第3章通风阻力

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1、1第三章第三章 矿井通风阻力矿井通风阻力2本章目录第一节 风流的流动状态第二节 摩擦阻力一、摩擦阻力的意义和理论基础二、完全紊流状态下的摩擦阻力定律三、层流状态下的摩擦阻力定律四、摩擦阻力的计算方法五、降低摩擦阻力的措施3第三节 局部阻力一、局部阻力的概念二、局部阻力定律三、局部阻力的计算方法四、降低局部阻力的措施第四节 通风阻力定律和特性一、通风阻力定律二、井巷的通风特性三、风流的功率与电耗本章目录4第五节 通风阻力测量一、通风阻力测量的内容与意义二、用倾斜压差计测算井巷的风阻三、用倾斜压差计测算井巷的摩擦阻力系数四、用气压计测算井巷的风阻五、测算矿井的通风总阻力和总风阻 本章目录5第三章第

2、三章 井巷通风阻力井巷通风阻力风流流动时，必须具有一定的能量(通风压力)，用以克服井巷及空气分子之间的摩擦对风流所产生的阻力。通风压力克服通风阻力，两者因次相同，数值相等，方向相反。知道通风阻力的大小就能确定所需通风压力的大小。在矿井通风中，存在着摩擦阻力和摩擦阻力和局部阻力局部阻力，必须分析研究它们的特性、测定方法以及降低措施等，从而作为选择通风设备，进行通风管理与设计的依据。这在通风设计中尤其重要。 63.1 风流的流动状态风流的流动状态v流体产生的阻力与流体流动过程中的状态有关。流体流动时有两种状态；一种是流体呈层状流动，各层间流体互不混合，流体质点流动的轨迹为直线或有规则的平滑曲线，这

3、一状态称为层流层流。在流速很小、管径很小、或粘性较大的流体流动时会发生层流。7v另一种是流体流动时，各部分流体强烈地互相混合，流体质点的流动轨迹是极不规则的。除了有沿流体总方向的位移外，还有垂直于液流总方向的位移，流体内部存在着时而产生时而消灭的漩涡，这种状态称为紊紊流流。研究层流与紊流的主要意义在于两种流态有着不同的阻力定律。8雷诺数雷诺数v试验证明，层流与紊流彼此间的转变关系决定于液体的密度、绝对粘性系数，流体的平均速度V与管道水力直径d，这些因素的综合影响可以用雷诺数来表示为： 式中，运动粘性系数，m2/s。VdVdRe9v当Re2000时，流体呈层流流动；v当Re2000时，液流开始向

4、紊流流动过渡；v当Re10000时，流体完全呈现为紊流。 矿井巷道很少为圆形，对于非圆形通风巷道，以4S/U(水力直径)代替上式中的d，即：v式中，U巷道周界长度，m。 c断面形状系数，梯形断面c=4.16；三心拱c=3.85；半圆拱c=3.90；圆断面，c=3.54。USV 4Re S c U B B H S ) 173.0 ( 半圆拱：B B H S ) 0867.0 ( 三心拱：10 例：某巷道的断面S2.5m2，周界U6.58m，风流的14.4106m2/s，试计算出风流开始出现紊流时的平均风速？解：当风流开始出现紊流时，则其Re2000，当完全紊流时， Re10000，因此：由于煤矿

5、中大部分巷道的断面均大于2.5m2，井下巷道中的最低风速均在0.25米/秒以上，所以说井巷中的风流大部为紊流，很少为层流。 smSUV/19.05.24104.1458.620004Re6smSUV/95.05.24104.1458.6100004Re6113.2 摩摩 擦擦 阻阻 力力v一、摩擦阻力及影响因素v风流在井巷中作均匀流动时，沿1111程受到井巷固定壁面的限制，引起内外摩擦，因而产生阻力，这种阻力，叫做摩擦阻力摩擦阻力。所谓均匀流动是指风流沿程的速度和方向都不变，而且各断面上的速度分布相同。流态不同的风流，摩擦阻力hfr的产生情况和大小也不同。一般情况下，摩擦阻力要占能量方程中通风

6、阻力的8090，它是矿井通风设计，选择扇风机的主要参数，也是生产中分析与改善矿井通风工作的主要对象。12v前人实验得出水流在圆管中的沿程阻力公式（达西公式）是：v式中 实验比例系数，无因次；v 水流的密度，kg/m3 ；v L 圆管的长度，m； v d 圆管的直径，m；v V 管内水流的平均速度，m/s。13v 尼古拉兹在壁面分别胶结各种粗细砂粒的圆管中，实验得出了流态不同的水流系数同管壁的粗糙程度、雷诺数的关系。管壁的粗糙程度用管道的直径 d (m)和管壁平均突起的高度(即砂粒的平均直径) k (m)之比来表示。并用阀门不断改变管内水流速度，结果如图所示。14v试验结果可分以下几种情况：v1

7、) 在lgRe3.3(Re2320)时，即当液体作层流流动，由左边斜线可以看出，所有试验点都分布于其上，随Re的增加而减小，且与管道的相对粗糙度无关，这时与Re的关系式为： 64/Rev2) 在3.31gRe5.0(2320Re100000)的范围内，流体由层流向紊流过渡，系数既和Re有关，也和管壁的粗糙度有关。 15v3) 当Re100000时，流体成为紊流流动。与Re无关，只和管壁的粗糙度有关。管壁的粗糙度越大， 系数就越大。其试验式为：v矿井巷道中的风流，其性质与上面完全一样，所不同的是矿井巷道的粗糙度较大，在较小的Re时，便开始由层流变为紊流；此外，由于大多数矿井巷道风流的Re均大于1

8、00000，故值仅决定于井巷壁的相对粗糙度，而与Re无关。在一定时期内，各井巷壁的相对粗糙度可认为不变，因之值即为常量。2)lg74.1(1kd16二、井巷摩擦阻力计算公式由于矿井巷道极少为圆形，可用当量直径d4S/U代入沿程阻力公式得：令：是巷道的摩擦阻力系数，与巷道帮壁的粗糙程度有关。则：23222QSLUSQSLUSLUVhfr17v由于矿井中巷道的长度，周界及摩擦阻力系数在巷道形成后一般变化较小，可看作常数。再令：vRfr为巷道的摩擦风阻。v这时：v这就是完全紊流情况下的摩擦阻力定律。当巷道风阻一定时，摩擦阻力与风量的平方成正比。823,msNSLURfrPaQRhfrfr,218三、

9、井巷摩擦阻力的计算v例1 某梯形木支架煤巷，长200米，断面积为4m2，沿断面的周长为8.3m，巷道摩擦阻力系数通过查表得到的标准值为0.018Ns2/m4，若通过巷通的风量为960m3/min，试求其摩擦阻力?v解：v答：该巷道的摩擦阻力为119.5Pa。v应当注意，巷道的值随的改变而改变，在高原地区，空气稀薄，当地的值需进行校正。校正式如下：PaQSLUhfr5 .119)60960(43 . 8200018. 0232319四、降低井巷摩擦阻力的措施v井巷通风阻力是引起风压损失的主要根源，因此降低井巷通风阻力，特别是降低摩擦阻力就能用较少的风压消耗而通过较多的风量。许多原来是阻力大，通风

10、困难的矿井，经降低阻力后即变为阻力小、通风容易的矿井。v 根据hfr(LU/S3)Q2的关系式可以看出，保证一定风量，降低摩擦阻力的方法就是降低摩擦风阻，根据影响Rfr的各因素，降低摩擦阻力的主要措施有： 20降低井巷摩擦阻力的措施v1）降低Rfr与成正比，而主要决定于巷道粗糙度，因此降低，就应尽量使巷道光滑。当采用棚子支护巷道时，要很好地刹帮背顶，在无支护的巷道，要注意尽可能把顶底板及两帮修整好；对于井下的主要巷道，在采用料石或混凝土砌璇，特别是采用锚杆支护技术时，更能有效地使系数减小。v2）扩大巷道断面S因Rfr与S3成反比，所以扩大巷道断面有时成为降低摩擦阻力的主要措施。由于摩擦阻力又与

11、风量的平方成正比，因此在采用这种措施时，应抓主要矛盾，即首先应考虑风量大、断面小的总回风道的扩大，其次再考虑其它巷道的扩大。21降低井巷摩擦阻力的措施v 3）减少周界长URfr与U成正比，在断面积相等的条件下，选用周长较小的拱形断面比周长较大的梯形断面好。v 4）减少巷道长LRfr与L成正比，进行开拓设计时，就应在满足开采需要的条件下，尽可能缩短风路的长度。例如，当采用中央并列式通风系统，如阻力过大时，即可将其改为两翼式通风系统以缩短回风路线。v 5）尽量避免巷道内通过的风量过大223.3 局局 部部 阻阻 力力一、局部阻力的产生风流流经井巷的某些局部地点突然扩大或缩小、转弯、交岔以及堆积物或