矿井通风与安全课程实验指导书1012

1、矿井通风/矿井通风与安全课程实验（共6学时）实验一 大气参数测定一、实验目的1.掌握测定大气压P、空气湿度的方法、测定原理及测试仪表的结构、使用方法；2.计算湿空气密度；3.掌握风压测定仪表的构造和使用方法，风流点压力的测定方法；4.通过实验更好地理解压入式通风和抽出式通风时风流任一点的全压、静压和动压的相互关系，以及风流某一断面上的风速分布。二、实验原理1.空气密度计算公式为：式中：P空气的压力（绝对大气压），Pa；t空气的温度，；Ps温度t时饱和水蒸气的分压，Pa，（可从教材附录中查得）；相对湿度，用小数表示（%）。2.抽出式 压入式 三、实验仪器及操作方法实验用到的仪器设备及器材包括：空

2、盒气压计；水银气压计；JFY-1型矿井通风参数检测仪；干湿球温度计；皮托管；胶皮管；JKTS型通风实验装置；YYT-2000倾斜式微压计；扇风机管网系统；testo465红外转速仪。1.大气压测定测定大气压的仪器是：气压计，常见的气压计一类是水银气压计，一般用于室内测量，精度较高，另一类是空盒气压计，井下测定使用这种仪表。另外，还可用JFY-1型矿井通风参数检测仪测定气压值。（1）水银气压计水银气压计有动槽式和定槽式两种。动槽式水银气压计（图1a）的主要部件是一根倒置于可动水银槽内的玻璃管，管的上端水银面上是真空的，槽内液面则通向大气，根据托理拆利实验原理，可知玻璃管内水银柱高度就表示了大气压

3、力（毫米汞柱或毫巴）。1气压计标尺；2玻璃罐封闭端； 1水银表面；2指针；3玻璃罐；3温度计；4玻璃罐开口端 4螺钉；5水银池；6游标旋钮 图1a 定槽式水银气压计 图1b 动槽式水银气压计测定时，转动底部调节螺丝4，使槽内水银液面正好与象牙指针2触及，然后转动螺丝6，使游标1的下切口与水银顶面相切，有刻度尺和游标1读出大气压的读值（P读）。因为刻度尺是金属的，热胀冷缩，所以要进行读值的湿度校正，有温度计5读出测定的温度，从表1查出温度校正值P温，实际大气压:P0=P读P温。定槽式水银气压计（图1b）的下部水银槽是固定不动的，除不必调节槽内液面高低外，其余使用方法与动槽式相同。表1 黄铜刻度尺

4、换算到0时温度校正值温度气压计读值（P读）mmHg740750760770780101.211.221.241.261.27151.811.831.861.891.91202.412.442.482.512.54253.013.053.093.133.17303.613.263.713.753.80当实测温度值与表中温度不符时，可用插值法求得温度校正值。（2）空盒气压计空盒气压计结构如图2所示，它是由一个波纹状金属真空盒和杠杆转动机构组成。大气压变化时，盒面变形值随之发生变化。变形值经杠杆机构传动并放大，带动盒面指针转动指出大气压值。1金属盒；2弹簧；3指针图2 空盒气压计空盒气压计使用前应当

5、用水银气压计校正。校正时用小螺丝刀拧转盒背面（或侧面）的调节螺丝，使指针所示气压值与水银气压计一致。测定时，将气压计水平放置，否则会产生误差，仪器完全垂直放置误差可达0.3mmHg，读数前，还应用手指轻轻敲击盒面数下，以消除因摩擦引起的滞后现象，一般应等待数分钟之后读数，读数应根据仪器所附检定证进行刻度、温度和补充校正例如某空盒气压计读数为770mmHg，查得其刻度校正值为P刻=0.1mmHg，温度校正为P温=0.03（mmHg/15）=0.45 mmHg，补充校正为0.6 mmHg，则实际大气压P计算如下：P=P读P刻P温P补=7700.10.450.6=770.05mmHg（3）JFY-1

6、型矿井通风参数检测仪JFY-1型矿井通风参数检测仪是一种能同时测定井下绝对压力、相对压差、风速、温度、湿度以及时间的精密便携式矿井通风参数综合监测仪器。适用于煤矿井下，为均压防灭火，科学管理矿井通风以及测定矿井风网压能图提供了有效的测量手段。采用镉镍电池，可连续工作八小时和200次充电。如图3所示。图3 JFY-1型矿井通风参数检测仪测量范围及精度、分辨率如表2所示。表2 JFY-1型矿井通风参数检测仪测量范围及精度、分辨率参数 测量范围 精度 测量分辩率 绝对压力 8001200hPa 1hPa 0.1hPa 相对压差 400mmH2O 1mmH2O 0.1mmH2O 温度 -3040 0.

7、5 0.1 湿度 50%99%RH 4%RH1%RH 风速 0.415m/s 0.45m/s时0.20m/s 0.1m/s 510m/s时0.30m/s 14.5m/s时0.40m/s 2.空气相对湿度的测定煤矿井下空气相对湿度常用手摇湿度计和风扇湿度计测定。它们都由两支水银温度计组成，其中一支为干温度计（又叫干球），另一支水银球上包着纱布，叫做湿温度计（又叫湿球）。如图4所示为风扇湿度计。1干球温度玻璃罐；2湿球温度玻璃罐；3湿球图4风扇湿度计测定前将湿球上的纱布用清水润湿。用风扇湿度计测定时，用小风扇罩上的锁匙将发条上紧，风扇转动，使空气以一定速度（1.73.0m/s）流经干、湿温度计的水

8、银球周围，12分钟，两支温度计示数稳定即可读取。根据测出的干球温度和湿球温度，查“湿空气线图”，可以得知此状态下空气的温度、湿度、比热、比焓、比容、水蒸气分压、热量、显热、潜热等资料。例如：干球18度，湿球15度时，其度差3度之纵栏与湿球15度之横栏交叉68度就是表示湿气为68%。通过测的的数值，对照湿空气线图可以计算空气加热，冷却，加湿和减湿的状态变化。绝对湿度：每立方米空气中所含水蒸气的质量叫空气的绝对湿度。其单位与密度单位相同，其值等于水蒸气在其分压力与温度下的密度，用符号v表示：式中：Mv水蒸气的质量，kg； V空气的体积，m3。相对湿度（）：单位体积空气中实际含有的水蒸气量（v）与其

9、同温度下的饱和水蒸气含量（s）之比称为空气的相对湿度，可用下式表示：，即相对湿度=水汽分压/饱和蒸汽压（压力、温度一定的情况下）。值可以用小数表示，也可以用百分数表示。其大小反映了空气接近饱和的程度，故也称之为饱和度。）空气密度计算公式为：式中：P空气的压力（绝对大气压），Pa；t空气的温度，；Ps温度t时饱和水蒸气的分压，Pa，（可从教材附录中查得）；相对湿度，用小数表示（%）。3. 风流点压力测定（1）扇风机管网系统图5 扇风机和管网系统 （2）皮托管皮托管是传递风流压力的仪器，由内外两根细金属管组成，内管前端中心有孔与标有“+”号的管脚相同。外管前端封闭，在其管壁开有46个小孔与标有“-

10、”号的管脚相同，测定时使管嘴与风流平行，中心孔正对风流传递测点风流的绝对全压（绝对静压与动压之和），而管壁上的小孔则只传递测点的绝对静压。图6 皮托管（3）U型压差计U型压差计如图7，有一根弯成U型的玻璃管1（其中装如蒸馏水或酒精），刻度尺2和支撑板组成，测定时，用胶皮管将风流压力接引（传递）到玻璃管内，垂直U型管的两液面差乘以工作液（U形管内所装液体）的比重，即为测定的压差h（mmH2O），如为倾斜U形压差计，它的压差为：HLsin，mmH2O式中：LU形管内的液面高差（mm）；U形管的倾角（）；工作液比重。 图7 U型压差计（3）YYT-2000倾斜式微差计YYT2000倾斜式微压计（以下

11、简称微压计）用于测量不溶于乙醇的微小压力气体的表压和差压。它可以测量正压、负压和差压。其倾斜角度可以变更，主要由底座、介质容器、测量管、弧型支架、零位调节器、多向阀、水准器等组成。底座下装有三个调水准螺钉；测量管由无色透明的玻璃管制作，在其长度方向上，均匀刻有255mm以上的毫米分度格；测量管可以在弧型支架的槽中来回调节其倾斜角度。弧型支架上标有5档倾斜常数k（0.2、0.3、0.4、0.6、0.8），用于测量5档压力范围的气体。多向阀上部可作60的旋转运动，顶面黑色标牌上标有“，”符号，下部侧壁上装有标号为1、2、3的三个接咀，根据它们的特定组合就可进行压力测量。YYT2000倾斜式微压计工

12、作原理如图8所示。图8 YYT-2000倾斜式微压计工作原理它是由一个具有大断面的容器A（面积为F1）与一个小断面的倾斜管B（面积为F2）互相连通，并在其中装有适量酒精的仪器。若在P1与P2压差作用下，具有倾斜度的管子B内的液体在垂直方向升高了一个高度Z1，而A容器内的液面下降了Z2，这时仪器内液面的高差为：Z=Z1+Z2由于A容器液体下降的体积与B管液体上升的体积相等，即： Z2F1=LF2则 Z2=LF2/F1并且 Z1=Lsin把Z1与Z2代入上式，得： Z=Z1+Z2=L（sin+F2/F1）故用此压差计测得P1与P2之压差h为： h=Z=L（sin+F2/F1）式中： 酒精的比重；令

13、： K=（sin+F2/F1）则： h=KL mmH2O式中： K仪器的校正系数； L倾斜管上的读数，mm。1-底座；2水准指示器；3-弧形支架；4-加液盖；5-零位调节；6-多向阀；7-活动游标；8-倾斜测量管；9-可调水准螺钉；10乙醇容器图9a YYT-2000倾斜式微压计结构图图9 b YYT-2000倾斜式微压计结构图图9 是YYT-2000倾斜式微压计的结构图，在三角形的底座上装设容器与带刻度的玻璃，并用胶皮管将其连通。容器的顶盖上有注液孔螺丝，三通旋塞及调零螺丝，仪器的底座上有水准泡和调平螺丝。玻璃管的倾角可借弧形板与销钉来调节。为了读数准确，玻璃管上装有活动游标。零位调整螺丝下

14、部是一个浸入液体的圆拄体，若转动螺丝就可改变圆柱体浸入液体的深度。三通旋塞如图9b所示，当反时针方向转动其旋钮至极限位置（图9b左）时玻璃管借胶皮管与容器连通，并经三通旋塞孔与大气相通，而标有“+”、“-”两管接头则被隔断，此时为调整零位位置，当顺时针方向转动其旋钮至极限位置（图9b右）时，管接头“+”端与容器2相通，标有“-”管接头借胶皮管12通向玻璃管液面，此时三通旋塞孔与大气的通路则被隔断，此即为测压位置。YYT2000倾斜式微压计具体使用操作步骤：注入酒精，将调整螺丝置于中间位置，拧开注液孔螺丝，把配置好的酒精（比重0.81）注入容器内，直到玻璃内酒精液面在“0”附件为止。调平仪器，将

15、玻璃管按所测压力大小固定到合适位置，用调平螺丝将仪器调平，转动三通旋塞至“调零”位置，玻璃管液面如不在“0”刻度上，则调整零位调整螺丝使液面恰好位于“0”刻度上。将高压接到“+”接头上，将低压接到“-”接头上，然后转动三通旋塞到“测压”位置，管内液面上升，待液面稳定后，即可读数，记作L，将其乘以玻璃管所在位置的校正系数K，即为测得的压差。四、实验步骤1.分别用水银气压计、空盒气压计和JFY-1型矿井通风参数检测仪测大气压P。2.用风扇湿度计测空气的相对湿度，计算绝对湿度，计算湿空气密度。3.用JFY-1型矿井通风参数检测仪测定安科楼各楼层绝对大气压力及各楼层之间的大气压力差。（1）将仪器同放于

16、基点处（二楼），将电源开关拨至“通”位置，等待1520min后，按“总清”键，记录基点绝对压力值。（2）按“差压”键，并将记忆开关拨于“记忆”位置，再将仪器的时间对准。（3）分别到一楼、三楼、四楼、五楼按相应的绝对压力和压差读数，此时注意不能关闭仪器。4.采用皮托管和胶皮管配合单管倾斜压差计，分别测定风机作压入式和抽出式通风时管网中三个测点的相对全压ht、相对静压hs和速压hv；通过改变通风机转速和管网总风阻以改变管网中的风量，测定出某一点的相对全压ht、相对静压hs和速压hv，分析其变化规律。（1）将单管倾斜压差计和皮托管用胶皮管连接好，将皮托管传压头置于风管中心点处，管头迎着风流方向，先验

17、证抽出式通风相对压力间的关系。（2）将仪器控制阀门置于“校正”位置后，调平仪器底盘（将底盘上的水准泡调至指标圆环中央）。（3）根据测定压力值大小，选定仪器倾斜系数（选定时要有足够余量，以免酒精溢出。没有把握时，选最大系数，再由大向小调整，以增加精度。）（4）旋动零位调节装置调节斜管中酒精液面，使之酒精弧面刚好与零刻度线相切。（5）检查无误后，开动风机。（实验采用轴流式风机，风机正转作抽出式通风，反转作压入式通风）（6）当水柱计稳定时，同时读取相对全压ht、相对静压hs和速压hv，改变风机转速和风门开启程度，再读取相应的ht、hs和hv值。（测完一种压力后，应将仪器控制开关置于校正位置后，更换胶

18、管接法，按上述方法测定其余压力）（7）按下风机反转按钮，工作方式变为压入式通风，用同样的方法同时读取相应的ht、hs和hv值。注意：测定压入式三个压力时，将出风口闸门关闭2/3。五、注意事项1.空盒气压计使用前应当用水银气压计校正。2.用JFY-1型矿井通风参数检测仪测定各楼层绝对大气压力及各楼层之间的大气压力差时要注意，不要将仪器放在楼梯口，保证测定点不受风流干扰。3.YYT-2000倾斜式微压计的使用（1）使用前要进行气密性检查、气泡检查、积水检查、调平、0刻度调节。（2）为了增加测定的准确性，仪器内的酒精必须经常更换，否则，使用前必须对仪器进行校正。（3）实验者必须通晓仪器的原理及结构，

19、具有判明仪器指示是否正常的能力。排出斜管中气泡时，要监视斜管液面，以免将酒精吹出。（4）使用YYT-2000倾斜式微压计实测时，应根据压差选择档位，使读数值越大越好。（5）测定点压力用胶皮管与皮托管连接要注意拔管子的顺序，必须正确判明压力大小，保证仪器“+”端，接高压力，“-”端接低压力，即高压接口（+）液体低压接口（-）。（6）酒精内一般不宜添加颜色。实验报告一实验名称：实验一 大气参数测定课程名称 任课教师 实验指导教师 成绩 同组学生姓名 实验类型：综合性；实验要求：必做；实验学时数： 学时；实验时间 月 日 节一、主要实验项目 大气压力测定；温度测定；各楼层压差测定；风流点压力测定二、

20、实验目的 三、实验装置及主要仪器设备空盒气压计；水银气压计；JFY-1型矿井通风参数检测仪；干湿球温度计；皮托管；胶皮管；JKTS型通风实验装置；YYT-2000倾斜式微压计；扇风机管网系统；testo465红外转速仪。四、实验装置布置图不同通风方式风流中某点各种压力间关系图五、实验主要内容及数据记录与处理1大气参数测定分别用JFY1型矿井通风参数检测仪、空盒气压计、水银气压计测定实验室中绝对大气压力，比较各仪器读数差别；用JFY1型矿井通风参数检测仪测定各楼层之间的大气压力差和各自的绝对大气压力；用干湿球温度计测定实验室中的空气温度和相对湿度；计算出空气密度。表1 室内绝对大气压力P0测定仪

21、器名称矿井通风参数检测仪空盒气压计水银气压计单位读数各仪器读数差别分析： 表2 各楼层之间的大气压力差和各自的绝对大气压力测定楼层编号绝对大气压力（单位）与基准点压差（单位）楼层间压差12345楼层间大气压力差与楼层高度之间的关系分析： 表3 室内空气湿度测定测定项目干球温度湿球温度相对湿度单位读数空气密度计算： 2风流点压力测定采用皮托管和胶皮管配合单管倾斜压差计、补偿微压计，分别测定风机作压入式和抽出式通风时管网中三个测点的相对全压ht、相对静压hs和速压hv；通过改变通风机转速和管网总风阻以改变管网中的风量，测定出某一点的相对全压ht、相对静压hs和速压hv，分析其变化规律。表4 抽出式

22、通风时通风管网数变化时同一点风流点压力变化规律分析通风管网变化情况相对全压ht相对静压hs速压hv各参数变化规律风机转速变化n1=n2=n3=系统总进风口变化全开半开全闭表5 压入式通风时通风管网变化时同一点风流点压力变化规律分析通风管网变化情况相对全压ht相对静压hs速压hv各参数变化规律风机转速变化n1=n2=n3=系统总出风口变化全开半开全闭六、心得体会及对本次实验的建议与设想（可另加附页） 29实验二 通风阻力测定一、实验目的1.掌握巷道通风阻力的测定方法；2.掌握风阻（R），摩擦阻力系数（）的测定方法，加深对能量方程的理解；3.掌握测压仪表的使用方法。二、实验原理1通风阻力测定如图1

23、所示通风管网中，巷道1-2段通风阻力按如下公式计算：hR1-2=（P1P2）（hv1hv2）Z1-2m1-2g式中：P1、P21、2段面的风流静压，pa；hv1、hv21、2断面动压，pa；Z1-21、2断面标高差，m；m1-21、2断面风流平均密度，/m3；g重力加速度，m/s2。由于风网模型水平放置，各断面之间高差为零，故上式第三项为零。故上式可改写为：hR1-2=P1P2（hv1hv2）实验时，用皮托管，压差计测1、2断面的静压差和1、2断面的动压。2、摩擦风阻（Rf）和摩擦阻力系数（）测定式中 hf摩擦阻力，Pa； Rf摩擦风阻，kg/m7或N s2/m8； Q通风风量，m3/s； L

24、测点间的距离，m； S风道的净断面积，m2； U风道的周长，m； 测摩擦阻力系数kg/m3或N s2/m4。由此可知，只要测出一段风道的摩擦阻力（hr）和风量就可以求出这段风道的摩擦风阻（Rf）。如果同时测量出这段风道的长度，净断面积和周长，就可以求出它的测定时的摩擦阻力系数（测），再按下式换算为标准状态下（=1.2kg/m3）的摩擦阻力系数（0）： 式中 测测定时的空气密度，kg/m3 。三、实验仪器及操作方法实验用到的仪器设备及器材包括：皮托管；胶皮管；JKTS型通风实验装置；YYT-2000倾斜式微压计；扇风机管网系统。图1 扇风机管网系统操作方法见实验一。四、实验步骤在图1所示的管网系

25、统中，在风道内选择1、2、3个测点，将单管压差计调平，分别在三个测点放置皮托管，用胶皮管将测点的静压分别接到压差计，测1-2、2-3、1-3断面风流各组的势能差（h测），再用皮托管和压差计分别测出各断面的平均风速，用皮尺和小钢尺量出间的距离和它们的周长。根据风流的能量方程： 式中：1-2段风道的通风阻力，Pa；1-2段风道的势能差，Pa；、 分别为1和2断面的平均风速，m/s； 、分别为1和2断面的空气密度，kg/m3。又 如果1-2段漏风较大，则Q为1、2两端面的风量的平均值，即2-3断面和1-3断面测算公式和方法同1-2断面。根据测定结果，计算模型风道的hr。测出的阻力、长度、净断面积和通

26、过的风量，代入公式即可计算出摩擦阻力系数Rf和。五、注意事项1.测定过程中，如果压差计出现异常现象，必须立即查明原因，排除故障，重新测定。故障可能是：（1）胶皮管因有水、污物进入或打折而堵塞；胶皮管被扎有小眼或破裂。（2）压差计漏气，测压管内或测压管与容器连接处有气泡。（3）静压管放置在风流的涡流区内。2.应尽可能增加两测点的长度，以减少分段测定的积累误差。实验报告二实验名称：实验二 通风阻力测定课程名称 任课教师 实验指导教师 成绩 同组学生姓名 实验类型：综合性；实验要求：必做；实验学时数： 学时；实验时间 月 日 节一、主要实验项目 通风阻力测定；通风网络风流流动规律探讨二、实验目的 三

27、、实验装置及主要仪器设备JKTS-型通风实验装置；皮托管；胶皮管； YYT2000型单管倾斜压差计；YJB2500补偿微压计。四、实验主要内容及数据记录与处理1通风阻力测定在风机转速和管网总风阻不变的情况下测定各段的相对静压差、各测点的速压，计算测段的通风阻力、风阻和摩擦阻力系数；在改变风机转速和管网总阻力的情况下分别测定某一测段的静压差和通风阻力，总结上述实验数据的变化规律并分析其原因。表1 各测段通风阻力测定测段编号静压差1断面速压2断面速压通风阻力测段风量测段风阻测段长度测段断面测段平均周长摩擦阻力系数hs1-2hv1hv2hr1-2QRLSU122313由表1测定结果分析，可得出的结论

28、： 表2 风机转速和通风管网变化对某测段通风参数的影响分析通风管网变化情况通风阻力hr风机转速变化n1=n2=n3=系统变化全开半开全闭五、通风网络角联分支风流流动规律测定分析测定结果分析 六、心得体会及对本次实验的建议与设想（可另加附页） 实验三 通风机性能测定一、实验目的1掌握风机特性测定方法，通过测定加深理解风机风量和风压、功率与效率的关系。2掌握风机性能测定的原理、仪器、数据整理、计算方法。3绘制风机特性曲线。二、实验原理反映通风机工作特性的基本参数有4个，即通风机的风量Q、压力H、功率N和效率。每一台通风机，在额定转速的条件下，对应于一定的风量，就有一定的风压、功率和效率，风量如果变

29、动，其它三者也随之改变。表示通风机的风压、功率和效率随风量变化而变化的关系曲线，称为通风机的个体特性曲线。1.通风机的风量QQ通表示单位时间内通过通风机的风量，单位为m3/s。2.通风机的风压H 通风机的风压有通风机全压（H全）、静压（H静）和动压（h动）之分。通风机的全压包括通风机的静压与动压两个部分，即：H全H静h动，Pa扩散器出口断面的动压等于通风机的动压。 3.通风机的功率N通风机的输入功率P通入表示通风机轴从电动机得到的功率，单位为kW，通风机的输入功率可用下式计算： P通入 kW 通风机的输出功率P通出也叫有效功率，是指单位时间内通风机对通过的风量为Q的空气所做的功，即： P通出

30、kW 4.通风机的效率通风机的效率是指通风机输出功率与输入功率之比。 通风机的效率越高，说明通风机的内部阻力损失越小，性能也越好。 三、实验仪器及操作方法实验用到的仪器设备及器材包括：皮托管；胶皮管；JKTS型通风实验装置；DKS-3型多功能空气动力学实验装置；YYT-2000倾斜式微压计。图1 DKS-3型多功能空气动力学实验装置采用进出气实验方案（即风机入、出口都有管路)。按国家标准，本实验风量测定，使用入口集流器测定风量，用在入口整流网上贴纸片的方法调节风量(图纸片直径为60毫米)。每台设备1组。受用3、5测点，测定风机全压。四、实验步骤图2 风机性能测定（1） 实验按图2所示布置测点。（2） 将1、3点皮托管传压头置于风管中心，迎着风流方向，与风管中心线重合。（3） 仪器调平、调零。（4） 将出风口闸门全开（此时风量最大）。（5） 开动风机测定集流器静压及3、5两段面静压差，并记录电流、电压表的读数（曲线第一点数据）。（6） 在入口整网上贴纸片1片。重测上述数据(曲线第二点数据)。（7） 多次重复前项内容(曲线其余点数据)。（8）