实验二风流点压力和通风阻力测定2011

1、实验二实验二 风流点压力和通风阻力测定风流点压力和通风阻力测定 实验目的实验目的n1.学会测定在不同通风方式下风流点的压学会测定在不同通风方式下风流点的压力，即全压、静压和速压，并分析其相力，即全压、静压和速压，并分析其相互关系。互关系。n2.学会测算风道通风阻力的方法。学会测算风道通风阻力的方法。n3.掌握测算风道平均风速和风量的方法。掌握测算风道平均风速和风量的方法。n4.熟悉压差计、皮托管等仪器设备的原理、熟悉压差计、皮托管等仪器设备的原理、构造和使用方法。构造和使用方法。 仪器与设备 通风实验管网装置、各类压差计、皮托通风实验管网装置、各类压差计、皮托管、三通管等。管、三通管等。 内容

2、 风流点压力测定风流点压力测定 风道通风阻力测定风道通风阻力测定 风道平均风速及风量计算风道平均风速及风量计算一、风流点压力测定一、风流点压力测定n根据不可压缩流体的能量方程，通风管道根据不可压缩流体的能量方程，通风管道中任意断面的风流总机械能都等于静压能、中任意断面的风流总机械能都等于静压能、位能和动能之和位能和动能之和（J/m3）。单位体积的流。单位体积的流体所具有的能量等于单位面积上作用的压体所具有的能量等于单位面积上作用的压力，简称压力，单位为力，简称压力，单位为Pa(N/m2)。n绝对压力绝对压力和和相对压力相对压力。以真空为参考基准。以真空为参考基准的压力称绝对压力，以当地大气压力

3、为参的压力称绝对压力，以当地大气压力为参考基准的压力称相对压力。按此定义，风考基准的压力称相对压力。按此定义，风流中某点流中某点i的静压有绝对静压（的静压有绝对静压（pi）和相对）和相对静压（静压（hi）两种；全压也有绝对全压（）两种；全压也有绝对全压（pt i）和相对全压（和相对全压（ht i）之分。）之分。n静压作用在各个方向，故静压无方向性。静压作用在各个方向，故静压无方向性。n动压因风流速度而产生，而风流速度具有动压因风流速度而产生，而风流速度具有方向性，故动压也有方向性，其方向与风方向性，故动压也有方向性，其方向与风流方向一致。动压无绝对和相对之分。静流方向一致。动压无绝对和相对之分

4、。静压与动压之和称为全压。压与动压之和称为全压。n全压是由静压和速压共同作用产生的，故全压是由静压和速压共同作用产生的，故全压与速压的方向相同。全压与速压的方向相同。风流点压力特点及其相互关系风流点压力特点及其相互关系 在绝对压力概念中，无论是抽出式还是压在绝对压力概念中，无论是抽出式还是压入式通风，其绝对全压均可用下式表示：入式通风，其绝对全压均可用下式表示：Pt i = pi + hv i式中式中 pt i 风流中风流中i点的绝对全压，点的绝对全压，Pa； pi 风流中风流中i点的绝对静压，点的绝对静压，Pa； hv i 风流中风流中i点的动压，点的动压，Pa。风流质点的绝对全压与绝对静压

5、关系风流质点的绝对全压与绝对静压关系 相对压力与通风方式有关，风流点压力相对压力与通风方式有关，风流点压力的相互关系如下：的相互关系如下： 压入式（正压）通风压入式（正压）通风 ht i = hi + hv i (1) 抽出式（负压）通风抽出式（负压）通风 ht i = hi hv i (2) 式中式中 ht i 风流中风流中i点的相对全压，点的相对全压，Pa； hi 风流中风流中i点的相对静压，点的相对静压，Pa； hv i 风流中风流中i点的动压，点的动压，Pa。 风流质点的相对全压与相对静压关系风流质点的相对全压与相对静压关系1. 皮托管原理及动压测量皮托管原理及动压测量n风流中某点的动

6、压可以用皮托管和压差计来测量。风流中某点的动压可以用皮托管和压差计来测量。n皮托管的头部为半球形，后为一双层套管。测量时头部对准风流，皮托管的头部为半球形，后为一双层套管。测量时头部对准风流，头部中心处小孔（全压孔）感受风流全压头部中心处小孔（全压孔）感受风流全压pt，经内管传送至压差计，经内管传送至压差计一端。头部后约一端。头部后约38D处的外套管壁上均匀地开有一排孔（静压处的外套管壁上均匀地开有一排孔（静压孔），感受来流静压孔），感受来流静压p，经外套管传至压差计另一端。由压差计读出，经外套管传至压差计另一端。由压差计读出皮托管两端口的压力差，即为风流的动压值。皮托管两端口的压力差，即为风

7、流的动压值。 2. 相对静压测量相对静压测量n 压入式通风时，压入式通风时，U型压差计左侧液面受到的压力大于大气压型压差计左侧液面受到的压力大于大气压力，相对静压为正；力，相对静压为正；n 抽出式通风时，抽出式通风时，U型压差计左侧液面受到的压力小于大气压型压差计左侧液面受到的压力小于大气压力，相对静压为负。力，相对静压为负。 3. 相对全压测量相对全压测量n相对全压测量与相对静压测量相似。只是将皮托相对全压测量与相对静压测量相似。只是将皮托管的全压管接头管的全压管接头“+”接到接到U型压差计一端，而型压差计一端，而U型型压差计的另一端开口连通大气，如图。压差计的另一端开口连通大气，如图。4.

8、 风流点压力之间的相互关系风流点压力之间的相互关系皮托管使用注意事项皮托管使用注意事项n皮托管是皮托管是1730年由享利年由享利毕托毕托(Henri Pitot)首创，经首创，经200多年来多年来的改进，目前已有几十种型式。的改进，目前已有几十种型式。n皮托管因制造精度等原因产生的皮托管因制造精度等原因产生的误差，测算流速时应加一个修正误差，测算流速时应加一个修正系数校正，一般在系数校正，一般在0.981.05范范围内围内 ，刻在皮托管尾部附近。，刻在皮托管尾部附近。n测量动压（风速）时，皮托管头测量动压（风速）时，皮托管头部全压孔应正对风流方向，静压部全压孔应正对风流方向，静压孔应与来流方向

9、垂直。示值不稳孔应与来流方向垂直。示值不稳定时，应读取平均值。定时，应读取平均值。n皮托管结构简单，用途广。如飞皮托管结构简单，用途广。如飞机头部或机翼前缘常装设皮托管机头部或机翼前缘常装设皮托管测量飞行速度，又称空速管。测量飞行速度，又称空速管。 各类压差计构造及工作原理各类压差计构造及工作原理n压差计是测量相对压力或不同压力之差的仪器。按其结构可分为压差计是测量相对压力或不同压力之差的仪器。按其结构可分为U形压差计、单管倾斜压差计和补偿式微压差计等。形压差计、单管倾斜压差计和补偿式微压差计等。U U型压差计型压差计单管倾斜单管倾斜压差计压差计U形压差计的构造及原理形压差计的构造及原理 由一

10、只盛有一半高度蒸馏水且两端由一只盛有一半高度蒸馏水且两端开口、开口、 35mm内径的内径的U型玻璃管型玻璃管和外标刻度尺构成。当两端接入和外标刻度尺构成。当两端接入不同压力时，则可显示出压差值。不同压力时，则可显示出压差值。U型压差计的高度决定了其量程范型压差计的高度决定了其量程范围，分辨率一般为围，分辨率一般为1mmH2O。(10Pa)单管倾斜压差计的测量原理单管倾斜压差计的测量原理n单管压差计大都由一个圆柱形容器单管压差计大都由一个圆柱形容器1和一个可以调和一个可以调节其倾角且有内标刻度尺的玻璃测压管节其倾角且有内标刻度尺的玻璃测压管2组成。组成。n测量两点间的压差或相对压力时，将较大的压

11、力测量两点间的压差或相对压力时，将较大的压力P1接到容器接到容器1的接管上，较小的压力的接管上，较小的压力P2接到测压管接到测压管2上，上，则两点的压差为则两点的压差为P=P1-P2=(h1+h2)g。单管倾斜压差计的构造单管倾斜压差计的构造nYYT200型单管倾斜压差计结构如图所示。型单管倾斜压差计结构如图所示。1底座；底座；2水准指示器；水准指示器；3弧形支架；弧形支架；4加液盖；加液盖；5零位调整旋钮；零位调整旋钮；6三通阀门柄；三通阀门柄；7游标；游标；8倾斜测压管；倾斜测压管；9调平螺钉；调平螺钉；10大容器大容器11插管接头插管接头单管倾斜压差计的操作使用单管倾斜压差计的操作使用n

12、仪器准备仪器准备注入工作液注入工作液 1 1）首先选择符合仪器规定比重）首先选择符合仪器规定比重的标准工作液，如果工作液比的标准工作液，如果工作液比重与仪器规定的比重不同，则重与仪器规定的比重不同，则测量数据需进行比重校正。测量数据需进行比重校正。 2 2）将零位调整器）将零位调整器4 4旋转升降至中旋转升降至中间高度，间高度，测压管固定在弧形支测压管固定在弧形支架的适当位置，旋开加液盖架的适当位置，旋开加液盖4，缓缓注入预先配置好的密度为缓缓注入预先配置好的密度为0.81 kg/m3的工作液，直到液面位的工作液，直到液面位于倾斜测压管的于倾斜测压管的“0”刻度线附近，然后旋紧加液盖，再用胶皮

13、刻度线附近，然后旋紧加液盖，再用胶皮管管将多向阀门将多向阀门11中间的接头与倾斜测量管的上端连通。将三通阀中间的接头与倾斜测量管的上端连通。将三通阀门柄门柄6拨在仪器的拨在仪器的“测压测压”位置，用嘴轻轻从位置，用嘴轻轻从“+”端吹气，使酒端吹气，使酒精精液面沿测压管缓慢上升，察看液柱内有无气泡，如有气泡，应液面沿测压管缓慢上升，察看液柱内有无气泡，如有气泡，应反复吹吸多次，直至气泡消除为止。反复吹吸多次，直至气泡消除为止。 单管倾斜压差计调零单管倾斜压差计调零n首先调整仪器底座上的两个首先调整仪器底座上的两个调调平平螺钉螺钉9，观察水准指示器内，观察水准指示器内的气泡是否居中，使仪器处于的气

14、泡是否居中，使仪器处于水平。水平。n根据待测压差的大小，将倾斜根据待测压差的大小，将倾斜测压管固定在弧形支架相应的测压管固定在弧形支架相应的位置上，然后顺时针转动三通位置上，然后顺时针转动三通阀门柄阀门柄6到到“校正校正”位置，使位置，使大容器和倾斜测压管分别与大容器和倾斜测压管分别与“+”接头和接头和“-”接头隔断，而接头隔断，而与大气相通。旋动与大气相通。旋动零位调整零位调整旋旋钮钮5，使测压管的酒精液面对，使测压管的酒精液面对准准“0”刻度线。刻度线。 测压时操作测压时操作n用橡皮管把较大的压力接引用橡皮管把较大的压力接引到到“”接管，较小的压力接管，较小的压力接引到接引到“”接管。逆时

15、针接管。逆时针转动控制阀手动杆到转动控制阀手动杆到“测压测压”位置，此时，位置，此时，“”接管与接管与大容器相通，大容器相通，“”接管与接管与测压管相通，如图所示。读测压管相通，如图所示。读取测压管上液面的示值乘以取测压管上液面的示值乘以弧形支架的弧形支架的K值，即为所测值，即为所测压力。压力。n如果因为待测压力变化，需如果因为待测压力变化，需要改变测压管倾斜角度时，要改变测压管倾斜角度时，最好重新对零。最好重新对零。补偿微压计补偿微压计nYJB-2500补偿微压计补偿微压计由微调部分、水准部分、由微调部分、水准部分、反光镜部分及外壳部分反光镜部分及外壳部分组成。组成。补偿微压计的结构和原理补

16、偿微压计的结构和原理n补偿式微压计有大小两个容补偿式微压计有大小两个容器器2与与1，下部用橡皮管，下部用橡皮管9连连通。容器通。容器2可随读数盘可随读数盘3的转的转动而上下移动，以调节两容动而上下移动，以调节两容器内的液面高差。当容器器内的液面高差。当容器1的液面和水准尖的液面和水准尖7处于同一处于同一水平时，从反射镜水平时，从反射镜6中就可中就可以看到水准尖正倒两个影像以看到水准尖正倒两个影像的尖端恰好相接，如图示。的尖端恰好相接，如图示。n测压时，容器测压时，容器1受到较大的压力作用而液面下降，水准尖高出液受到较大的压力作用而液面下降，水准尖高出液面，反射镜中的水准尖正倒影像重叠。这时转动

17、读数盘将容器面，反射镜中的水准尖正倒影像重叠。这时转动读数盘将容器2升高，直到水准尖正倒影像又恰好相接，即容器升高，直到水准尖正倒影像又恰好相接，即容器1的液面又和水的液面又和水准尖准尖7处于同一水平。容器处于同一水平。容器2的垂直移动距离的垂直移动距离(从标尺和读数盘读从标尺和读数盘读出出)，也就是两液面所受的压力差。，也就是两液面所受的压力差。二、通风阻力测定二、通风阻力测定 风流在井巷中作均匀流动时，由于流体层间和风流在井巷中作均匀流动时，由于流体层间和流体与井巷壁面之间的摩擦而产生的阻力称作摩流体与井巷壁面之间的摩擦而产生的阻力称作摩擦阻力（沿程阻力）。对于直通风管道，其摩擦擦阻力（沿

18、程阻力）。对于直通风管道，其摩擦阻力为：阻力为： L 风道长度，风道长度，m； U 风道周长，风道周长，m； S 风道断面积，风道断面积，m2；Q 风量，风量，m3/S。 32SQULhfr式中24N s /m摩擦阻力系数，摩擦阻力系数，； 当风流流过风道（当风流流过风道（1-2）段时，为了克服阻力而）段时，为了克服阻力而消耗的能量为：消耗的能量为：22121 211112222gg22frvvhpZpZ 本实验的具体条件是：管道水平放置，两测本实验的具体条件是：管道水平放置，两测点之间管道断面相等且没有局部阻力，所以两点之间管道断面相等且没有局部阻力，所以两点间的位压差、速压差均为零，于是：

19、点间的位压差、速压差均为零，于是：2121pphfr 水平风道通风阻力测定水平风道通风阻力测定 由图可知，用由图可知，用1台压差计测定台压差计测定1-2断面间的静压差，断面间的静压差，从而得到管道从而得到管道1-2段之间的通风阻力段之间的通风阻力 。21frh。三、平均风速测定与风量计算三、平均风速测定与风量计算 由于空气的粘性和巷道壁面摩擦影响，巷道断面上由于空气的粘性和巷道壁面摩擦影响，巷道断面上风速分布是不均匀的。在贴近壁面存在层流运动薄层，风速分布是不均匀的。在贴近壁面存在层流运动薄层，其厚度随雷诺数其厚度随雷诺数Re的增加而变薄，在层流边层以外，从的增加而变薄，在层流边层以外，从巷道

20、壁面向巷道轴心方向，风速逐渐增大，呈抛物线分巷道壁面向巷道轴心方向，风速逐渐增大，呈抛物线分布，如图示。布，如图示。图图1 紊流中的风速分布紊流中的风速分布风道过流断面平均风速与风量风道过流断面平均风速与风量n 设断面上任一点风速为设断面上任一点风速为vi，则巷道断面的平均风速，则巷道断面的平均风速v为：为：1d , m/siSvv SSn式中式中 S过流断面积，过流断面积，m2； Q风道过流风量，风道过流风量，m3/s。3d , m /siSv SQvS则风量为：则风量为：实验方法实验方法n在实验巷道系统中选择一段较长的直风道，其中风流呈均在实验巷道系统中选择一段较长的直风道，其中风流呈均匀

21、流状态。在风道断面上采用等面积网格划分法，在每个匀流状态。在风道断面上采用等面积网格划分法，在每个网格几何中心布置测点，如图网格几何中心布置测点，如图2所示。其中半圆拱断面布置所示。其中半圆拱断面布置28个测速点，矩形断面布置个测速点，矩形断面布置30个测速点。在测量断面的底个测速点。在测量断面的底部或顶部均匀布置了一排部或顶部均匀布置了一排6个测孔，不测时用橡胶圈密封。个测孔，不测时用橡胶圈密封。5050505050505050505050FF50505050EE50502550505050 矩形断面矩形断面 半圆拱断面半圆拱断面 图图2 巷道断面风速场测定的测点布置巷道断面风速场测定的测点

22、布置n采用皮托管压差计法测定风速分布。即通过测定采用皮托管压差计法测定风速分布。即通过测定空气密度和每个测点的动压空气密度和每个测点的动压hvi，求出，求出n个网格中个网格中心点的风速为：心点的风速为：2viihvm/s 然后计算出断面的平均风速为：然后计算出断面的平均风速为：1111nniiiiivv SvSn m/s 由此可确定风量由此可确定风量 Q=S通风管道的风阻与摩擦阻力系数测算通风管道的风阻与摩擦阻力系数测算2QhR摩28N s /m（）3RSU L24N s /m（）2 . 1标24N s /m（）n实验管路的断面形状为半圆拱或矩形，如图实验管路的断面形状为半圆拱或矩形，如图2所

23、示。所示。n半圆拱巷道：断面积半圆拱巷道：断面积S =0.065325m2，周长，周长U=0.971m，当量直径，当量直径d = 0.2691m。网格划分总数。网格划分总数n=28个，绝大多数网格面积个，绝大多数网格面积Si = 0.00255m2。n矩形巷道：断面积矩形巷道：断面积S =0.075m2，周长，周长U=1.1m，当，当量直径量直径d = 0.2727m。网格划分总数。网格划分总数n=30个，网格个，网格面积面积Si = 0.00255m2n测段风道长度测段风道长度LA-B =10.18m， 空气密度空气密度 可参照可参照实验一的结果计算。实验一的结果计算。实验基本参数实验基本参数干球温度干球温度 / 湿球温度湿球温度 / 大气压力大气压力 /Pa空气密度空气密度 /kgm-3实验地点当时的空气物理参数测定记录实验地点当时的空气物理参数测定记录注：采用实验一中的空气密度测定数据注：采用实验一中的空气密度测定数据实验数据记录实验数据记录测点测点编号编号测点动压测点动压读数读数 hv/ mmH2O测点测点编号编号测点动压测点动压读数读数 hv/ mmH2O测点测点编号编号测点动压测点动压读数读数 hv/ mmH2O111212