風(fēng)流的能量與能量方程

《風(fēng)流的能量與能量方程》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、第二章風(fēng)流的能量與能量方程井下風(fēng)流的流動(dòng)遵循能量守恒及轉(zhuǎn)換定律。本章結(jié)合礦井風(fēng)流流動(dòng)的特點(diǎn)，介紹了空氣的主要物理參數(shù)，風(fēng)流的能量與壓力，壓力測量方法及壓力之間的關(guān)系，重點(diǎn)闡述了礦井通風(fēng)中的能量方程及其應(yīng)用。第一節(jié)空氣的主要物理參數(shù)與礦井通風(fēng)密切相關(guān)的物理參數(shù)除了反映氣候條件的溫度、濕度以外，還有密度、比容、壓力、粘性等。一、空氣的密度單位體積空氣所具有的質(zhì)量稱為空氣的密度，用ρ來表示。即：（2-1）一般來說，空氣的密度是隨溫度、濕度和壓力的變化而變化的。在標(biāo)準(zhǔn)大氣狀況下（P＝101325Pa，t＝O℃，＝O%），干空氣的密度為1.293

2、kg/m3。濕空氣密度的計(jì)算公式為：ρ濕＝0.003484（1－0.378）(2-2)由上式可見，壓力越大，溫度越低，空氣密度越大。當(dāng)壓力和溫度一定時(shí)，濕空氣的密度總是小于干空氣的密度。在礦井通風(fēng)中，由于通風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)的空氣溫度、濕度、壓力各有不同，空氣的密度也有所變化，但變化范圍有限。在研究空氣流動(dòng)規(guī)律時(shí)，要根據(jù)具體情況考慮是否忽略這種變化。一般將空氣壓力為101325Pa，溫度為20℃，相對濕度為60%的礦井空氣稱為標(biāo)準(zhǔn)礦井空氣，其密度為1.2kg/m3。二、空氣的比容單位質(zhì)量空氣所占有的體積叫空氣的比容，用υ（m3/kg）表示，比容和

3、密度互為倒數(shù)，它們是一個(gè)狀態(tài)參數(shù)的兩種表達(dá)方式。即：（2-3）三、空氣的壓力（壓強(qiáng)）礦井通風(fēng)中，習(xí)慣將壓強(qiáng)稱為空氣的壓力。由于空氣分子的熱運(yùn)動(dòng)，分子之間不斷碰撞，同時(shí)氣體分子也不斷地和容器壁碰撞，形成了氣體對容器壁的壓力。氣體作用在單位面積上的力稱為空氣的壓力，用P表示。空氣壓力的單位為帕斯卡（Pa），簡稱帕，1Pa=1N/m2。地面空氣壓力習(xí)慣稱為大氣壓。由于地球周圍大氣層的厚度高達(dá)數(shù)千千米，越靠近地表空氣密度越大，空氣分子數(shù)越多，分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能越大，所以大氣壓力也越大。此外，大氣壓力還與當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件有關(guān)，即便是同一地區(qū)，也會(huì)

4、隨季節(jié)不同而變化，甚至一晝夜內(nèi)都有波動(dòng)。13四、空氣的粘性任何流體都有粘性。當(dāng)流體以任一流速在管道中流動(dòng)時(shí)，靠近管道中心的流層流速快，靠近管道壁的流層流速慢，相鄰兩流層之間的接觸面上便產(chǎn)生粘性阻力（內(nèi)摩擦力），以阻止其相對運(yùn)動(dòng)，流體具有的這一性質(zhì)，稱為流體的粘性。根據(jù)牛頓內(nèi)摩擦力定律，流體分層間的內(nèi)摩擦力為：F=μS（2-5）式中F——內(nèi)摩擦力，N；μ——?jiǎng)恿φ承韵禂?shù)，Pa·s；S——流層之間的接觸面積，m2；dv/dy——垂直于流動(dòng)方向上的速度梯度，s-1。由上式可以看出，當(dāng)流體不流動(dòng)或分層間無相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，dv/dy=0，則F=0。需

5、要說明的是，不論流體是否流動(dòng)，流體具有粘性的性質(zhì)是不變的。在礦井通風(fēng)中，除了用動(dòng)力粘性系數(shù)μ表示空氣粘性大小外，還常用運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)ν（m2/s）來表示，與動(dòng)力粘性系數(shù)的關(guān)系為：（2-6）式中ρ——空氣的密度，kg/m3。流體的粘性隨溫度和壓力的變化而變化。對空氣而言，粘性系數(shù)隨溫度的升高而增大，壓力對粘性系數(shù)的影響可以忽略。當(dāng)溫度為20℃，壓力為0.1MPa時(shí)，空氣的動(dòng)力粘性系數(shù)μ=1.808×10-5Pa·s；運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)ν=1.501×10-5m2/s。13第二節(jié)風(fēng)流的能量與壓力礦井通風(fēng)系統(tǒng)中，風(fēng)流在井巷某斷面上所具有的總機(jī)械能（包

6、括靜壓能、動(dòng)能和位能）及內(nèi)能之和叫做風(fēng)流的能量。風(fēng)流之所以能夠流動(dòng)，其根本原因是系統(tǒng)中存在著能量差，所以風(fēng)流的能量是風(fēng)流流動(dòng)的動(dòng)力。單位體積空氣所具有的能夠?qū)ν庾龉Φ臋C(jī)械能就是壓力。能量與壓力即有區(qū)別又有聯(lián)系，除了內(nèi)能是以熱的形式存在于風(fēng)流中外，其它三種能量一般通過壓力來體現(xiàn)，也就是說井巷任一通風(fēng)斷面上存在的靜壓能、動(dòng)能和位能可用靜壓、動(dòng)壓、位壓來呈現(xiàn)。一、靜壓能—靜壓1、靜壓能與靜壓的概念由分子熱運(yùn)動(dòng)理論可知，不論空氣處于靜止?fàn)顟B(tài)還是流動(dòng)狀態(tài)，空氣分子都在做無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)。這種由空氣分子熱運(yùn)動(dòng)而使單位體積空氣具有的對外做功的機(jī)械能量叫

7、靜壓能，用E靜表示（J/m3）?？諝夥肿訜徇\(yùn)動(dòng)不斷地撞擊器壁所呈現(xiàn)的壓力（壓強(qiáng)）稱為靜壓力，簡稱靜壓，用P靜表示（N/m2，即Pa）。由于靜壓是靜壓能的體現(xiàn)，二者分別代表著空氣分子熱運(yùn)動(dòng)所具有的外在表現(xiàn)和內(nèi)涵，所以在數(shù)值上大小相等，靜壓是靜壓能的等效表示值。2、靜壓的特點(diǎn)（1）只要有空氣存在，不論是否流動(dòng)都會(huì)呈現(xiàn)靜壓；（2）由于空氣分子向器壁撞擊的機(jī)率是相同的，所以風(fēng)流中任一點(diǎn)的靜壓各向同值，且垂直作用于器壁；（3）靜壓是可以用儀器測量的，大氣壓力就是地面空氣的靜壓值；（4）靜壓的大小反映了單位體積空氣具有的靜壓能。3、空氣壓力的兩種測

8、算基準(zhǔn)空氣的壓力根據(jù)所選用的測算基準(zhǔn)不同可分為兩種，即絕對壓力和相對壓力。（1）絕對壓力：以真空為基準(zhǔn)測算的壓力稱為絕對壓力，用P表示。由于以真空為零點(diǎn)，有空氣的地方壓力都大于零，所以絕對壓力總是正值。（2