煤礦風(fēng)流的能量與能量方程

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1、第二章風(fēng)流的能量與能量方程一、教學(xué)內(nèi)容1、空氣的主要物理參數(shù)；2、風(fēng)流的能量與點壓力；3、壓力測算基準(zhǔn)、測量方法以及壓力之間的關(guān)系；4、礦井通風(fēng)能量方程及其應(yīng)用。二、難點重點：1、風(fēng)流的能量與壓力之間的關(guān)系；2、壓力測算基準(zhǔn)、測量方法以及壓力之間的關(guān)系；3、礦井通風(fēng)能量方程及其應(yīng)用。三、教學(xué)要求：1、了解風(fēng)流能量與壓力之間的關(guān)系；2、掌握風(fēng)流的三種點壓力的性質(zhì)、測量方法以及不同壓力測算基準(zhǔn)下壓力之間的關(guān)系；3、掌握礦井通風(fēng)能量方程，會應(yīng)用方程解決風(fēng)流方向的判定以及不同斷面之間阻力的計算。第一節(jié)空氣的主要物理參數(shù)一、空氣的密度單位體

2、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）式中ρ——空氣的密度，kg/m3；M——空氣的質(zhì)量，m；V——空氣的體積，m3。在標(biāo)準(zhǔn)大氣狀況下（P＝101325Pa，t＝O℃，＝O%），干空氣的密度為1.293kg/m3。濕空氣密度的計算公式為：ρ濕＝0.003484（1－0.378）(2-2)式中P——空氣的壓力，Pa；T——熱力學(xué)溫度（T＝273+t），K；t——空氣的溫度，℃；——相對濕度，%；P飽——溫度為t（℃）時的飽和水蒸氣壓力(見表1-9)，pa。由上式可見，當(dāng)壓力和溫度一定時，濕空氣的密度總是小于干空

3、氣的密度。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，比容和密度互為倒數(shù)，它們是一個狀態(tài)參數(shù)的兩種表達方式。即：（2-3）三、空氣的壓力（壓強）礦井通風(fēng)中，習(xí)慣將壓強稱為空氣的壓力。根據(jù)物理學(xué)的分子運動理論可導(dǎo)出理想氣體作用于容器壁的空氣壓力關(guān)系式為：P＝（2-4）式中n——單位體積內(nèi)的空氣分子數(shù)；——分子平移運動的平均動能?？諝鈮毫Φ膯挝粸榕了箍ǎ≒a），簡稱帕，1Pa=1N/m2

4、。壓力較大時還有千帕（KPa）、兆帕（MPa），1MPa=103KPa=106Pa。有的壓力儀器也用百帕（hPa）表示，1hPa=100Pa。其它舊的壓力單位及換算見表2-1所示。表2-1壓力單位換算表單位名稱帕斯卡Pa巴Bar公斤力/米2mmH2O公斤力/厘米2（工程大氣壓）at毫米汞柱mmHg標(biāo)準(zhǔn)大氣壓atmPammH2OmmHgatm19.80665133.32210132510-59.80665×10-51.33322×10-31.013250.101972113.59510332.30.101972×10-41×10-4

5、1.3595×10-31.033237.50062×10-37.35559×10-217609.86923×10-69.67841×10-51.31579×10-31注：英制壓力單位采用磅力/英寸2（1bf/in2），11bf/in2=6894.7Pa，1kPa=103Pa；1atm=101.325kPa；1at=98.0665kPa（千帕）；1bar(巴)=1000mbar（毫巴）地面空氣壓力習(xí)慣稱為大氣壓。越靠近地表大氣壓力也越大。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)，也會隨季節(jié)不同而變化，甚至一晝夜內(nèi)都有波動

6、。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時，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），以阻止其相對運動。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——動力粘性系數(shù)，Pa·s；S——流層之間的接觸面積，m2；dv/dy——垂直于流動方向上的速度梯度，s-1。不論流體是否流動，流體具有粘性的性質(zhì)是不變的。在礦井通風(fēng)中，除了用動力粘性系數(shù)μ表示空氣粘性大小外，還常用運動粘性系數(shù)ν（m2/s）來表示，與動力粘性系數(shù)的關(guān)系為：

7、（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，空氣的動力粘性系數(shù)μ=1.808×10-5Pa·s；運動粘性系數(shù)ν=1.501×10-5m2/s。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械能（包括靜壓能、動能和位能）及內(nèi)能之和叫做風(fēng)流的能量。風(fēng)流之所以能夠流動，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)流流動的動力。單位體積空氣所具有的能夠?qū)ν庾龉Φ臋C械能就

8、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、動能和位能可用靜壓、動壓、位壓來呈現(xiàn)。一、靜壓能—靜壓1、靜壓能與靜壓的概念由空氣分子熱運動而使單位體積