第7章风流基本定律和风量自然分配
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第7章 矿井通风网路中风流基本定律和风量自然分配
第7章 矿井通风网络与风量自然分配
课堂练习 习题集88页第11题
第7章 矿井通风网络与风量自然分配
B
4
3
1 2
C
A
R23 R2 R3 0.2 0.2 0.4 Ns 2 m8 RS
R1 R23 R1 R23
0.4
2
0.4 * 0.6 0.6
2
0.12 Ns 2 m8
第7章 矿井通风网络与风量自然分配
第7章 矿井通风网络与风量自然分配
四、基本定律
1 风量平衡定律 是指在稳态通风条件下，单位时间流入某节点 的空气质量等于流出该节点的空气质量；或者说，
流入与流出某节点的各分支的质量流量的代数和等
于零。
第7章 矿井通风网络与风量自然分配
若不考虑风流密度的变化，则流入与流出某节点的各 分支的体积流量（风量）的代数和等于零，即：
３ R2 ２
2
２
1 １ 1 R1 1 R2 2
R1
第7章 矿井通风网络与风量自然分配
第三节 角联通风风网
一、基本概念 角联风网：在并联巷道中间有一条联络巷道，使一侧巷道与另一侧
巷道相连构成的网络。
角联分支（对角分支）：是指位于风网的任意两条有向通路之间、 且不与两通路的公共节点相连的分支，如图。 简单角联风网：仅有一条角联分支的风网。 复杂角联风网：含有两条或两条以上角联分支的风网。 ４ ４ 2 ３ ３ 6 ５ 5 ２ ２ 4 3 １ 1
联风路的等效阻力特性曲线上的点； ３、将所有等风压线上的点联成曲线R3，即为并联风路的等效阻力特性曲
线。
H 2 1 R1 1 R2 2
R1
R2
第七章 矿井风流的自然分配
R4 R3
Q3 (Q2 Q5 )
R4 R3
2 Q3 2 Q4
Q3 Q5 Q2
(Q3 Q5 )2 2 Q2
2 Q3 (Q5 Q2 )2
∴
即：
Q32 (Q5 Q2 )2
R2 R1
R1 R3
风流
R2 R4
R1 R4 K 1 R2 R3 或写为：
３、分支5中的风向由3→2 同理可得：
hn Rn
1 Rs
1 R1
...
R s hs
2 Qs
1 R1
1 R2
1 Rn
2
4. 并联风网总等积孔等于各分支等积孔之和，即
As
1.19 Rs
1.19(
1 R1
1 R2
...
1 Rn
)
As A1 A2 An
Q 0
2. 压差规律
串联时，任何一条风路的总压差为分压差之和。并联时，它的闭合回路
中各风流总压差相等。角联的闭合回路的各风流的总压差也是相等的。 这是一个普遍的规律，如下图有：
在闭合回路中，若顺时针方向的风流压差为正，反时针方向为负，则 其共同规律为：在任何一个闭合回路风流中，其压差的代数和为零，称 为压差平衡定律，用下式表示。
设风量任意分配后其误差为 QM（第M回路中出现的误差）。在该闭合回路中 对初拟的风量，按风流的顺时针方向加 QM ，逆时针方向减 QM ，则：
第五节
用电子计算机解算通风网路
目的：已知风网各分支风阻和主通风机的特性，求算主要通风机的工况点，各分 支的风量和风向，以便验算各用风地点的风量和风整速是否符合规程要求。 原理：依据风量平衡定律、风压平衡定律、阻力定律
第7章矿井通风网路中风流基本定律和风量自然分配
的若干条等风压线，在等风压线上将1、2分支阻力h1、h2叠加，得到并 联风路的等效阻力特性曲线上的点；
３、将所有等风压线上的点联成曲线R3，即为并联风路的等效阻力特性曲 线。
•H
•R1 •R2
•R1+R2
•2
•1•R1
•R2 •2
•1
•Q 第7章矿井通风网路中风流基本定律 和风量自然分配
例题：某个通风网络如图所示，已知各条 巷道的风阻R1=0.25, R2=0.34, R3=0.46 N s2/m8,巷道1的风量Q1=65m/s。求BC、 BD风路自然分配的风量及风路ABC、 ABD的阻力为多少？
２、根据串联风路“风量相等，阻力叠加”的原则，作平行于h轴
的若干条等风量线，在等风量线上将1、2分支阻力h1、h2叠加， 得到串联风路的等效阻力特性曲线上的点；
３、将所有等风量线上的点联成曲线R3，即为串联风路的等效阻
力特性曲线。
•H •R1+R2
•R2
•３
•R1
•R2 •２
•２
•R1 •１ •1
第7章矿井通风网路中风流•Q基本定律
改。
第7章矿井通风网路中风流基本定律 和风量自然分配
第7章矿井通风网路中风流基本定律 和风量自然分配
四、基本定律
1 风量平衡定律 是指在稳态通风条件下，单位时间流入某节点
的空气质量等于流出该节点的空气质量；或者说， 流入与流出某节点的各分支的质量流量的代数和等 于零。
第7章矿井通风网路中风流基本定律 和风量自然分配
特例：对于两条巷道并联风量自然分配
第7章矿井通风网路中风流基本定律 和风量自然分配
第7章矿井通风网路中风流基本定律 和风量自然分配
7矿井风流基本定律和风量分配讲解
（4）以等积孔表示风阻时 1.19Qi 因 则 A
i
hi
Qi
Ai hi ... Qn
可得
A0 h0 1.19
A1 h1 1.19
A2 h2 1.19
...
An hn 1.19
A0
A A1 A2 ... An 即式（8.11） 0
即式 1 （8.8）
A0
1
1 1 1 2 ... 2 2 A1 A2 An
8
2018/10/24
8.2.1
串联通风网路（3）
the Ventilation Network of Series
串联是一种最基本的联结方式，但串联风路有以 下缺点： 总风阻大，等积孔小，通风有困难。
2870
+175
ρ
0
4
+90
1
ρ ρ
34
12
2
3 -450m
• (1)矿井自然风压HN。说明是帮助还是阻碍主要通风机通风？ • (2)矿井的通风阻力hR14 • (3)矿井等积孔 • (4)设扩散器阻力 HRd=25Pa，扩散器出口动压 Hvd=47Pa，通 风机的全压Ht是多少？ • (5)主要通风机静压输出功率。
串联通风网路中各条巷道的风量是不能调节的。
2018/10/24
9
8.2.2
并联通风网路（1）
the Ventilation Network of Parallel
由两条或两条以上具有相同始节点和末节点的分支所组成 的通风网络，称为并联通风网路。
C
A B C D
J E I F H K G
B A D
第7章 风流基本定律和风量自然分配
第7章 矿井通风网络与风量自然分配
将上述节点扩展为无源回 路，则上述风量平衡定律依 然成立。如图b所示，回路2 然成立。如图b所示，回路24-5-7-2的各邻接分支的风量 满足如下关系： 满足如下关系： 图b
1 2 7 8 5
４
3
6
Q1− 2 + Q3− 4 − Q5−6 − Q7 −8 = 0
第7章 矿井通风网络与风量自然分配
第7章 矿井通风网络与风量自然分配
（一）并联风路特性： 并联风路特性：
总风量等于各分支的风量之和， 1. 总风量等于各分支的风量之和，即
Mi—单位时间流过的气体的质量。 单位时间流过的气体的质量。
当不考虑风流密度的变化，即各分支的空气密度相等时： 当不考虑风流密度的变化，即各分支的空气密度相等时：
第7章 矿井通风网络与风量自然分配
总风压（阻力） 2. 总风压（阻力）等于各分支 风压（阻力）之和， 风压（阻力）之和，即:
第7章 矿井通风网络与风量自然分配
总风阻等于各分支风阻之和， 3. 总风阻等于各分支风阻之和，即：
n h1 + h2 + ... + hn R0 = h0 Q02 = = R1 + R2 + ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ + Rn = ∑ Ri 2 Q0 i =1
第7章 矿井通风网络与风量自然分配
第7章
矿井通风网络中风流基本定律 和风量自然分配
Principles of Airflow
本章主要内容及重点和难点 1、风量分配基本定律----三大定律 风量分配基本定律----三大定律 ---2、网络图及网络特性 1)简单网络 1)简单网络 2)角联及复杂网络 2)角联及复杂网络 3、计算机解算复杂网络
第7章矿井通风网路中风流基本定律和风量自然分配讲述
第7章 矿井通风网络与风量自然分配
4. 回路（网孔）：由两条或两条以上分支 首尾相连形成的闭合线路称为回路。 5、 树：是指任意两节点间至少存在一条 通路但不含回路的一类特殊图。
第7章 矿井通风网络与风量自然分配
三、矿井通风网络图 通风网络图：用直观的几何图形来表示通风网络。 特点：１）通风网络图只反映风流方向及节点与 分支间的相互关系，节点位置与分支线的形状可 以任意改变。 ２）能清楚地反映风流的方向和分合关系，并且
一、串联通风风路
由两条或两条以上分支彼此首尾相连，中间没有风流分汇
点的线路称为串联风路。如图所示
第7章 矿井通风网络与风量自然分配
（一） 串联风路特性
1. 总风量等于各分支的风量，即
MS = M1 = M2 =…= Mn 当各分支的空气密度相等时， QS = Q1 = Q2 =…= Qn
第7章 矿井通风网络与风量自然分配
1 2 7 8 5
４ 6
3
Q12 Q34 Q56 Q78 0
第7章 矿井通风网络与风量自然分配
2 风压平衡定律 假设：一般地，回路中分支风流方向为顺时针时， 其阻力 取“＋”，逆时针时，其阻力取“－”。
（1）无动力源（Hn
和为零，即：
Hf ）
通风网路图的任一回路中，无动力源时，各分支阻力的代数
是进行各种通风计算的基础，因此是矿井通风管
理的一种重要图件。
第7章 矿井通风网络与风量自然分配
网络图两种类型：一种是与通风系统图形状基本一致的 网络图；另一种是曲线形状的网络图。但一般常用曲
线网络图。
绘制步骤： (1) (2) (3) 节点编号 绘制草图 图形整理 在通风系统图上给井巷的交汇点标上特 在图纸上画出节点符号，并用单线条 按照正确、美观的原则对网络图进行修 定的节点号。 （直线或弧线）连接有风流连通的节点。 改。
风流基本原理
压差计
P gLsin
补偿式微压计
压差传感器
铁芯B
差动变压器原理
KG9501型风流压力传感器 R0
平衡器
R1 压力传感器
R4
R2
Uc
R3
工作电源
E
原理：压力传感器是由四个应变电阻片固定在一个弯梁上组成的， 当弯梁受力时，这四个应变电阻片的阻值发生变化，从而反应弯梁 受力的大小
应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的 精度以及较好的线性特性
第二章 空气流动基本原理
本章主要内容框架
通风基 础理论
压力计算及测试 连续性方程 能量方程及应用 通风阻力及计算
网络特性及定律
本章的重点： 1.空气的物理参数 2.风流的能量、点压力及其关系 3.连续性方程、能量方程 4.能量方程应用--压力坡度图 5.通风阻力 6.通风基本原理及规律 7.自然通风、全面通风、置换通风 本章的难点： 点压力之间的关系 能量方程及其应用
不可压缩流体 可压缩流体
Q入 Q出
入Q入 出Q出
１
不可压缩流体 可压缩流体
Q1 Q2 Q3
θ1
1Q1 2Q2 3Q3 θ2
３
２
2.2可压缩流体的能量方程 能量方程表达了空气在流动过程中的压能、动能和位能的 变化规律，是能量守恒和转换定律在通风中的应用。 2.2.1单位质量流量的能量方程 在通风中，风流的能量由机械能和内能组成。 机械能：静压能、动压能和位能之和。 内能：风流内部所具有的分子内动能与分子位能之和。
解：假设风流方向12，列能量方程：
h R12
P1
P2
12
2
1
22
2
2 Z1
【2019年整理】第7章矿井通风网路中风流基本定律和风量自然分配
2. 总风压（阻力）等于各分支 风压（阻力）之和，即:
hs h1 h2 hn hi
i 1
n
第7章 矿井通风网络与风量自然分配
3. 总风阻等于各分支风阻之和，即：
Rs hs
n h h ... h 2 n Qs2 1 R1 R2 Rn Ri 2 Qs i 1
第7章 矿井通风网络与风量自然分配
第7章 矿井通风网络与风量自然分配
四、基本定律
1 风量平衡定律 是指在稳态通风条件下，单位时间流入某节点 的空气质量等于流出该节点的空气质量；或者说，
流入与流出某节点的各分支的质量流量的代数和等
于零。
第7章 矿井通风网络与风量自然分配
若不考虑风流密度的变化，则流入与流出某节点的各 分支的体积流量（风量）的代数和等于零，即：
第7章 矿井通风网络与风量自然分配
4. 回路（网孔）：由两条或两条以上分支 首尾相连形成的闭合线路称为回路。 5、 树：是指任意两节点间至少存在一条 通路但不含回路的一类特殊图。
第7章 矿井通风网络与风量自然分配
三、矿井通风网络图 通风网络图：用直观的几何图形来表示通风网络。 特点：１）通风网络图只反映风流方向及节点与 分支间的相互关系，节点位置与分支线的形状可 以任意改变。 ２）能清楚地反映风流的方向和分合关系，并且
（一）并联风路特性：
1. 总风量等于各分支的风量之和，即
n
M s M 1 M 2 M n M i
i 1
当各分支的空气密度相等时,
Qs Q1 Q2 Qn Qi
一般表达式为：
即：能量平衡定律是指在任一闭合回路中，
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代数和为零，即：
hRi 0
如图，对回路 ２－３－４-6中有：
5
6
hR6 hR3 hR4 hR2 0
2
4
3
第7章 矿井通风网络与风量自然分配
（2）有动力源
设风机风压Hf ，自然风压HN 。
如图，对回路 １－2－3－4-5-1中有：
H f H N hR1 hR2 hR3 hR4 hR5
第一节 概述 一、通风网络
矿井通风系统是由纵横交错的井巷构成的 一个复杂系统。用图论的方法对通风系统进行 抽象描述，把通风系统变成一个由线、点及其 属性组成的系统，称为通风网络。
第7章 矿井通风网络与风量自然分配
二 基本术语
节点：矿井风流流经各个巷道和工作面， 构成复杂的通风网络系统。通常将风道的交 汇点称为节点。
点的分支所组成的通风网络，称为并联风网。
如图所示并联风网由3条分支并联。
第7章 矿井通风网络与风量自然分配
（一）并联风路特性：
1. 总风量等于各分支的风量之和，即
Mi—单位时间流过的气体的质量。
当不考虑风流密度的变化，即各分支的空气密度相等时：
第7章 矿井通风网络与风量自然分配
2. 总风压等于各分支风压，即
H
R1 R2
R1+R2
2
1 R1
R2 2
1 Q
第7章 矿井通风网络与风量自然分配
例题：某个通风网络如图所示，已知各条 巷道的风阻R1=0.25, R2=0.34, R3=0.46 N s2/m8,巷道1的风量Q1=65m/s。求BC、BD风 路自然分配的风量及风路ABC、ABD的阻 力为多少？
C
R1,Q1
一般表达式为：
H f HN hRi
5
6
即：能量平衡定律是指“在任一闭合回路 2
4
中，各分支的通风阻力代数和等于该回路
3
中自然风压与通风机风压的代数和。”
第7章 矿井通风网络与风量自然分配
3 阻力定律
风流在任一分支或整个网路系统中流动均遵 循阻力定律
hi RiQi2 h RQ 2
hi——通风网络i分支的通风阻力； Ri——通风网络i分支的风阻； Qi——通风网络i分支的风量； h——通风网络的通风总阻力； R——通风网络的总风阻； Q——通风网络的总风量。
第7章 矿井通风网络与风量自然分配
第二节 串联、并联通风网路的基本性质
一、串联通风风路
由两条或两条以上分支彼此首尾相连，中间没有风流
R2,Q2
A
B
R3,Q3
D
第7章 矿井通风网络与风量自然分配
解：BC和BD风路为并联网路，自然分配的风量为
Q Q1
2
1 R2
R3
1
65 0.34
34.95 m3
s
0.46
Q3 Q1 Q2 65 34.95 30.05 m3 s 计算各巷道阻力
h1 R1Q12 0.25 652 1056.3, Pa h2 R2Q22 0.34 34.952 415.3, Pa h3 R3Q332 0.46 30.052 415.4, Pa 各条风路的阻力为
hABC h1 h2 1056.3 415.3 1471.6, Pa hABD h1 h3 1056.3 415.4 1471.7, Pa
第7章 矿井通风网络与风量自然分配
三、串联风路与并联风网的比较
在任何一个矿井通风网络中，都同时存在串联与并联风网。在矿井 的进、回风风路多为串联风路，而采区内部多为并联风网。 并联风网的优点： １、从提高工作地点的空气质量及安全性出发，采用并联风网具有明显的 优点。 ２、在同样的分支风阻条件下，分支并联时的总风阻小于串联时的总风阻。
第7章 矿井通风网络与风量自然分配
第7章 矿井通风网络中风流基本定律 和风量自然分配
Principles of Airflow
本章主要内容及重点和难点 1、风量分配基本定律----三大定律 2、网络图及网络特性 1)简单网络 2)角联及复杂网络 3、计算机解算复杂网络
第7章 矿井通风网络与风量自然分配
1
1 A12
1 A22
1 An2
第7章 矿井通风网络与风量自然分配
（二）串联风路等效阻力特性曲线的绘制
根据以上串联风路的特性，可以绘制串联风路等效阻力特性曲线。
方法：
１、首先在h—Q坐标图上分别作出串联风路1、2的阻力特性曲线R1、R2； ２、根据串联风路“风量相等，阻力叠加”的原则，作平行于h轴的若干条
• 前面工作面进行作业所产生的炮烟和粉尘 直接影响后面的工作面。发生火灾时，影响后 面巷道，且不易控制。
《金属非金属矿山安全规程》GBl6423—2006
6.4.2.6各采掘工作面之间，不应采用不符合6.4.1要求
的风流进行串联通风。
第7章 矿井通风网络与风量自然分配
二、并联通风风网
由两条或两条以上具有相同始节点和末节
４４
３
３
５
２
２
或写为： K R1R4 1
R2 R3
11
第7章 矿井通风网络与风量自然分配
２、当分支5中风向由2→3
节点②的压能高于节点③，则 hR2 ＞ hR1 即：
R2Q22 R1Q12
同理， hR3 ＞ hR4
即 R3Q32 R4Q42
R2 Q12 (Q3 Q5 )2
第7章 矿井通风网络与风量自然分配
3. 总风阻等于各分支风阻之和，即：
R0 h0
Q02
h1 h2 ... hn Q02
R1 R2
Rn
n i 1
Ri
4. 串联风路等积孔与各分支等积孔间的关系
R 将等积孔公式
1.42 带入上式，得出：
i
Ai2
A0
第7章 矿井通风网络与风量自然分配
三、矿井通风网络图 通风网络图：用直观的几何图形来表示通风网络。
特点： １）通风网络图只反映风流方向及节点与分支
间的相互关系，节点位置与分支线的形状可以任意 改变。
２）能清楚地反映风流的方向和分合关系，并 且是进行各种通风计算的基础，因此是矿井通风管 理的一种重要图件。
等风量线，在等风量线上将1、2分支阻力h1、h2叠加，得到串联风路的等 效阻力特性曲线上的点；
３、将所有等风量线上的点联成曲线R3，即为串联风路的等效阻力特性曲线。
３ R2 ２
２
R1 １ 1
H R1+R2
R2 R1
Q
➢ 总风阻大，等积孔小，通风有困难。 ➢ 串联通风网路中各条巷道的风量是不
能调节的。
分支巷道：两节点间的风道称为分支（巷 道）。
网孔：两条或两条以上的分支形成的闭合 回路称为回路或网孔。
第7章 矿井通风网络与风量自然分配
通风网路通常由众多的分支及回路所组 成，按各分支联结形式不同，可分为串联、 并联、简单角联和复杂联结等。
风流在网路中流动时遵循风量平衡定律、 风压平衡定律和阻力定律。
R1
Q22
Q22
３
４４ ５３
即 R4
Q32
Q32
R3
Q42
(Q5 Q2 )2
又∵
Q3
(Q2 Q5 )
Q3 Q5 Q2
２
２
11
∴
R4
Q32
(Q3 Q5 )2 R2
R3 (Q5 Q2 )2
Q22
R1
即：
R1
R2
R3
R4
风流
或写为： K R1R4 1 R2 R3
分汇点的线路称为串联风路。如图所示
第7章 矿井通风网络与风量自然分配
（一） 串联风路特性
1. 总风量等于各分支的风量，即 M0 = M1 = M2 =…= Mn
当各分支的空气密度相等时， Q0 = Q1 = Q2 =…= Qn
第7章 矿井通风网络与风量自然分配
2. 总风压（阻力）等于各分支 风压（阻力）之和，即:
４４ ３
３ ５
２
２
11
第7章 矿井通风网络与风量自然分配
３、分支5中的风向由3→2
同理可得：
R1
R2
改。
第7章 矿井通风网络与风量自然分配
四、基本定律
1 风量平衡定律
是指在稳态通风条件下，单位时间流入某节点 的空气质量等于流出该节点的空气质量；或者说， 流入与流出某节点的各分支的质量流量的代数和等 于零。
第7章 矿井通风网络与风量自然分配
若不考虑风流密度的变化，则流入与流出某节点 的各分支的体积流量（风量）的代数和等于零，即：
R0
R1 R2
Rn
A0 A1 A2 An
第7章 矿井通风网络与风量自然分配
5. 并联风网的风量分配 若已知并联风网的总风量，在不考虑其它通风动力及风流密度变 化时，可由下式计算出分支i的风量。 ∵ 即
∴
第7章 矿井通风网络与风量自然分配
特例：对于两条巷道并联风量自然分配
第7章 矿井通风网络与风量自然分配
R1 R2 Q2 Q1 方程两边加上1则有：
R1 R2＋1 Q2 Q1 ＋1
R1 R2＋1 Q0 Q1
Q1
Q0 R1 R2 1
Q2
Q0 R2 R1 1
第7章 矿井通风网络与风量自然分配
（二）并联风路等效阻力特性曲线的绘制
根据以上并联风路的特性，可以绘制并联风路等效阻力特性曲线。
４４ ３５３
２
２
１1