。例3-1某梯形巷道的断面积S=9m2,巷道中的风量为360m3/min,试判别风流流态。解：Re=4vSνU＝4QνC√S=4×360÷601.501×10−5×4.16×√9=128120＞第5页共64页第4页共64页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第5页共64页2300故巷道中的风流流态为紊流。例3-2巷道条件同前，求相应于Re=2300的层流临界风速v解：v=ReUν4S=2300×4.16×√9×1.501×10−54×9=0.01...