空气动力学与通风原理

体积浓度（%） SiO2 >10% 粉尘 SiO2 <10%
质量浓度mg/m3 ≤2 ≤10
§1-2空气的物理参量

定常空气动力学在分析气体问题时，将分子所 具有的体积和相互吸引力（为气动弹性力学范 畴） 因素忽略（影响很小），一般把多种气 体看作成是没有这两个因素的理想气体，其物 理参数较多，具体来讲，比容、压力和温度是 三个最基本的参量。
SO2：H2SO4 害眼气体 H2S：血液中毒致命 高碑店事故 CO：煤气中毒 NH3：眼、皮肤、呼吸道，有恶心感觉。
四、空气成分的安全标准
采用通风等方法，使各种气体危害降到国家 安全卫生标准，是通风除尘的主要任务之一，也 是衡量一个企业形象的标准。 我国 目前要求的标准是：《工业企业设计安 全卫生标准》，其中几种主要气体与粉尘的安 全标准如下：
三、温度——亦称气温
温度是气体状态的基本参数之一。气体分子 的运动是热运动。其运动动能大小，体现为气体 的冷热程度，用参量T表示温度（绝对）。 气温的表示方法有三种： 1、摄氏℃（Calviuc）温度t（℃）：取标准大气压下 纯水的冰点为零度（0℃） 2、绝对温度T（k）：前人研究发现，当Ps（绝对静压） 不变时，t每升1℃,气体的Vg增加1∕273.15 t每降1℃,气体的Vg减少1∕273.15 ∴从理论上来说，当t=－273.15°时，Vg=0，根据此 推论，得T=t＋273.15≈t＋273K
本专题作业：复习
1.空气的物理参量. 2.气体状态方程. 3.波义耳定律. 大学物理书中均有 4.查尔定律. 5.道尔顿定律.（Dalton） P=P1+P2+„„Pn 6.格莱汉姆定律（Graham） 空气的相对密度 某种气体向空气扩散的速率= 该气体的相对密度 某气体相对密度=该气体的分子量/标准气体的分子量 ⒎比湿d的简化：d=1000Mw/Ma→d=622Φ Psa/(P-Φ Psa Ra=287.04J/(Kg.K).Rw=461.393J/(Kg.k)， ⒏整理笔记，
3、华氏温度（英美常用，t′） t =5（t′－32）∕9 ℃ 吸气探头 测定 见后页 护罩探头
四、空气的湿度
1、空气湿度的意义： ①绝对湿度fa——单位容积或质量的湿空气中所含水 蒸气质量的绝对值（g/m3或g/kg） W水 W水 fa= 或= g/kg或g/m3（用的多） Wg Vg 一般：温度（t）升高，体积（Vg）增大， fa减小 ②饱和绝对温度fs（可查表求出）——单位容积或质 量的湿空气所含饱和水蒸气质量（或水蒸气最大质 量）的绝对值。可查表求出。 fs=W水max/Wg(或vg). g/m3或g/kg
空气动力学与通风原理
（总学时40小时）
一．课程的意义 1.空气是人体安全的需要： ①重庆案例（日 时期）：1800余人死亡， ②窒息事故是常见的事故之一：河南大平煤矿 148人；抚顺西煤矿15人， 2.利用：可生产中生产的粉尘：SiO2硅肺（如 等）。 3.利用：可生产中生产的有毒有害气体：如SO2、 H2S、NOX等。 4.利用：可生产中生产的高温 ：现在抚顺西露 天的逆温问题。
5.利用：可生产中生产的高温 6.航空的载体„„
Байду номын сангаас
二、主讲内容：
专题1.空气概述：成分、性质、能量变化规律等. 专题2.空气动力学基础：主要介绍气体运动 的描述方法 专题3.通风网络理论：实际上是图论的基础与通 风学的结合
三、参考书
1. 2. 3. 4.图书馆．空气动力学
专题一
空气概述
本章节主要是为了课程的完整性，以及新进 入安全专业的同学而设的。有些内容部分同学 实际上应该学过了（本科）。 §1-1空气的组成 一.大气圈：由于地心引力而随地球旋转的大气 层叫做大气圈。（图）
一、空气的比容和密度
1、空气的比容： V ν= （m3/Kg)（V是容积:m3表示质量） M 2、空气密度： M 1 ρ= = kg/m3 =1.2kg/m3 V ν 3、空气的重率：①质量为1kg的空气受 1m/s2 加速 度的作用而产生的重力G，单位为N（牛顿）. G=Mg , N . 1Kg.m/s2=1N
在空气中的爆炸界限 体积浓度 质量浓度 CH4 5.0~15.0% 33~100g/m3 CO 12.5~74.0% 145~870g/m3 H2S 4.3~45.5% 60~650g/m3 H2 4.0~75.6% 33~64g/m3 （5）有毒有害气体 按毒性大小可分为： NO2>SO2>H2S>CO>NH3 NO2：和呼吸道上的水化合成硝酸H2O+NO2 HNO3导致肺浮肿致命
4、全压：即为第一点静压和动压的叠加。 标为Pt: Pt=Ps+Hv 若静压采用相对静压，则叠加后的风流压力就 是相对全压，Ht Ht=Hs+Hv
5、皮托管：测定管道风压的主要工具
6、压力的测定： ①单位：1mmH2O=9.8Pa 1atm=101.3kPa=0.1013MPa ②仪器：水银气压计 侧大气压力，直接读数即可 空盒气压计 单管倾斜压差计（图） 补偿式微压计（较精密） 测压差 U形管压差计 图：
2.常见的有毒、有害气体 （1）有臭的气体（四种）：NH3（剧臭）、SO3 （强烈硫磺臭）、H2S（坏鸡蛋臭）、CO3（微酸臭） （2）有味气体（三种）：SO2（酸味）H2S（微甜） CO2（微酸） （3）水溶性气体：SO2>H2S>CO2>NO2>NH3> 其中SO2的水溶性相当于CO2的46.5倍，所以常用洗 涤塔捕获 （4）爆炸性气体：有四种
③相对温度φ －在同温同压下，空气的fa和fs之比 值．即： φ ＝１００ fa／fs，％． 是日常生活与生产中最常用的概念→knagcn,φ =? 2.空气温度的测算 ①7元～15元∕个 ①直接读数的温度计 ②电子表→加水后测 ③电子探头→贵
手摇温度计 ②查表法测定: 风扇(实例) 测出t干
t温 按下表计算φ
五、空气的内能和焓
1．空气的内能：是指气体内部分子热运动的动 能（叫内动能）和由分子间相互吸引所产生的位 能 （叫内位能）的总和
│kco│＜千卡＞（出制）=4.1868kJＭ（kg）的 气体内能用Ｕ表示．kJ→千焦 １KJ=1000J=10000N.m=1000W.S(瓦．秒) 质量为１kg的气体内能用u表示．单位：kJ∕kg. 即为： V u= ，KJ∕kg M
海拔 高度 /m 大气 压力 /kPa 0
100
200
300
500
1000 1500 2000
101.3 100.1 98.9
97.7
95.4
89.8
84.6
79.7
2、绝对压力和相对压力 ①绝对静压：是以真空状态（恒为正值，标记 为Ps ）绝对零压为比较基准的静压（Hs）即 Hs>0则称为正压 Hs =Ps－Po Hs<0则称为负压 3、动压 是因为空气运动而产生，它恒为正值，并具有方向性。 当风速为vg（m/s)单位体积空气的质量为ρ g(kg/m3) 则风流的动压为： Hv=½ρ gv2 . Pa
体积浓度 78.06% 20.90% 0.93% 0.033%
质量浓度 75.55% 23.10% 1.27% 0.05%
0.004%
②气体组分中还缺了一个组分，是什么？
答案：H2O 是非常重要的一个组分 在混合气体中水蒸汽的浓度随地区和季节而化。 其平均的体积浓度为1％左右（最大φ =10％）。 ③空气中还有别的组分没有？（固体混合物） 答案：粉尘、烟雾等（举例）。 通风要解决的问题就在于此。 ④还有没有？（气体的混入与空气的物理化学变 化）当然有：在通常的空气中,还有各种各样其 它气体混入各个地点，有不同的空气气体混入 例如：
②空气的重率r（又称重度或容重）： 是单位容积空气的重力
公式：r=G/V=Mg/V=M/V.g=ρ g.g (N/m3) r=11.76N/m3=1.3Kgf/m3
二、空气的压力
1、空气静压（静压强）：是气体分子间的压力或气 体分子对器皿所施加的压力。 大气压力是地面静止空气的静压力，它等于单位 面积上空气的重力。 不同海拔高度的大气压
气体分子的内动能取决于气体的绝对温度T动能越 大，T ;而内位能则决定于分子间的距离，即气体的 比容v ∴u 是T和 v的函数，即 u=f(T.v) 2.空气的焓 流动功 i = u +Ps.v . kJ∕kg 内能 气体的比容（m3/kg) (KJ∕Kg) 气体的绝对静压（kpa) 上式表明:
●所有这些有害、有毒气体均需要采用以通风为主的 方式去除。 应叫：洁净干空气 △小实验：
三、空气成分的基本性质
1.O2：是无色、无味、无臭、无害而有益的气体使 人呼吸所必需的物质 那么，O2的影响有哪些呢？多大浓度下会导致人死 亡？有没有规定的标准？
（1）O2对人体的影响： ＜15%：灯焰熄灭，人呼吸急促， O2的体积浓度 脉搏加快 ＜10%：可使体弱者休克、死亡 （2）呼吸系数： 人吸入空气中的O2，可供体内食物氧化，生成新细 胞，以维持生命，并 变成CO2而呼出 休息时：QO2＞0.25L／min 人的耗氧量 工作时：QO2＞1~3L／min ∴人的劳动强度可用呼吸系数表示：
由于人的耗氧量只占该地区全部物质总耗 氧量的一小部分，为了满足该地区全部物质的 耗氧量。一般可查相应的参数表，对于一般企 业（钢铁厂、烧 厂、矿山等重污染空间）可 取：人耗氧量占该地区总耗氧量的8.3%。 则得：D=100×0.333/8.3≈4 m3/min 应该注意，这是λ =1，若是其它空间λ ＜1， 则应根据上述方法，计算供风量，并进行通风管成 品设计。
分子量 32 16 44 28 46 64 34 17 2
O2 CH4 CO2 CO NO2 SO2 H2S NH3 H2
安全标准 体积浓度（%） 质量浓度(mg/m3) ≥20 ≥285714.3 ≤0.5 ≤3571.4 ≤0.5 ≤9821.4 ≤0.0024 ≤30 ≤0.00025 ≤5 ≤0.0005 ≤15 ≤0.00066 ≤10 ≤0.004 ≤30 ≤ 0.5 ≤44.64