矿井空气流动的基本理论

第二章 矿井空气流动的基本理论
本章的重点： 1、空气的物理参数----T、P、Φ、μ、ρ； 2、风流的能量与点压力----静压，静压能；动压、动能；
位能；全压；抽出式和压入式相对静压、相对全压与动压 的关系 3、能量方程 连续性方程；单位质量能量方程、单位体积能量方程 4、能量方程在矿井中的应用----边界条件、压力坡度图 本章的难点： 点压力之间的关系 能量方程及其在矿井中的应用
运动粘度为：
温度是影响流体粘性主要因素，气体，随温度升高而增大，液体而降低
六、密度 单位体积空气所具有的质量称为空气的密度， 与P、t、湿度等有 关。湿空气密度为干空气密度和水蒸汽密度之和，即：
d.a v
根据气体状态方程，可推出空气密度计算公式：
0.003484

P T
(1
0.378Psat
第二节 风流的能量与压力
能量与压力是通风工程中两个重要的基本概念，压力可以理解为：单 位体积空气所具有的能够对外作功的机械能。
一、风流的能量与压力
1.静压能－静压 （1）静压能与静压的概念
空气的分子无时无刻不在作无秩序的热运动。这种由分子热运动产生 的分子动能的一部分转化的能够对外作功的机械能叫静压能，J／m3， 在矿井通风中，压力的概念与物理学中的压强相同，即单位面积上受 到的垂直作用力。静压Pa=N/m2也可称为是静压能，值相等 （２）静压特点
第二章 矿井空气流动的基本理论
主要研究内容：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。介绍空气的主要物理参数、性质，讨论空气在
流动过程中所具有的能量（压力）及其能量的变化。根据热力学第一定
律和能量守恒及转换定律，结合矿井风流流动的特点，推导了矿井空气
流动过程中的能量方程，介绍了能量方程在矿井通风中的应用。
三、湿度
表示空气中所含水蒸汽量的多少或潮湿程度。表示空气湿度的方法：绝 对湿度、相对温度和含湿量三种
１、绝对湿度 每立方米空气中所含水蒸汽的质量叫空气的绝对湿度。其单位与密
度单位相同（Kg/ m3），其值等于水蒸汽在其分压力与温度下的密 度。v=Mv/V
饱和空气：在一定的温度和压力下，单位体积空气所能容纳水蒸汽 量是有极限的，超过这一极限值，多余的水蒸汽就会凝结出来。这 种含有极限值水蒸汽的湿空气叫饱和空气，这时水蒸气分压力叫饱 和水蒸分压力，PS，其所含的水蒸汽量叫饱和湿度s 。 ２、相对湿度 单位体积空气中实际含有的水蒸汽量（V）与其同温度下的饱和水 蒸汽含量（S）之比称为空气的相对湿度
A、绝对压力：以真空为测算零点（比较基准）而测得的压力称之为 绝对压力，用 P 表示。 B、相对压力： 以当时当地同标高的大气压力为测算基准(零点)测 得的压力称之为相对压力，即通常所说的表压力，用 h 表示。
矿井常用压强单位：Pa Mpa mmHg mmH20 mmbar bar atm 等。 换算关系：1 atm = 760 mmHg = 1013.25 mmbar = 101325 Pa
(见P396) １mmbar = 100 Pa = 10.2 mmH20, １mmHg = 13.6mmH20 = 133.32 Pa
逐渐增大，当达到100％时，此时的温度称为露点。
上例 甲地、乙地的露点分别为多少？
３、含湿量
含有1kg干空气的湿空气中所含水蒸汽的质量（kg）称为 空气的含湿量。d= V／ d,
V= φPs/461T d=(P-φPs)/287T d=0.622 φPs/(P- φPs) 四、焓
焓是一个复合的状态参数，它是内能u和压力功PV之和，焓也称热焓。 i=id+d•iV=1.0045t+d(2501+1.85t) 实际应用焓-湿图（I-d)
五、粘性
流体抵抗剪切力的性质。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)以阻止相对运动，流 体具有的这一性质，称作流体的粘性。其大小主要取决于温度。
y V
根据牛顿内摩擦定律有：
F
S
dv dy
式中：μ－－比例系数，代表空气粘性，称为动力粘性或绝对粘度。
其国际单位：帕.秒，写作：Pa.S。
a.无论静止的空气还是流动的空气都具有静压力； b.风流中任一点的静压各向同值，且垂直于作用面； c.风流静压的大小（可以用仪表测量）反映了单位体积风流所具有 的能够对外作功的静压能的多少。如说风流的压力为101332Pa，则指 风流1m3具有101332J的静压能。
（３）压力的两种测算基准（表示方法） 根据压力的测算基准不同，压力可分为：绝对压力和相对压力。
P
)
kg/m3
式中：P为大气压，Ｐsat为饱和水蒸汽压，单位：Pa；
φ为相对湿度；Ｔ为空气绝对温度，T= t + 273 , K。
0.46457
P T
(1
0.378Psat
P
)
kg/m3
式中：P为大气压，Ｐsat为饱和水蒸汽压，单位：mmHg。 注意：Ｐ和Ｐsat 单位一致。 空气比容：=V/M=1/
解：查附表 当t为18 ℃， s ＝0.0154 Kg/m3, , 当t为 30 ℃， s ＝0.03037 Kg/m3,
∴ 甲地： φ＝ V／ S＝0.7 ＝70 % 乙地： φ＝ V／ S＝0.51＝51 % 乙地的绝对湿度大于甲地，但甲地的相对湿度大于乙地，故
乙地的空气吸湿能力强。
露点：将不饱和空气冷却时，随着温度逐渐下降，相对湿度
φ＝ V／ S 反映空气中所含水蒸汽量接近饱和的程度。
Φ愈小
空气愈干爆， φ＝０ 为干空气；
φ愈大
空气愈潮湿， φ＝１为饱和空气。
温度下降，其相对湿度增大，冷却到φ=1时的温度称为露点
例如：甲地：t = 18 ℃， V ＝0.0107 Kg/m3, 乙地：t = 30 ℃， V ＝0.0154 Kg/m3
第一节 空气的主要物理参数
一、温度 温度是描述物体冷热状态的物理量。矿井表示气候条件的主
要参数之一。热力学绝对温标的单位K，摄式温标
T=273.15+t
二、压力（压强） 空气的压力也称为空气的静压，用符号P表示。压强在
矿井通风中习惯称为压力。它是空气分子热运动对器壁碰撞的宏观表现。
P=2/3n(1/2mv2)