第2章矿井空气流动基本理论报告.ppt

第二章矿井空气流动的基本理论 上次课内容回顾 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）。 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。 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 思考题 1、一年中冬季还是夏季大气压力大？一天中那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表直接测量？ 4、测定风流点压力时，水柱计放置位置对测值有影响吗？ 5、为什么会在正压通风会出现相对静压为负值的区段？ 6、风机全压主要是来克服哪些能量的？ 7、为什么抽出式风机要加扩展器？ 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。 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。测量温度的标尺简称温标。矿井表示气候条件的主要参数之一。 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。 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℃。 二、压力（压强） 在矿井通风学中，习惯把压强称为压力。 大气压力：地球表面一层很厚的空气层对地面所形成的压力。其大小取决于大重力场中位置相对高度，空气相对温度、湿度（相对湿度）和气体成分等参数。 空气的压力也称为空气的静压，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。 计算公式为：P=2/3n(1/2mv2) 气体的静压力是单位体积内气体分子不规则热运动总动能的2/3转化为能对外做功的机械能的宏观表现，故压力的大小表示单位体积气体的压能的数量，这是气体所具有的普遍的物理性质，其大小可以用仪器来测量，空盒气压计、水银气压计、水柱计、精密气压计等可以用来测量压力。 在地球引力（重力）场中的大气层空气由于重力的影响，空气的密度与压力均随着离地表的高度而减小。大气层的存在和大气压力随高度而变化的规律是分子热运动和地球引力作用两者协调的结果，如果没有地球引力则空气分子将逸散到广大的宇宙空间而不变存在在大气层。 在物理学中，单位体积气体的分子数n，在重力场中随高度分布的规律用波兹曼公式表示： no---海平面（z=o）单位体积的分子数； μ---空气的摩尔质量，28.97Kg/kmol； T---空气温度，T=273.15+t，K； g---重力加速度，9.81m/s2； RO---通用气体常数（摩尔气体恒量），8314 J/(kmol·k)； 其大气压力随高度的变化规律与上式相似，如下式所示。其中Po---海平面（z=o）大气压力；标准大气压力取R为干空气的气体常数，R=R0/μ=287J/kg.K。 矿井常用压强单位：Pa Mpa mmHg mmH20 bar mmbar atm 等。 换算关系： 1atm =760mmHg=1013.25mmbar=101325Pa 1mmHg = 13.6mmH20 = 133.32 Pa 1mmbar = 100 Pa =10.19mmH20