矿井通风压力

在矿井通风中，空气流经复杂的通风网络时，其温度 和压力将会发生一系列的变化，这些变化都将引起空气密 度的变化，在不同的矿井这种变化的规律是不同的。在实 际应用中，应考虑什么情况下可以忽略密度的这种变化，
而在什么条件下又是不可忽略的。
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三、粘度
当流体层间发生相对运 动时，在流体内部两个流体 层的接触面上，便产生粘性 阻力（内摩擦力）以便阻止 相对运动，流体具有的这一 性质，称作流体的粘性。例 如，空气在管道内以速度u作 层流流动时，管壁附近的流 速较小，向管道轴线方向流 速逐渐增大，如同把管内的 空气分成若干薄层，图1-21所在矿井通风中还常用运动粘性系数，用符号 、 ν（m2/s）表示气体的粘度，这个系数和动力粘度μ有以 下关系：


式中 ρ——气体的密度，kg/m3。
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流体粘度随温度和压强而变化，由于分子结构及分子
运动机理的不同，液体和气体的变化规律是截然相反的。
液体粘度大小取决于分子间的距离和分子引力，当温度升
高或压强降低时液体膨胀，分子间距增加，分子引力减小，
粘度降低。反之，温度降低，压强升高时，液体粘度增大。
气体分子间距较大，内聚力较小，但分子运动较剧烈，粘 性主要源于流层之间分子的动量交换。当温度升高时，分 子运动加剧，所以粘性增大；而当压强升高时，气体的动 力粘度和运动粘度都减小。
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空气和水的粘度随温度的变化规律如图1-2-2所示。

比热的单位取决于热量单位和物量单位。表示物量的
单位不同，比热的单位也不同。通常采用的物量单位：质
量(kg)、标准容积(Nm3)和千摩尔(kmo1)。因此，相应的
就有质量比热、容积比热和摩尔比热之分。
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五、空气的压力
空气受到重力作用,而且空气能流动,因此空气内部向
各个方向都有压强（单位面积上的压力）,这个压强在矿 井通风中习惯称为压力，也称为静压，用符号P表示。它 是空气分子热运动对器壁碰撞的宏观表现。其大小取决于 在重力场中的位置(相对高度)、空气温度、湿度(相对湿度 )和气体成分等参数。
壁(或井壁或巷道壁)相碰撞，平均起来对任何方向的撞击
次数是相等的，故器壁各面上所受的压力也是相等的，即
各向同值。同理，由于是无规则的分子热运动，平均起来
使各个分子对器壁撞击力的合力垂直于器壁，因此空气的
压力是垂直于器壁的。
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根据上面的分析，空气的压力可用下式表示：
2 1 2 P n mv 3 2
之为正压通风，b图为抽出式通风，在抽出式通风时，除
风筒的风流入口断面的相对全压为零外，风筒内任一点i
的相对全压 hti恒为负值，故又称为负压通风。
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在风筒中，断面上的风速分布是不均匀的，一般中心风速大，随 距中心距离增大而减 小。因此，在断面上相对全压 hti 是变化的。 无论是压入式还是抽出式，其绝对全压均可用下式表示：

图1-2-1 空气粘 性
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在垂直流动方向上，设有厚度为dy（m），速度为u （m/s），速度增量为du（m/s）的分层，在流动方向上 的速度梯度为 ，由牛顿内摩擦定律：

du f s dy
式中： f——内摩擦力，N； s——流层之间的接触面积，m2 ——动力粘度（或称绝对粘度）， Pa· s，它随着气温和气压而变化。
压力，就其形成的特征来说，可分为静压、动压和全压( 风流中某一点的静压和动压之和称为全压)。根据压力的 两种计算基准，某点i的静压又分为绝对静压(Pi)和相对静 压（hi），同理，全压也可分绝对全压(pti)和相对全压 （hti ）。
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在图2-3-1的通风管道中，a图为压入式通风，在压入
式通风时，风筒中任一点i的相对全压hti恒为正值，所以称
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由此可见，风流中任一点的相对全压有正负之分，它
与通风方式有关。而对于风流中任一点的相对静压，其正
负不仅与通风方式有关，还与风流流经的管道断面变化有
关。在抽出式通风中其相对静压总是小于零(负值)；在压
入式通风中，一般情况下，其相对静压是大于零(正值)，
但在一些特殊的地点其相对静压可能出现小于零(负值)的 情况，如在通风机出口的扩散器中的相对静压一般应为负 值，对此在学习中应给予注意。
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根据分子运动论：一切物体都是由永不停止的作无规
则运动的分子所组成。随着温度的升高，分子的无规则运 动也因之加剧，因此把这种运动叫做分子的热运动。分子 因热运动而具有动能。理想气体的分子平均动能与其绝对
温度成正比。
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由于无数个空气分子与井壁碰撞，结果就形成了空气
作用于井壁的压力(静压或压强)。此压力与单位容积内空
式中 n——单位体积内的空气分子数；
1 2 mv ——分子平移运动的平均动能。 2
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上式阐述了气体压力的本质，是气体分子运动的基本
公式之一。由式可知，空气的压力是单位体积内空气分子
不规则热运动产生的总动能的三分之二转化为能对外做功
的机械能。空气的压力大，表明单位体积内空气分子数目
多，或者空气温度高，分子热运动的平均动能大。空气压
还受该点的动压 hvi的作用，即感
受i点的全压 ，因此称之为全压孔。
用胶皮管分别将皮托管的（十）、
（一）接头连至压差计上，即可测
定i点的点压力。
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如图2-3-3所示的连接，
测定的是i点的动压；如果将
皮托管（十）接头与压差计
断开，这时测定的是i点的相
对静压；如果将皮托管（一）
接头与压差计断开，这时测 定的是i点的相对全压。
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2、风流点压力的测定
测定风流点压力的常用仪器是压差计和皮托管。 压差计是度量压力差或相对压力的仪器。在矿井通风
中测定较大压差时，常用U型水柱计；测值较小或要求测 定精度较高时，则用各种倾斜压差计或补偿式微压计；现 在，一些先进的电子微压计正在进入通风测定中。
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皮托管是一种测压管，
Pti Pi hvi
（2-3-2）
式中
P ——风流中 i 点的绝对全压，Pa； ti Pi ——风流中 i 点的绝对静压，Pa； hvi ——风流中 i 点动压，Pa。
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由于 hv 0 ，故由（2-3-2）可得，风流中任一点（无论是压入式还是抽出式）的绝对全压 恒大于其绝对静压：
Pti P i
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2 s1 Pa m

在实际应用中，压力对流体的粘性影响很小，可以忽
略。在考虑流体的可压缩性时常采用动力粘度μ而不用运
动粘度。表1-2-1为几种有关流体的粘度。
流体名称 空气 氮气(N2) 氧气(O2) 甲烷(CH4) 水 动力粘度 / Pa s 1.808×10-5 1.76×10-5 2.04×10-5 1.08×10-5 1.005×10-3 运动粘度
的流动。在这个流动中涉及到了能量的转移和消耗，所以 认识这些问题的本质规律并准确的用数学语言表达出来， 是非常重要的。能量的改变是我们计算风量和通风压力等 通风工程中重要参数的基础。

在井巷中，任一断面上的能量（机械能）都由位能、
压能和动能三部分组成。假设从风流中任取一质量为m， 速度为u，相对高度为Z，大气压为P的控制体。现在用外 力对该控制体做多少功来衡量这三种机械能的大小。
力大小就表示单位体积空气所具有的机械能量的大小。空 气压力的大小可以用仪表测定。 压力的单位为Pa (帕斯卡，1 Pa＝1 N/m2)，压力较 大时可采用kPa (1 kPa＝103Pa)、MPa (1 MPa＝103 kPa＝106 Pa)。
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一、风流的能量与压力

矿井通风是典型的稳定流，风流沿着一维的巷道连续
第一节
一
空气的主要物理性质
空气的密度、比容 单位体积空气所具有的质量称为空气的密度，用符号 ρ表示。空气可以看作是均质气体，故：

式中
M V
M——空气的质量，kg V——空气的体积，m3 ； ρ——空气的密度，kg／m3； 一般地说，当空气的温度和压力改变时，其体积会发 生变化。所以空气的密度是随温度、压力而变化的，从而 可以得出空气的密度是空间点坐标和时间的函数。如在大 气压P0为101 325Pa、气温为0℃(273．15K)时，干空 气的密度ρ0为1．293kg／m3。 1
湿空气的密度是l m3空气中所含干空气质量和水蒸汽 质量之和：

d v

式中 ρd—1m3空气中干空气的质量，kg ； ρv—1m3空气中水蒸汽的质量，kg ；
由气体状态方程和道尔顿分压定律可以得出湿空气的 密度计算公式：
0.003484

P 0.378 Ps 1 273 t P
/ m2 s 1
1.501×10-5 1.41×10-5 1.43×10-5 1.52×10-5 1.007×10-6
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四、比热
为了计算热力过程的热交换量，必须知道单位数量气
体的热容量或比热。单位物量的气体，升高或降低绝对温 度1 K时所吸收或放出的热量称为比热。定义式为
c dQ / dT ，kJ/（kg∙K）
它是承受和传递压力的工
具。它由两个同心管（一
般为圆形）组成，其结构
如图2-3-2所示。尖端孔
口a与标着（十）号的接
头相通，侧壁小孔b与标
着（一）号的接头相通。
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测压时，将皮托管插入风筒,
将皮托管尖端孔口a在i点正对风流， 侧壁孔口b平行于风流方向，只感 受i点的绝对静压 pi，故称为静压
孔；端孔a除了感受 pi的作用外，
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1、位能（势能）