第二章空气流动压力与阻力
2第二章 矿井空气流动基本理论
第二章矿井空气流动基本理论（第一、二节 3学时）1.上次课内容回顾（5-10min）1-1.上次课所讲的主要内容。
矿井空气成分，矿井空气中主要成分的质量（浓度）标准、矿井中有毒、有害气体的基本性质和危害性及安全浓度标准。
矿井气候条件平衡量指标（干球温度、湿球温度、等效温度、同感温度、卡他度）。
1.2、能解决的实际问题。
（1）要保证作业人员健康，井下空气质量和数量的最低要求；（2）矿井空气中氧气（O2），二氧化碳（CO2）的浓度要求；（3）各种有害气体的危害性与最高允许浓度标准；（4）矿井气候条件衡量方法与指标，保证有一个舒适的作业环境。
2.本节课内容的引入（5min）2.1、本节课讨论的内容与上次课内容的关联。
2.2、本节课讨论的内容空气的主要物理参数，空气密度的测算，空气流动过程中的能量及其能量的变化，风流点压力及其相互关系。
2.3、思考题（1）一年中冬季还是夏季大气压力大？一天中哪个时间大气压力最小？（2）温度与压力相同时，干空气密度大还是湿空气密度大？（3）为什么位能不能用仪器进行直接测量？（4）测定风流点压力时，水柱计放置的位置对测值有影响吗？3.课堂讲述与讨论（100-110min）矿井空气流动的基本理论主要研究矿井空气沿井巷流动过程中宏观力学参数的变化规律以及能量的转换关系。
第一节空气主要物理参数与矿井通风密切相关的空气物理性质有：温度、压力(压强)、密度、比容、重度、粘性、湿度、焓等。
正确理解和掌握空气的主要物理性质是学习矿井通风的基础。
一、温度温度是描述物体冷热状态的物理量。
测量温度的标尺简称温标。
国际单位为：热力学温标，其单位为K (kelvin),用符号T来表示，热力学温标规定纯水三相态点温度（汽、液、固三相平衡态时的温度）为基本定点，定义为273.15K，每1K为三相点温度的1/273.15。
常用的摄氏温标为实用温标，用t表示，单位为摄氏度℃，摄氏温标的每1℃与热力学温标的每1K完全相同，它们之间的关系为：T=273.15+t温度是矿井表征气候条件的主要参数，《规程》规定：生产矿井采掘工作面的空气温度不得超过26℃，机电硐室的空气温度不得超过30℃。
第二章 空气动力学
2.1.3 流场、 定常流和非定常流
➢ 流场：流体流动所占据的空间称为流场。 ➢ 流场的选取可根据研究的需要进行确定。可大可小。
非定常流与定常流
➢ 非定常流与非定常流场：
在流场中的任何一点处，如果流体微团流过时的流动参 数——速度、压力、温度、密度等随时间变化，这种流动 就称为非定常流，这种流场被称为非定常流场。
的地方, 却流得比较快。 夏天乘凉时, 我们总喜欢坐在两座房屋之间的过道中, 因
为那里常有“ 穿堂风”。 在山区你可以看到山谷中的风经常比平原开阔的地方来得
大。
连续方程
质量守恒定律
➢ 质量守恒定律是自然界基本的定律之一, 它说明物质既不 会消失, 也不会凭空增加。
➢ 应用在流体的流动上: 在定常流动中，当流体低速、稳 定、连续不断地流动时, 流进任何一个截面的流体质量
➢ 只要相对气流速度相同 ， 产生的空气动力也就相等。
（非定常流动转换为定常流动）
风洞实验
➢ 将飞机的飞行转换为空气的流动 ，使空气动力问题的研 究大大简化。
➢ 风洞实验就是根据这个原理建立起来的。
风洞应用
相对气流方向的判定
➢ 相对气流的方向与飞机运动的方向相反 。
平飞时：
相对气流方向 飞行速度方向
➢ 对于不可压缩的、理想的流体( 没有粘性) 表示为：
p1v2
2
p0
常数
静压
动压
总压
➢ 静压：单位体积流体具有的压力能。在静止的空气中， 静压等于大气压力。 ➢ 动压：单位体积流体具有的功能。 ➢ 总压：静压和动压之和。
p1v2
2
p0
常数
➢ 上式即为：不可压缩的、理想的流体( 没有粘性) 的伯努利 方程。
化工原理 第二章 流体流动.
本章着重讨论流体流动过程的基本原理和流体 在管内的流动规律，并应用这些规律去分析和计 算流体的输送问题：
1. 流体静力学 3. 流体的流动现象 5. 管路计算
2. 流体在管内的流动 4. 流动阻力 6. 流量测量
要求 掌握连续性方程和能量方程 能进行管路的设计计算
概述 流体: 在剪应力作用下能产生连续变形的物体称
为流体。如气体和液体。
流体的特征：具有流动性。即
抗剪和抗张的能力很小； 无固定形状，随容器的形状而变化；
在外力作用下其内部发生相对运动。
流体的研究意义
流体的输送：根据生产要求，往往要将这些流体按照生产 程序从一个设备输送到另一个设备，从而完成流体输送的任
务：流速的选用、管径的确定、输送功率计算、输送设备选用
为理想气体)
解： 首先将摄氏度换算成开尔文：
100℃＝273+100=373K
求干空气的平均分子量： Mm ＝ M１y1 + M2y2 + … + Mnyn
Mm =32 × 0.21+28 ×0.78+39.9 × 0.01
=28.96
气体平均密度：
0
p p0
T0 T
0
T0 p0
p T
Mm R
解：应用混合液体密度公式，则有
1
m
a1
1
a2
2
0.6 0.4 1830 998
7.285 10 4
m 1370 kg / m3
例2 已知干空气的组成为：O221%、N278%和Ar1%(均为体积%)。 试求干空气在压力为9.81×104Pa、温度为100℃时的密度。(可作
大气中的空气动力学研究空气流动的力学原理
大气中的空气动力学研究空气流动的力学原理在自然界中，空气流动是一种普遍存在的现象。
了解空气流动的力学原理对于许多领域的研究和应用都至关重要，尤其是在大气科学、气象学、风洞实验等方面。
本文将从空气动力学的角度来探讨大气中空气流动的力学原理。
一、空气的物理属性空气是由气体分子组成的，具有质量、体积和惯性等物理属性。
在常温常压条件下，空气是可压缩的，其密度和压力随温度和海拔的变化而改变。
空气分子之间存在着相互作用力，如分子间的引力和排斥力，这些力对空气流动产生重要影响。
二、流体力学基本概念空气动力学研究中的基本概念包括流体、流速、压力、密度和粘性等。
流体是指可以流动的物质，包括液体和气体。
空气作为一种气体，在流动中遵循流体的基本原理。
流速表示单位时间内流体通过某一横截面的体积，通常用速度矢量来描述。
压力是指单位面积上作用的力，空气流动中压力的分布对于空气流动的方向和速度有重要影响。
密度是指单位体积内包含的质量，空气的密度随着温度和压力的变化而变化，影响了流体的惯性和流速。
粘性是指流体内部分子间摩擦产生的阻力，影响了流体的黏性和流动性。
空气的粘性对于空气流动的边界层和湍流产生有重要影响。
三、空气流动的力学原理空气流动的力学原理可由欧拉方程和纳维-斯托克斯方程来描述。
欧拉方程是描述理想流体运动的基本方程，忽略了流体的粘性。
纳维-斯托克斯方程是考虑了流体粘性的完整流体力学方程，适用于高粘性流体流动。
1. 理想流体的欧拉方程欧拉方程可以表示为：∇·u + (u·∇)u= −1/u∇u，其中u是流速矢量，u是压力，u是密度。
根据欧拉方程，流体的流速与压强梯度存在关系，即压强梯度越大，流速越快。
这一原理在气象学中解释了风的形成和变化。
2. 高粘性流体的纳维-斯托克斯方程纳维-斯托克斯方程考虑了流体的粘性效应，可以表示为：∇·u + (u·∇)u= −1/u∇u + u∇^2u，其中u是运动黏度。
飞行原理 2.3 阻力
分离点
●分离区的特点一 分离区的特点一 分离区内漩涡是一个个单独产生的， 分离区内漩涡是一个个单独产生的，它导致机翼 的振动。 的振动。
●分离区的特点二 分离区的特点二 分离区内压强几乎相等，并且等于分离点处的压强。 分离区内压强几乎相等，并且等于分离点处的压强。
P分离点 = P1 = P2 = P3 = P4
•诱导阻力 诱导阻力(Induced Drag) 诱导阻力
升力
粘性
2.3.1 低速附面层
① 附面层的形成
附面层， 附面层，是气流速度从物面处速度为零逐渐增加到 99%主流速度的很薄的空气流动层。 主流速度的很薄的空气流动层。 主流速度的很薄的空气流动层
速度 不受干扰的主流 附面层边界
物体表面
●附面层厚度较薄 附面层厚度较薄
升力 Lift
拉力
阻力
Pull
Drag
重力
Weight
●阻力的分类 阻力的分类
对于低速飞机，根据阻力的形成原因， 对于低速飞机，根据阻力的形成原因，可将阻力 分为： 分为： •摩擦阻力 摩擦阻力(Skin Friction Drag) 摩擦阻力 •压差阻力 压差阻力(Form Drag) 压差阻力 •干扰阻力 干扰阻力(Interference Drag) 干扰阻力 废阻力 (Parasite Drag)
●摩擦阻力在飞机总阻力构成中占的比例较大 摩擦阻力在飞机总阻力构成中占的比例较大 摩擦阻力占总阻力的比例 超音速战斗机 大型运输机 小型公务机 水下物体 船舶 25-30% 40% 50% 70% 90%
② 压差阻力
压差阻力是由处于流动空气中的物体的前后的压 力差，导致气流附面层分离，从而产生的阻力。 力差，导致气流附面层分离，从而产生的阻力。
第二章 气体流动
第二章气体流动硅酸盐工业窑炉绝大部分是以燃料燃烧提供热能。
高温的气态燃烧产物（载热体）放出热量用以熔融、煅烧物料或加热制品。
余热的回收利用和烟气的排出等，都离不开气体流动。
本章主要介绍窑炉系统内气体运动的基本规律。
气体流动的基本理论是研究窑炉内热量传递、质量传递、燃料燃烧过程的基础。
窑炉内压力、温度的分布，以及热交换条件等，都与窑内气体流动状况有着密切的关系。
因此，了解和掌握气体流动的基本规律，正确处理和解决气体的输送和排出、火焰组织以及传热条件等热工问题，对于窑炉的操作、设计和计算都是非常重要的。
第一节气体流动的基本原理气体流动遵循流体力学的原理，但是气体特别是热气体自身具有的特殊性，使其流动规律又有相应的特点。
因此，为了正确讨论和准确运用气体流动的基本原理，首先应该熟悉气体的属性。
一、气体的物理属性影响流动规律的气体属性主要是力学和热学性质。
（一）膨胀性与压缩性对于理想气体，其温度、压强和体积之间的关系服从理想气体状态方程：pV=nRT或P=ρ.R/M .TPv= R/M T式中：p-----气体的绝对压强，N/mz或Pa;V-----气体的体积，m3；n-----气体的摩尔数，kmol;R-----气体常数，8314J/(kmol.K)；T-----气体的热力学温度，K；P-----气体的密度，kg/m3；M-----气体的分子量，kg/kmol;v-----气体的比容，m3/kg。
窑炉系统的气体主要是空气和烟气，由于压强不太大，温度不太低，可以近似当作理想气体处理。
在等温条件下，T =常数，状态方程可以简化为：pv =常数或p/ρ=常数可知，随着气体压强的增加，气体体积缩小，密度增大，表现为气体的压缩性。
在大多数工业窑炉内，气体压强变化不大，不会引起体积和密度的显著变化，所以仍可视为不可压缩流体来处理。
但是，对于压强差较大，流速较高，温度和密度都有显著变化的气体流动，压缩性就不能忽略，如喷射器、高压烧嘴内的气体流动，密度不是常数，属于可压缩气体流动。
空气流动原理
空气流动原理空气流动原理是指空气在空间中流动的规律和机理。
空气流动是大气环流的基础，也是室内空气流通和通风换气的重要依据。
了解空气流动原理，有助于我们更好地设计空调系统、通风系统，提高室内空气质量，确保人们的健康和舒适。
首先，我们来了解一下空气流动的基本规律。
空气流动是由于气体分子间的碰撞和运动而产生的。
当气体分子受到外力作用时，就会发生流动。
空气流动的主要驱动力包括压力差、温度差和密度差。
在自然界中，地球的自转和太阳的辐射会导致大气产生温度差异，形成气流。
在室内，空调系统和通风系统的工作也会产生压力差，从而引起空气流动。
其次，空气流动还受到阻力和摩擦力的影响。
当空气流动时，会受到管道、设备和构筑物的阻碍，产生阻力。
此外，空气分子之间的摩擦力也会影响空气的流动。
因此，在设计空调系统和通风系统时，需要考虑如何减小阻力和摩擦力，提高空气流动的效率。
另外，空气流动还受到流体力学的影响。
流体力学是研究流体运动规律的科学，包括流体的压力、速度、密度等参数。
在空气流动过程中，需要考虑空气的压力变化、速度分布和湍流等因素，以便更好地理解空气流动的规律和特点。
最后，我们需要关注空气流动对室内空气质量的影响。
空气流动可以带走室内的污染物和异味，促进新鲜空气的进入，改善室内空气质量。
但是，如果空气流动不合理，可能会导致冷热不均、气流速度过大或过小等问题，影响人们的舒适感和健康。
因此，在设计室内空气流动系统时，需要综合考虑空气流动的速度、方向、温度和湿度等因素，以提供一个舒适、健康的室内环境。
综上所述，空气流动原理是一个复杂而重要的领域，涉及物理学、流体力学、热力学等多个学科的知识。
了解空气流动原理，有助于我们更好地设计空调系统、通风系统，改善室内空气质量，提高人们的生活质量。
希望本文能够帮助大家更好地理解空气流动原理，为室内空气流动系统的设计和运行提供参考。
空气流动基本原理
p1 p2
m
v12 2
v22 2
g (Z1
Z2)
Lt
设1m3空气流动过程中旳能量损失为hR（Pa），则由体积和质 量旳关系，其值为1kg空气流动过程中旳能量损失（LR）乘以按 流动过程状态考虑计算旳空气密度ρm ，即
hR=LRρm
将上式代入前面旳式子，可得
hR
p1
p2
v12 2
v22 2
2.掌握空气流动旳连续性方程和能量方程 3.掌握紊流状态下旳摩擦阻力、局部阻力旳计算 4.了解风流流态与风道断面旳风速分布 5.掌握通风网络中风流旳基本定律和简朴通风网路特征 6.掌握自然风压旳计算措施 7.了解风道通风压力分布 8.了解吸入口与吹出口气流运动规律 9.掌握均匀送风与置换通风方式旳原理
第一节 风流压力
风流压力：单位体积空气所具有旳能够对外做功旳机械能。 一、静压
1.概念 由分子热运动产生旳分子动能旳一部分转化旳能够对外做功 旳机械能叫静压能，用Ep表达（J/m3）。 当空气分子撞击到器壁上时就有了力旳效应，这种单位面积 上力旳效应称为静压力，简称静压，用p表达（N/m2，即Pa） 工业通风中，静压即单位面积上受到旳垂直作用力。
抛物线
vc
指数曲线
vc
（a）层流
（b）紊流
图2-3-1 风流流态与风道断面风速分布示意图
2.风道断面风速分布
层流流态旳风流，断面上旳流速分布为抛物线形，中心最大
速度v0为平均流速旳2倍（图2-3-1）。
紊流状态下，管道内流速旳分布取决于Re旳大小。距管中心
r处旳流速与管中心（r=0）最大流速v0旳比值服从于指数定律
2.特点 （1）不论静止旳空气还是流动旳空气都具有静压力。 （2）风流中任一点旳静压各向同值，且垂直作用面。 （3）风流静压旳大小（可用仪表测量）反应了单位体积风 流所具有旳能够对外做功旳静压能旳多少。 3.表达措施 （1）绝对静压：以真空为测算零点（比较基准）而测得旳 压力，用p表达。 （2）相对静压：以本地当初同标高旳大气压力为测算基准 （零点）而测得旳压力，即表压力，用h表达。