第2章矿内空气动力学基础
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空气动力学基础 空气动力学
小；
流管变粗，流体的流速将减小，流体的动压减小，静压将增 加。
飞机机翼气动升力的产生：
当气流流过机翼表面时，由于气流的方向和机翼所采用的翼 型，在机翼表面形成的流管就像图2 - 5 中所示的那样变细或 变粗，流体中的压力能和功能之间发生转变，在机翼表面形 成不同的压力分布，从而产生升力。
叫升力，用L 表示 在平行来流方向上的分量叫阻力，用
D 表示。
2.4.2 升力的产生
飞机的升力主要由机翼来产生。 迎角α
相对气流与机翼弦线之间的夹角 迎角“正负”
当气流以一定的正迎角流过具有一定翼型的机翼时
在机翼上表面流管变细，流线分布较密；在机翼下表面流管 变粗，流线分布较疏。
空气动力学与飞行原理
第2章 空气动力学
知识要求
熟练掌握流体流动的基本规律 熟练掌握机体几何外形参数的表示和概念 能够根据相关知识对飞机所受空气动力进行分析 掌握高速飞行理论
2.1 流体流动的基本概念
研究
作用在飞机上的空气动力
气流
空气的流动称为气流。 空气相对物体的流动，称为相对气流。
2.3 机体几何外形和参数
2. 3.1 机翼的几何外形和参数
机翼翼型 机翼平面形状 机翼相对机身的安装位置
1.机翼翼型
翼型
用平行机身对称面的平面切割机翼所得机翼的切面形状
翼型参数
弦线、弦长b 厚度、相对厚度
最大厚度、相对厚度、最大厚度位置 中弧线、弯度、相对弯度
（d）后掠翼； （e）（f）和（g）为三角
形和双三角形。
参数
机翼面积S 梢根比η 翼展展长L 展弦比λ 后掠角χ 平均空气动力弦长
流管变粗，流体的流速将减小，流体的动压减小，静压将增 加。
飞机机翼气动升力的产生：
当气流流过机翼表面时，由于气流的方向和机翼所采用的翼 型，在机翼表面形成的流管就像图2 - 5 中所示的那样变细或 变粗，流体中的压力能和功能之间发生转变，在机翼表面形 成不同的压力分布，从而产生升力。
叫升力，用L 表示 在平行来流方向上的分量叫阻力，用
D 表示。
2.4.2 升力的产生
飞机的升力主要由机翼来产生。 迎角α
相对气流与机翼弦线之间的夹角 迎角“正负”
当气流以一定的正迎角流过具有一定翼型的机翼时
在机翼上表面流管变细，流线分布较密；在机翼下表面流管 变粗，流线分布较疏。
空气动力学与飞行原理
第2章 空气动力学
知识要求
熟练掌握流体流动的基本规律 熟练掌握机体几何外形参数的表示和概念 能够根据相关知识对飞机所受空气动力进行分析 掌握高速飞行理论
2.1 流体流动的基本概念
研究
作用在飞机上的空气动力
气流
空气的流动称为气流。 空气相对物体的流动，称为相对气流。
2.3 机体几何外形和参数
2. 3.1 机翼的几何外形和参数
机翼翼型 机翼平面形状 机翼相对机身的安装位置
1.机翼翼型
翼型
用平行机身对称面的平面切割机翼所得机翼的切面形状
翼型参数
弦线、弦长b 厚度、相对厚度
最大厚度、相对厚度、最大厚度位置 中弧线、弯度、相对弯度
（d）后掠翼； （e）（f）和（g）为三角
形和双三角形。
参数
机翼面积S 梢根比η 翼展展长L 展弦比λ 后掠角χ 平均空气动力弦长
【2017年整理】燃烧学复习重点
第一章燃烧化学反应动力学基础1、什么叫燃烧？2、浓度和化学反应速度正确的表达方法？化学反应速度如何计量？3、什么是单相反应、多相反应、简单反应、复杂反应、总包反应？4、质量作用定律的适用范围？如何从微观的分子运动论的观点来理解质量作用定律？试用质量作用定律讨论物质浓度对反应速度的影响。
5、什么是反应级数？反应级数与反应物浓度（半衰期）之间的关系如何？6、常用的固体、液体和气体燃料的反应级数值的范围是多少？7、试用反应级数的概念，讨论燃尽时间与压力之间的关系。
8、惰性组分如何影响化学反应速率？9、Arrhenius定律的内容是什么？适用范围？如何从微观的分子运动论的观点来理解Arrhenius定律？10、什么是活化能？什么是活化分子？它们在燃烧过程中的作用？11、图解吸热反应和放热反应的活化能与反应放热（吸热）之间的关系。
12、什么叫链式反应？它是怎样分类的？链反应一般可以分为几个阶段？13、描述氢原子燃烧的链式反应过程。
14、试用活化中心繁殖速率和销毁速率的数学模型，结合编程技术，绘制氢原子浓度随时间变化的图线，解释氢燃烧的几种反应的情况。
并讨论：分支链反应为什么能极大地增加化学反应的速度？15、烃类燃烧的基本过程是什么，什么情况下会发生析碳反应？如何进行解释？什么样的烃类燃烧时更容易发生析碳反应？如何防止烃类燃烧析碳？16、图解催化剂对化学反应的作用。
17、什么叫化学平衡？平衡常数的计算方法？吕·查德里反抗规则的内容是什么？18、什么是燃料的低位发热量和高位发热量？19、试用本章的知识解释，从燃烧学的角度来看，涡轮增压装置对汽车发动机的作用是什么？20、过量空气系数（a）与当量比（b）的概念？21、燃烧过程中，有几种NOx的生成机理？第二章燃烧空气动力学基础——混合与传质1．为什么说混合与传质对燃烧过程很重要？2．什么是传质？传质的两种基本形式是什么？3．什么是“三传”？分子传输定律是怎样表述的？它们的表达式如何？（牛顿粘性定律、傅立叶导热定律、费克扩散定律）4．湍流中，决定“三传”的因素是什么？湍流中，动量交换过程和热量、质量交换的强烈程度如何？怎么用无量纲准则数的数值来说明这一点？5．试推导一个静止圆球在无限大空间之中，没有相对运动的情况下，和周围气体换热的Nu数，以及和周围气体进行传质的Nu zl数。
培训风电基础PPT课件
•20
第三章 风力发电机组
➢ 而直驱型风机则另辟蹊径，配合采用了多项先进 技术，桨叶的转矩可以不通过齿轮箱增速而直接 传递到发电机的传动轴，使风机发出的电能同样 能并网输出。这样的设计简化了装置的结构，减 少了故障几率，优点很多，现多用于大型机组上。
•21
第三章 风力发电机组
➢ 根据按桨叶接受风能的功率调节方式可分为： ➢ “定桨距（失速型）机组”――桨叶与轮毂的连接
•3
第一章 风能开发的意义
什么是风能？
➢ 风能就是空气的动能,是指风所负载的能量，风能的大小决 定于风速和空气的密度。
风能来源于何处？
➢ 风的能量是由太阳辐射能转化来的，太阳每小时辐射地球 的能量是174,423,000,000,000千瓦，换句话说，地球每 小时接受了1.74 x 10^17瓦的能量。风能大约占太阳提供 总能量的百分之一，二，太阳辐射能量中的一部分被地球 上的植物转换成生物能，而被转化的风能总量大约是生物 能的50～100倍。
•2
第一章 风能开发的意义
发展风力发电具有什么优势？ ➢ 风电技术日趋成熟，产品质量可靠，可用率已达95%以上，
已是一种安全可靠的能源，风力发电的经济性日益提高， 发电成本已接近煤电，低于油电与核电，若计及煤电的环 境保护与交通运输的间接投资，则风电经济性将优于煤电。 风力发电场建设工期短，单台机组安装仅需几周，从土建、 安装到投产，只需半年至一年时间，是煤电、核电无可比 拟的。投资规模灵活，有多少钱装多少机。对沿海岛屿， 交通不便的边远山区，地广人稀的草原牧场，以及远离电 网和近期内电网还难以达到的农村、边疆来说，可作为解 决生产和生活能源的一种有效途径．
• 在齿轮箱后部的高速轴上安装有刹车盘， 其连接方式是采用胀紧式联轴器；液压制 动器通过螺栓紧固在齿轮箱体上；
第三章 风力发电机组
➢ 而直驱型风机则另辟蹊径，配合采用了多项先进 技术，桨叶的转矩可以不通过齿轮箱增速而直接 传递到发电机的传动轴，使风机发出的电能同样 能并网输出。这样的设计简化了装置的结构，减 少了故障几率，优点很多，现多用于大型机组上。
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第三章 风力发电机组
➢ 根据按桨叶接受风能的功率调节方式可分为： ➢ “定桨距（失速型）机组”――桨叶与轮毂的连接
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第一章 风能开发的意义
什么是风能？
➢ 风能就是空气的动能,是指风所负载的能量，风能的大小决 定于风速和空气的密度。
风能来源于何处？
➢ 风的能量是由太阳辐射能转化来的，太阳每小时辐射地球 的能量是174,423,000,000,000千瓦，换句话说，地球每 小时接受了1.74 x 10^17瓦的能量。风能大约占太阳提供 总能量的百分之一，二，太阳辐射能量中的一部分被地球 上的植物转换成生物能，而被转化的风能总量大约是生物 能的50～100倍。
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第一章 风能开发的意义
发展风力发电具有什么优势？ ➢ 风电技术日趋成熟，产品质量可靠，可用率已达95%以上，
已是一种安全可靠的能源，风力发电的经济性日益提高， 发电成本已接近煤电，低于油电与核电，若计及煤电的环 境保护与交通运输的间接投资，则风电经济性将优于煤电。 风力发电场建设工期短，单台机组安装仅需几周，从土建、 安装到投产，只需半年至一年时间，是煤电、核电无可比 拟的。投资规模灵活，有多少钱装多少机。对沿海岛屿， 交通不便的边远山区，地广人稀的草原牧场，以及远离电 网和近期内电网还难以达到的农村、边疆来说，可作为解 决生产和生活能源的一种有效途径．
• 在齿轮箱后部的高速轴上安装有刹车盘， 其连接方式是采用胀紧式联轴器；液压制 动器通过螺栓紧固在齿轮箱体上；
矿井通风与安全(中国矿业大学 课件) 第二章 矿内空气动力学基础
矿井通风与安全（中国矿 业大学 课件）
通过探索矿井通风与安全，我们将深入了解其概述和意义，以及矿井通风系 统的组成和原理。我们还将研究矿井通风流动规律和风量计算，以及矿井瓦 斯和粉尘的扩散和控制方法。最后，我们将介绍矿井通风的安全管理。
矿井通风概述
介绍矿井通风的定义、目的以及与矿井安全相关的重要性。探讨矿井通风对于保障矿工健康和提高生产效率的 作用。
探讨矿井通风安全管理的重要性和基本原则。介绍矿井通风安全管理的策略和措施，以确保矿工在工作中的安 全。
矿井瓦斯与粉尘的扩散和控制
研究矿井瓦斯和粉尘的扩散规律以及相关的控制方法。探索如何有效地减少瓦斯和粉尘对矿工健康和安 全的影响。
1
瓦斯扩散特性
探索瓦斯在矿的粉尘控制技术，包括湿法和干法处理等。
3
瓦斯控制方法
讨论瓦斯抽放、防爆措施和气体监测等控制方法。
矿井通风安全管理
矿井通风系统的组成和原理
详细介绍矿井通风系统的各个组成部分，包括主风机、风道、风门等。解释 矿井通风系统的基本原理以及各部件的作用。
矿井通风流动规律
研究矿井通风流动的基本规律，包括气流路径、速度分布和压力变化等。探索不同条件下的气流行为和影响因 素。
矿井风速与风量的计算
介绍矿井风速和风量的计算方法。讨论如何根据矿井尺寸、风机性能和阻力 系数等参数，确定合理的风速和风量。
通过探索矿井通风与安全，我们将深入了解其概述和意义，以及矿井通风系 统的组成和原理。我们还将研究矿井通风流动规律和风量计算，以及矿井瓦 斯和粉尘的扩散和控制方法。最后，我们将介绍矿井通风的安全管理。
矿井通风概述
介绍矿井通风的定义、目的以及与矿井安全相关的重要性。探讨矿井通风对于保障矿工健康和提高生产效率的 作用。
探讨矿井通风安全管理的重要性和基本原则。介绍矿井通风安全管理的策略和措施，以确保矿工在工作中的安 全。
矿井瓦斯与粉尘的扩散和控制
研究矿井瓦斯和粉尘的扩散规律以及相关的控制方法。探索如何有效地减少瓦斯和粉尘对矿工健康和安 全的影响。
1
瓦斯扩散特性
探索瓦斯在矿的粉尘控制技术，包括湿法和干法处理等。
3
瓦斯控制方法
讨论瓦斯抽放、防爆措施和气体监测等控制方法。
矿井通风安全管理
矿井通风系统的组成和原理
详细介绍矿井通风系统的各个组成部分，包括主风机、风道、风门等。解释 矿井通风系统的基本原理以及各部件的作用。
矿井通风流动规律
研究矿井通风流动的基本规律，包括气流路径、速度分布和压力变化等。探索不同条件下的气流行为和影响因 素。
矿井风速与风量的计算
介绍矿井风速和风量的计算方法。讨论如何根据矿井尺寸、风机性能和阻力 系数等参数，确定合理的风速和风量。
矿井粉尘防治
• 矿尘的产生及计量方式
1） 产生 在煤矿生产过程中，几乎所有作业均可
产生矿尘，打眼，放炮，装煤（岩）， 运煤（岩），卸煤（岩）。
2） 计量方式
有两种方法：Байду номын сангаас
①．重量法：1m3空气中含有矿尘的毫 克数。毫克/m3
②．计数法：1m3空气中含有矿尘的粒 数。粒/m3
二．煤尘的燃烧、爆炸与防治
2）防止煤尘引燃：
① 防止瓦斯引燃 ② 防止煤尘堆积 ③ 撒布岩粉
3）隔爆措施：
① 分区通风 ② 设置岩粉棚，水槽棚或隔爆水袋
作用：防止灾害扩大。 原理：吸热，降温，消焰
三．尘肺病的预防
1． 减尘措施： ①．湿式打眼； ②．水封爆破和水炮泥； ③．预湿煤体（煤层注水）； ④．喷雾洒水（转载点）； ⑤．对巷道定期清扫或冲洗，消除煤尘堆积； ⑥．通风除尘（控制风速）； ⑦．物理化学除尘（降尘剂除尘，磁化水除
呼吸性煤尘：在评价作业场所粉量：游 离二氧化硅小于10%，空气动力学直径 小于7.07um.。
在评价作业人员接触粉尘时：游离二氧 化硅小于5%，空气动力学直径小于 7.07um。
呼吸性岩（矽）尘：
在评价作业场所粉尘状况时：游离二氧 化硅大于等于10%，空气动力学直径小 于7.07um的粉尘。
主要内容：
1． 矿尘基础知识 2． 煤尘燃烧爆炸及防治 3． 尘肺病的预防
一、矿尘基础知识
1． 概念： 矿尘是指飞扬在矿内空气中或已经沉落
的各种矿物微粒的总称。 长期悬浮于矿内空气中的矿尘为浮尘。 由于自重而沉落下来的矿尘为落尘。
• 矿尘分类及危害
1） 分类 ①． 煤尘及岩尘 A． 煤尘：一般含义为细微颗粒的煤炭粉尘。 在评价作业场所空气中呼吸性粉尘状况时，
风力发电基础第二章
43
◇变桨距的工作原理
变桨距机构是在额定风速附近（以上），依据风速变 化随时调节浆距角，控制吸收机械能，一方面保证获取 最大的能量（与额定功率对应），同时减少风力对风力 发电机的冲击。在并网过程中，变桨距控制还可以实现 快速无冲击并网。变桨距控制系统与变速恒频技术向配 合，以提高风力发电系统的发电效率和电能质量。
① 叶片
目前叶片多为玻璃纤维增强复合材料，基体材料为 聚酯树脂或环氧树脂。
② 轮毂
轮毂是风轮的枢纽，也是叶片根部与主轴的连接件。 所有从叶片传来的力，都通过轮毂传到传动系统，再传到 风力机驱动的对象。同时轮毂也是控制叶片桨距（使叶片 作俯抑转动)的所在。
30
– 东泰公司生产的风电叶片
1.5MW：40.3 m，6170 kg 2MW：45.3 m，8000 kg
37
• 偏航电机
38
• 偏航齿轮
39
• 工作原理、组成 – 偏航轴承 – 偏航驱动装置 – 偏航制动器 – 偏航计数器 – 扭缆保护装置
40
外齿驱动形式的偏航系统
内齿驱动形式的偏航系统
41
（４）叶尖扰流器和变桨距机构 在定桨距风力发电机组中，通过叶尖扰流器执行风 力发电机组的气动刹车；而在变桨距风力发电机组中，通 过控制变桨距机构，实现风力发电机组的转速控制、功率 控制，同时也控制机械刹车机构。
风力发电基础
第2章 风力发电基础理论
• 目录
– 2.1风的测量 – 2.2 风力发电机原理 – 2.3 风力机的基本参数与基本理论 – 2.4 风力发电机种类及特性
2
2.1 风的测量
风的测量包括风向测量和风速测量。风向测量是只 测量风的来向，风速测量是测量单位时间内空气在水平方
◇变桨距的工作原理
变桨距机构是在额定风速附近（以上），依据风速变 化随时调节浆距角，控制吸收机械能，一方面保证获取 最大的能量（与额定功率对应），同时减少风力对风力 发电机的冲击。在并网过程中，变桨距控制还可以实现 快速无冲击并网。变桨距控制系统与变速恒频技术向配 合，以提高风力发电系统的发电效率和电能质量。
① 叶片
目前叶片多为玻璃纤维增强复合材料，基体材料为 聚酯树脂或环氧树脂。
② 轮毂
轮毂是风轮的枢纽，也是叶片根部与主轴的连接件。 所有从叶片传来的力，都通过轮毂传到传动系统，再传到 风力机驱动的对象。同时轮毂也是控制叶片桨距（使叶片 作俯抑转动)的所在。
30
– 东泰公司生产的风电叶片
1.5MW：40.3 m，6170 kg 2MW：45.3 m，8000 kg
37
• 偏航电机
38
• 偏航齿轮
39
• 工作原理、组成 – 偏航轴承 – 偏航驱动装置 – 偏航制动器 – 偏航计数器 – 扭缆保护装置
40
外齿驱动形式的偏航系统
内齿驱动形式的偏航系统
41
（４）叶尖扰流器和变桨距机构 在定桨距风力发电机组中，通过叶尖扰流器执行风 力发电机组的气动刹车；而在变桨距风力发电机组中，通 过控制变桨距机构，实现风力发电机组的转速控制、功率 控制，同时也控制机械刹车机构。
风力发电基础
第2章 风力发电基础理论
• 目录
– 2.1风的测量 – 2.2 风力发电机原理 – 2.3 风力机的基本参数与基本理论 – 2.4 风力发电机种类及特性
2
2.1 风的测量
风的测量包括风向测量和风速测量。风向测量是只 测量风的来向，风速测量是测量单位时间内空气在水平方
空气阻力与空气动力学
汽车空气动力学 的重要性
汽车设计中的空气动 力学在减小空气阻力、 提高燃油效率、增加 稳定性等方面起着至 关重要的作用。空气 动力学的研究能够帮 助汽车制造商设计更 具竞争力的车辆，响
减小风阻
优化车身形状
减少空气涡 流
改善车辆稳定性
优化尾部设 计
空间飞行器的空气动力学设计
再入过程
加速度和热量
结构强度
空间飞行器材料 的选择和设计
气动外形设 计
再入大气层时对 气动外形的要求
气动加热
再入大气层过程 中受到的气动加
热影响
航空航天领域的空气动力学研 究方向
01 飞行器设计
优化结构和气动外形
02 飞行控制
提高操纵性和稳定性
03 再入技术
探索再入过程中的挑战和解决方案
降低尾部阻力
汽车空气动力学的优化方法
01 风洞试验
通过模拟风场，测试车辆风阻情况
02 计算流体力学
利用计算机模拟流体运动，优化车辆外形
03 空气动力学仿真
设计专用软件模拟车辆空气动力学性能
汽车空气动力学的未来发展
新材料应用
轻量化材料的使用可以减 少车辆空气阻力 碳纤维等材料将成为未来 发展趋势
升力和失速
升力
垂直方向力
空气动力学 原理
描述物体运动状 态
升力应用
飞行器设计
失速
丧失升力状态
空气动力学的数学模型
流体力学模 型
描述空气流动
数学描述
物体运动状态
模型应用
飞行器设计
控制理论模 型
控制飞行姿态
空气动力学的实际应用
01 飞行器设计
应用于航空工程
02 建筑结构设计
燃烧学习题答案
燃烧学习题答案祝！各位同学考试顺利，新年快乐！中国矿业⼤学《燃烧学》复习题参考答案2011 / 7/ 9第⼀章化学热⼒学与化学反应动⼒学基础1、我国⽬前能源与环境的现状怎样？电⼒市场的现状如何？如何看待燃烧科学的发展前景？我国⽬前的能源环境现状：⼀、能源丰富⽽⼈均消费量少我国能源虽然丰富，但分布很不均匀，煤炭资源60%以上在华北，⽔⼒资源70%以上在西南，⽽⼯业和⼈⼝集中的南⽅⼋省⼀市能源缺乏。
虽然在⽣产⽅⾯，⾃解放后，能源开发的增长速度也是⽐较快，但由于我国⼈⼝众多，且⼈⼝增长快，造成我国⼈均能源消费量⽔平低下，仅为每⼈每年0.9吨标准煤，⽽1 吨标准煤的能量⼤概可以把400吨⽔从常温加热⾄沸腾。
⼆、能源构成以煤为主，燃煤严重污染环境从⽬前状况看，煤炭仍然在我国⼀次能源构成中占70%以上，成为我国主要的能源，煤炭在我国城市的能源构成中所占的⽐例是相当⼤的。
以煤为主的能源构成以及62％的燃煤在陈旧的设备和炉灶中沿⽤落后的技术被直接燃烧使⽤，成为我国⼤⽓污染严重的主要根源。
据历年的资料估算，燃煤排放的主要⼤⽓污染物，如粉尘、⼆氧化硫、氮氧化物、⼀硫化碳等，对我国城市的⼤⽓污染的危害已⼗分突出：污染严重、尤其是降尘量⼤；污染冬天⽐夏天严重；我国南⽅烧的⾼硫煤产⽣了另⼀种污染——酸⾬；能源的利⽤率低增加了煤的消耗量。
三、农村能源供应短缺我国农村的能源消耗，主要包括两⽅⾯，即农民⽣活和农业⽣产的耗能。
我国农村⼈⼝多，能源需求量⼤，但农村所⽤电量仅占总发电量的14%左右。
⽽作为农村主要燃料的农作物桔杆，除去饲料和⼯业原料的消耗，剩下供农民作燃料的就不多了。
即使加上供应农民⽣活⽤的煤炭，以及砍伐薪柴，拣拾⼲畜粪等，也还不能满⾜对能源的需求。
电⼒市场现状：2008年10⽉份，中国电⼒⼯业出现4.65％的负增长，为⼗年来⾸次出现单⽉负增长。
11⽉，部分省市⽤电增幅同⽐下降超过30％。
在煤价⼤幅上涨和需求下滑的影响下，⽬前⽕电企业亏损⾯超过90％，预计全年⽕电全⾏业亏损将超过700亿元。
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• 此外，一定质量的液体具有一定的体积，并取容器的 形状，但不像气体那样能够充满全部空间。
第2章矿内空气动力学基础
•□
• 流体具有流动性，两层流体以一定速度作相对运动时， 在两层的交界面上就要产生内摩擦力，这种内摩擦力 阻碍各层的流动。流体中的内摩擦力又叫粘滞力，决 定它的因素很复杂，因此就造成了研究液体运动时的 很大困难，
风速，矿内气候参数的测定。
➢重点与难点 1、矿内空气主要成分及其性质 2、井下常见的有害气体、来源及最高允许浓度 3、矿井的气候条件（温度、湿度，风速）
第2章矿内空气动力学基础
第2章 矿内空气动力学基础
• 根据能量平衡及转换定律，结合矿井风流 的特点，分析矿井风流任一断面上的机械能和 风流沿井巷运动的能量变化规律及其应用，为 以后章节提供理论基础。
• 2、静压能（流动功） • 由分子热运动产生的分子动能的一部分转化过来的能
量，并且能够对外做功的机械能叫静压能，(Ep)。 • 如下图所示，有一两端开口的水平管道，断面积为A，
在其中放入体积为V，质量为m的单元流体, 使其从左 向右流动，即使不考虑磨擦阻力，由于管道中存在压 力P，单元体的运动就会有阻力，因此必须施加一个 力F克服这个阻力，单元体才会运动。 • 当该力使单元体移动一段距离s后，就做了功。
第2章矿内空气动力学基础
2.1 流体的概念
• 流体是一种受任何微小剪切力作用时都能连续变形的 物质。流体可分为液体和气体。
• 气体的分子分布比液体分子相距大约103倍。气体的 分子距很大，分子间的吸引力很小，总是充满它所能 够达到的全部空间。
• 液体的分子距较小，分子间的吸引力较大，液体的流 动性不如气体。
• 为简化问题，假定在流体运动中并无内摩擦力的存在。
• 一般来说，流体是可以压缩的，当压力改变时其体积 就要改变，因而密度也随之必变。这也增加了研究问 题时的复杂性，为此，又假定流体是不可压缩的。
• 既没有内摩擦又没有压缩性的流体，叫做理想流体。
• 真实流体都是有粘性的，在研究过程中，首先以理想 流体代替真实流体，以便清晰揭示流体主要运动特性； 然后，再根据需要考虑粘性的影响。因此，理想流体 是为便于解决实际问题对真实流体作的一种抽象。
第2章矿内空气动力学基础
第2章 矿内空气动力学基础
• 2.1 流体的概念
• 2.2 风流能量与能量方程
• 2.3 风流压力及压力坡度
第2章矿内空气动力学基础
学习目标、重点与难点
学习目标 • 1、流体的概念 • 2、风流能量与能量方程 • 3、风流压力及压力坡度
重点与难点 • 1、点压力之间的关系 • 2、能量方程及其在矿井中的应用
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）。
第2章矿内空气动力学基础
Байду номын сангаас
点压力：静压、全压、速压
•＋
•_
第2章矿内空气动力学基础
第2章矿内空气动力学基础
2.2.1 风流能量
• 3、动能
• 当空气流动时，除了位能和静压能外，还有空
气定向运动的动能，用
表示。如果我们
对一个质量为m的物体施加大小为F的外力，使
其从静止以加速度a做匀加速运动，在t时刻速
度达到u，外力对其做的功为：
• 这就是质量为 m 的物体所具有的动能
第2章矿内空气动力学基础
第2章矿内空气动力学基 础
2020/11/25
第2章矿内空气动力学基础
第2章 矿内空气动力学基础
第2章矿内空气动力学基础
上一章内容
• 第1章 矿内空气 • 1.1 矿内空气成分及其基本性质 • 1.2 矿内空气的主要物理参数 • 1.3 矿井气候
第2章矿内空气动力学基础
上一章内容
➢学习目标 1、矿内空气的主要成分 2、井下常见的有害气体 3、矿内空气的主要物理参数 4、矿井的气候条件，矿内空气的温度、湿度，
2.3 风流压力及压力坡度 • 2.3.1 压力的基本概念 • 2.3.2 风流点压力及其相互关系 • 2.3.3 压力坡度
第2章矿内空气动力学基础
•□
• 2.3.1 压力的基本概念 • 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。
第2章矿内空气动力学基础
2.2 风流能量与能量方程
• 2.2.1 风流能量 • 2.2.2 不可压缩流体的能量方程 • 2.2.3 可压缩风流能量方程 • 2.2.4 关于能量方程使用的几点说明
第2章矿内空气动力学基础
•□
2.2 风流能量与能量方程
• 2.2.1 风流能量 • 矿井通风是典型的稳定流，风流沿着一维的巷道连续
•
（见P26）
• (式中， 为空气的摩尔质量，28.97 kg/kmol；g为重力加速 度，m/s2；z为海拔高度，m，海平面以上为正，反之为负； R0为通用气体常数；T为空气的绝对温度，K；P0为海平面处 的大气压，Pa)。
第2章矿内空气动力学基础
• 2.3.2 风流点压力及其相互关系 • 1、风流点压力 • 风流的点压力是指在井巷和通风管道风流中某个点的
的流动。在这个流动中涉及到了能量的转移和消耗。 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。
• (1) 能量方程的意义是，表示1 kg(或1 m3)空气由1 断面流向2断面的过程中所消耗的能量(通风阻力)等 于流经1、2断面间空气总机械能(静压能、动压能和 位能)的变化量。
• (2) 风流流动必须是稳定流，即断面上的参数不随时
间的变化而变化；所研究的始、末断面要选在缓变流
场上。
第2章矿内空气动力学基础
第2章矿内空气动力学基础
2、静压能（流动功）
• 为平衡管道内的压力，施加的力为
• F=PA ， N
• 做的功为
，J
• 又AS是流体的体积V，所以
• 根据密度的定义
• =m/V 或者 V=m/
• 则对该单元体做的流动功为
• 或者
，（ J/kg）
（2-7）
• 当流体在管道中连续流动时，压力就必须对流体连续 做功, 此时的压力就称为压能，所做的功为流动功。 上式就是单位质量流体的静压能表达式。
• (3) 风流总是从总能量(机械能)大的地方流向总能量 小的地方。在判断风流方向时，应用始末两断面上的 总能量来进行，而不能只看其中的某一项。如不知风 流方向，列能量方程时，应先假设风流方向，如果计 算出的能量损失(通风阻力)为正，说明风流方向假设 正确；如果为负，则风流方向假设错误。
• (4) 正确选择基准面。 • (5) 在始、末断面间有压源时，压源的作用方向与风
• 现有空气在一巷道内流动，考虑到在任意两点 间的能量变化，如图所示。
• 内能的变化是非常小的，忽略不计，又因为外 加的机械能通常单独考虑，撇开这些因素，在 图中1点的总能量等于2点的总能量与1—2之 间损失的能量之和，如果用U1和U2分别表示 1点和2点的总能量，h1-2表示1点到2点的能 量损失，则有下式：
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2.2 风流能量与能量方程
•又
，
• 所以可以得出：
（2-2-1）
• 如果我们认为空气是不可压缩的，此时有：
• 所以（2-2-1）式变为：
（2-2-2）
•单位质 量
• 这里的 是 动能， Zg是位能， 是流动功（静压能）， h1-2是能量损失。如果在方程两边同乘以ρ，那么（2-2-2）式 变为：
• 在抽出式风道中（
）
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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
•
hvi——风流中i点动压，Pa。
• 由于hvi >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：
•
（2-3-3）
• 风流中任一点的相对全压为：
•
hti
（2-3-4）
• 式中 P0i——当时当地与风道中i点同标高的大气压，Pa。
• 在压入式风道中（
）
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2.2.1 风流能量
• 1、位能（势能）
• 物体在地球重力场中因受地球引力的作用，由于相对 位置不同而具有的一种能量叫重力位能，简称位能，
用Ep0表示。
• 当向上移动到高于基点 Z（m）时，做的功为
•
，J
• 这就给出了物体在Z高度上的位能。
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2.2.1 风流能量
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• 由于无数个空气分子作无规则的热运动，不断地与器 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。
• 根据上面的分析，空气的压力可用下式表示：
• 式中 n——单位体积内的空气分子数；
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•□
• 流体具有流动性，两层流体以一定速度作相对运动时， 在两层的交界面上就要产生内摩擦力，这种内摩擦力 阻碍各层的流动。流体中的内摩擦力又叫粘滞力，决 定它的因素很复杂，因此就造成了研究液体运动时的 很大困难，
风速，矿内气候参数的测定。
➢重点与难点 1、矿内空气主要成分及其性质 2、井下常见的有害气体、来源及最高允许浓度 3、矿井的气候条件（温度、湿度，风速）
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第2章 矿内空气动力学基础
• 根据能量平衡及转换定律，结合矿井风流 的特点，分析矿井风流任一断面上的机械能和 风流沿井巷运动的能量变化规律及其应用，为 以后章节提供理论基础。
• 2、静压能（流动功） • 由分子热运动产生的分子动能的一部分转化过来的能
量，并且能够对外做功的机械能叫静压能，(Ep)。 • 如下图所示，有一两端开口的水平管道，断面积为A，
在其中放入体积为V，质量为m的单元流体, 使其从左 向右流动，即使不考虑磨擦阻力，由于管道中存在压 力P，单元体的运动就会有阻力，因此必须施加一个 力F克服这个阻力，单元体才会运动。 • 当该力使单元体移动一段距离s后，就做了功。
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2.1 流体的概念
• 流体是一种受任何微小剪切力作用时都能连续变形的 物质。流体可分为液体和气体。
• 气体的分子分布比液体分子相距大约103倍。气体的 分子距很大，分子间的吸引力很小，总是充满它所能 够达到的全部空间。
• 液体的分子距较小，分子间的吸引力较大，液体的流 动性不如气体。
• 为简化问题，假定在流体运动中并无内摩擦力的存在。
• 一般来说，流体是可以压缩的，当压力改变时其体积 就要改变，因而密度也随之必变。这也增加了研究问 题时的复杂性，为此，又假定流体是不可压缩的。
• 既没有内摩擦又没有压缩性的流体，叫做理想流体。
• 真实流体都是有粘性的，在研究过程中，首先以理想 流体代替真实流体，以便清晰揭示流体主要运动特性； 然后，再根据需要考虑粘性的影响。因此，理想流体 是为便于解决实际问题对真实流体作的一种抽象。
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第2章 矿内空气动力学基础
• 2.1 流体的概念
• 2.2 风流能量与能量方程
• 2.3 风流压力及压力坡度
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学习目标、重点与难点
学习目标 • 1、流体的概念 • 2、风流能量与能量方程 • 3、风流压力及压力坡度
重点与难点 • 1、点压力之间的关系 • 2、能量方程及其在矿井中的应用
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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Байду номын сангаас
点压力：静压、全压、速压
•＋
•_
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2.2.1 风流能量
• 3、动能
• 当空气流动时，除了位能和静压能外，还有空
气定向运动的动能，用
表示。如果我们
对一个质量为m的物体施加大小为F的外力，使
其从静止以加速度a做匀加速运动，在t时刻速
度达到u，外力对其做的功为：
• 这就是质量为 m 的物体所具有的动能
第2章矿内空气动力学基础
第2章矿内空气动力学基 础
2020/11/25
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• 第1章 矿内空气 • 1.1 矿内空气成分及其基本性质 • 1.2 矿内空气的主要物理参数 • 1.3 矿井气候
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➢学习目标 1、矿内空气的主要成分 2、井下常见的有害气体 3、矿内空气的主要物理参数 4、矿井的气候条件，矿内空气的温度、湿度，
2.3 风流压力及压力坡度 • 2.3.1 压力的基本概念 • 2.3.2 风流点压力及其相互关系 • 2.3.3 压力坡度
第2章矿内空气动力学基础
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• 2.3.1 压力的基本概念 • 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。
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2.2 风流能量与能量方程
• 2.2.1 风流能量 • 2.2.2 不可压缩流体的能量方程 • 2.2.3 可压缩风流能量方程 • 2.2.4 关于能量方程使用的几点说明
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•□
2.2 风流能量与能量方程
• 2.2.1 风流能量 • 矿井通风是典型的稳定流，风流沿着一维的巷道连续
•
（见P26）
• (式中， 为空气的摩尔质量，28.97 kg/kmol；g为重力加速 度，m/s2；z为海拔高度，m，海平面以上为正，反之为负； R0为通用气体常数；T为空气的绝对温度，K；P0为海平面处 的大气压，Pa)。
第2章矿内空气动力学基础
• 2.3.2 风流点压力及其相互关系 • 1、风流点压力 • 风流的点压力是指在井巷和通风管道风流中某个点的
的流动。在这个流动中涉及到了能量的转移和消耗。 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。
• (1) 能量方程的意义是，表示1 kg(或1 m3)空气由1 断面流向2断面的过程中所消耗的能量(通风阻力)等 于流经1、2断面间空气总机械能(静压能、动压能和 位能)的变化量。
• (2) 风流流动必须是稳定流，即断面上的参数不随时
间的变化而变化；所研究的始、末断面要选在缓变流
场上。
第2章矿内空气动力学基础
第2章矿内空气动力学基础
2、静压能（流动功）
• 为平衡管道内的压力，施加的力为
• F=PA ， N
• 做的功为
，J
• 又AS是流体的体积V，所以
• 根据密度的定义
• =m/V 或者 V=m/
• 则对该单元体做的流动功为
• 或者
，（ J/kg）
（2-7）
• 当流体在管道中连续流动时，压力就必须对流体连续 做功, 此时的压力就称为压能，所做的功为流动功。 上式就是单位质量流体的静压能表达式。
• (3) 风流总是从总能量(机械能)大的地方流向总能量 小的地方。在判断风流方向时，应用始末两断面上的 总能量来进行，而不能只看其中的某一项。如不知风 流方向，列能量方程时，应先假设风流方向，如果计 算出的能量损失(通风阻力)为正，说明风流方向假设 正确；如果为负，则风流方向假设错误。
• (4) 正确选择基准面。 • (5) 在始、末断面间有压源时，压源的作用方向与风
• 现有空气在一巷道内流动，考虑到在任意两点 间的能量变化，如图所示。
• 内能的变化是非常小的，忽略不计，又因为外 加的机械能通常单独考虑，撇开这些因素，在 图中1点的总能量等于2点的总能量与1—2之 间损失的能量之和，如果用U1和U2分别表示 1点和2点的总能量，h1-2表示1点到2点的能 量损失，则有下式：
第2章矿内空气动力学基础
2.2 风流能量与能量方程
•又
，
• 所以可以得出：
（2-2-1）
• 如果我们认为空气是不可压缩的，此时有：
• 所以（2-2-1）式变为：
（2-2-2）
•单位质 量
• 这里的 是 动能， Zg是位能， 是流动功（静压能）， h1-2是能量损失。如果在方程两边同乘以ρ，那么（2-2-2）式 变为：
• 在抽出式风道中（
）
第2章矿内空气动力学基础
• 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
•
hvi——风流中i点动压，Pa。
• 由于hvi >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：
•
（2-3-3）
• 风流中任一点的相对全压为：
•
hti
（2-3-4）
• 式中 P0i——当时当地与风道中i点同标高的大气压，Pa。
• 在压入式风道中（
）
第2章矿内空气动力学基础
2.2.1 风流能量
• 1、位能（势能）
• 物体在地球重力场中因受地球引力的作用，由于相对 位置不同而具有的一种能量叫重力位能，简称位能，
用Ep0表示。
• 当向上移动到高于基点 Z（m）时，做的功为
•
，J
• 这就给出了物体在Z高度上的位能。
第2章矿内空气动力学基础
2.2.1 风流能量
第2章矿内空气动力学基础
• 由于无数个空气分子作无规则的热运动，不断地与器 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。
• 根据上面的分析，空气的压力可用下式表示：
• 式中 n——单位体积内的空气分子数；