第三章 井巷通风阻力

1、第三章第三章 井巷通风阻力井巷通风阻力 当空气沿井巷运动时，由于风流的粘滞性和惯性以及井巷壁面等对风流的阻滞、扰动作用而形成通风阻力，它是造成风流能量损失的原因。第一节 井巷断面上风速分布 一、风流流态1、管道流 同一流体在同一管道中流动时，不同的流速，会形成不同的流动状态。当流速较低时，流体质点互不混杂，沿着与管轴平行的方向作层状运动，称为层流(或滞流)。 当流速较大时，流体质点的运动速度在大小和方向上都随时发生变化，成为互相混杂的紊乱流动，称为紊流(或湍流)。 （）雷诺数Re 式中：平均流速v、管道直径d和流体的运动粘性系数。 在实际工程计算中，为简便起见，通常以Re=2300作为管道流动

2、流态的判定准数，即： Re2300 层流， Re2300 紊流vdRe（）当量直径 对于非圆形断面的井巷，Re数中的管道直径d应以井巷断面的当量直径de来表示： 因此，非圆形断面井巷的雷诺数可用下式表示： 对于不同形状的井巷断面，其周长U与断面积S的关系，可用下式表示： 式中：C断面形状系数：梯形C=4.16；三心拱C=3.85；半圆拱C=3.90。（举例见P38）USde4UvSRe4SCU 2、孔隙介质流 在采空区和煤层等多孔介质中风流的流态判别准数为： 层流，Re0.25； 紊流，Re2.5； 过渡流 0.25Re，砂粒凸起高度几乎全暴露在紊流核心中，故Re对值的影响极小，略去不计，相对

3、糙度成为的唯一影响因素。故在该区段，与Re无关，而只与相对糙度有关。摩擦阻力与流速平方成正比，故称为阻力平方区，尼古拉兹公式：2lg274.11r2层流摩擦阻力 当流体在圆形管道中作层流流动时，从理论上可以导出摩擦阻力计算式： = 可得圆管层流时的沿程阻力系数： 尼古拉兹实验所得到的层流时与Re的关系，与理论分析得到的关系完全相同，理论与实验的正确性得到相互的验证。vdLhf232VdRe2 642vdLRehfRe643、紊流摩擦阻力 对于紊流运动，=f (Re，/r)，关系比较复杂。用当量直径de=4S/U代替d，代入阻力通式，则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式：二、摩擦阻力系数与摩擦风

4、阻1摩擦阻力系数 矿井中大多数通风井巷风流的Re值已进入阻力平方区，23288QSLUvSLUhf 值只与相对糙度有关，对于几何尺寸和支护已定型的井巷，相对糙度一定，则可视为定值；在标准状态下空气密度=1.2kg/m3。 对上式， 令： 称为摩擦阻力系数，单位为 kg/m3 或 N.s2/m4。 则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式写为： 标准摩擦阻力系数：通过大量实验和实测所得的、在标准状态（0=1.2kg/m3）条件下的井巷的摩擦阻力系数，823QSLUhf第三章第三章 井巷通风阻力井巷通风阻力 即所谓标准值0值，当井巷中空气密度1.2kg/m3时，其值应按下式修正：2摩擦风阻Rf 对于已

5、给定的井巷，L、U、S都为已知数，故可把上式中的、L、U、S 归结为一个参数Rf： Rf 称为巷道的摩擦风阻，其单位为：kg/m7 或 N.s2/m8。 Rff ( ,S,U,L) 。在正常条件下当某一段井巷中的空气密度一般变化不大时，可将R f 看作是反映井巷几何特征的参数。2.103SLURf则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式写为：此式就是完全紊流(进入阻力平方区)下的摩擦阻力定律。三、井巷摩擦阻力计算方法 新建矿井：查表得0 Rf hf 生产矿井：hf Rf 0 例题3-3某设计巷道为梯形断面，S=8m2，L=1000m，采用工字钢棚支护，支架截面高度d0=14cm，纵口径=5，计划通

6、过风量Q=1200m3/min，预计巷道中空气密度=1.25kg/m3，求该段巷道的通风阻力。2QRhff解 根据所给的d0、S值，由附录4附表4-4查得: 0 =284.21040.88=0.025Ns2/m4则：巷道实际摩擦阻力系数 巷道摩擦风阻巷道摩擦阻力026.02.125.1025.02.10Ns2/m8 0.598877.111000026. 06 . 4333SSLSLURfPaQRhff2.239601200598.022第三节 局部风阻与阻力一、局部阻力及其计算 和摩擦阻力类似，局部阻力hl一般也用动压的倍数来表示： 式中：局部阻力系数，无因次。层流 计算局部阻力，关键是局部

7、阻力系数确定，因v=Q/S,当确定后，便可用 局部阻力的产生主要是与涡漩区有关，涡漩区愈大，能量损失愈多，局部阻力愈大。22vhlReB222QShl二、局部阻力系数和局部风阻( (一一) ) 局部阻力系数局部阻力系数 紊流局部阻力系数一般主要取决于局部阻力物的形状，而边壁的粗糙程度为次要因素。1突然扩大或或 2211211222122211QSvvSShl2222222222122221QSvvSShlv1、v2分别为小断面和大断面的平均流速，m/s；S1、S2分别为小断面和大断面的面积，m；m空气平均密度，kg/m3。对于粗糙度较大的井巷，可进行修正2突然缩小 对应于小断面的动压 ，值可按

8、下式计算： 01.01222v1215.0SS013.013逐渐扩大 逐渐扩大的局部阻力比突然扩大小得多，其能量损失可认为由摩擦损失和扩张损失两部分组成。 当20时，渐扩段的局部阻力系数可用下式求算：式中 风道的摩擦阻力系数，Ns2/m4； n风道大、小断面积之比，即21； 扩张角。 2211sin112sinnn4转弯巷道转弯时的局部阻力系数(考虑巷道粗糙程度)可按下式计算：当巷高与巷宽之比H/b=0.21.0 时， 当 H/b=12.5 时Hb280bH65.035.01280式中 0假定边壁完全光滑时，90转弯的局部阻力系数，其值见表3-3-1；巷道的摩擦阻力系数，N.s2/m4；巷道转

9、弯角度影响系数，见表3-3-2。5风流分叉与汇合(二) 局部风阻在局部阻力计算式中，令 则有：式中Rl称为局部风阻，其单位为N.s2/m8或kg/m7。此式表明，在紊流条件下局部阻力也与风量的平方成正比lRS222QRhll第四节 矿井总风阻与矿井等积孔 一、井巷阻力特性 在紊流条件下，摩擦阻力和局部阻力均与风量的平方成正比。故可写成一般形式：hRQ2 Pa 。 QhR二、矿井总风阻 N.sN.s2 2/m/m8 8 Rm是反映矿井通风难易程度的一个指标。Rm越大，矿井通风越困难；三、矿井等积孔当孔口通过的风量等于矿井风量，且孔口两侧的风压差等于矿井通风阻力时，则孔口面积A称为该矿井的等积孔。

10、2QhRRmmAIIIP2,v2P2,v2设风流从I II，且无能量损失， 则有：得：风流收缩处断面面积A2与孔口面积A之比称为收缩系数，由水力学可知，一般=0.65，故A2=0.65A。则v2Q/A2=Q/0.65A，代入上式后并整理得： 22221122vPvPRmRmhvhvPP/2 ,222221RmhQA/265. 0取=1.2kg/m3，则：因Rm=hm2，故有 由此可见，A是Rm的函数，故可以表示矿井通风的难易程度。 当A，容易；A 2，中等；A困难。例题3-7某矿井为中央式通风系统，测得矿井通风总阻力hRm=2800Pa，矿井总风量Q=70m3/s，求矿井总风阻Rm和等积孔A，评价其通风难易程度。解：mRA19.1RmhQA19.18222/571.070/2800/mNsQhRmRm257. 1571. 0/19. 1/19. 1mRAm第五节 降低矿井通风阻力措施一、降低井巷摩擦阻力措施1减小摩擦阻力系数。2保证有足够大的井巷断面。在其它参数不变时，井巷断面扩大33%，Rf值可减少50