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浅谈扩散通风及其应用

内容提要：本文介绍了扩散通风的形成机理，论述了扩散通风的优点

和缺点，并对扩散通风的应用提出了建议。

关键词：扩散通风、机理、优点、缺点、应用

扩散通风是煤矿生产中较常用到的通风方法。如果扩散通风的理论不

建立在科学的基础之上，人们就很难正确认识扩散通风的优点和缺点，因

而也就不能正确理解《煤矿安全规程》等文件关于扩散通风应用范围的规

定，由此也可能导致严重的后果。为此，笔者在物理学中气体分子运动论

的基础上，对扩散通风的原理及应用提出一点看法。

一、扩散通风是大量气体分子无规则热运动的结果

物理学在大量实验的基础上，已经得出如下结论：(1)一般物质都是

由大量的、不连续的、彼此有一定距离的微小粒子——分子或原子组成。

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例如，在标准状态下，lcm的氧气有2.7×10个分子，每个分子分摊到的

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容积为3.7×1Ocm，而每个分子的体积为lOcm，比较氧分子的体积与

氧分子在标准状态下分摊到的空间大小就可知道，气体分子在空间的分布

是相当稀疏的。(2)分子永远不停地做无规则运动。这里所说的无规则运

动包含两方面含义：其一，分子运动的速度是不断变化的；其二，分子运

动的方向是不断变化的。分子在运动过程中的速度和方向变化是由于分子

在运动过程中频繁的碰撞造成的。因为气体分子的运动速度很大(平均

500m／s)，且构成气体的分子数目很多，所以气体分子的碰撞是相当频繁

的。平均来说，任一分子在运动过程中，大约经过10-10s就会与另外的分

子碰撞一次。物理学认为气体分子的碰撞是完全弹性碰撞，碰撞过程中没

有能量损失。所以，气体分子的运动是永不停息的。(3)大量分子的运动

服从统计规律，即每一分子的运动可以是这样，也可以是那样。但就大量

分子统计平均而言，沿空间各个方向运动的分子数目应该相等，分子速度

在各个方向分量的各种平均值也应该相等。根据以上物理学中的结论我们

不难作出下面的推论：气体分子的无规则热运动能使相连通的空间之间不

断发生气体交换，这就是通风学中所说的扩散通风。如图l所示，空间A

B

A

图1

与空间B相通，空间A中有空气沿箭头所示方向流动。联系前面物理学的结

论，我们可以把空问A中气体分子运动分为两种：一种是所有分子都具有

的沿箭头方向的运动，即空气的流动，这是外在动力作用的结果。另一种

是空气中分子的无规则热运动，这种运动与外在动力的作用无关。在B空

间中的空气，只存在一种形式的运动，即空气中分子的无规则热运动。A、

B两空间气体分子的无规则热运动能使A空间与B之间不断发生气体交换，

即在一定时间里A空间中的气体分子将有一部分因无规则热运动而进入B

空间。同时，B空间中的气体分子也有一部分因无规则热运动而进入A空间。

在同一时间里，从A空间进入B空间的气体分子与从B空间进入A空间的气体

分子在数量上是相等的。A空间与B空间因气体分子的无规则热运动而不断

发生气体交换。

物理学有一个实验也可用来说明扩散通风机理。如图2所示，有A、B

A

C

B

图2

两个容器，A中装有氢气，B中装有二氧化碳。将A臵于B的上方，若打开A、

B连接管路上的阀门C，经若干时间后，A、B两容器中的气体将均匀混合。

是什么因素导致A、B两容器之间的气体交换?只能是气体分子的无规则热

运动。如果将A、B两容器之一任意扩大。两容器之间的气体交换并不会因

此而停止，这时小容器与大容器之间因气体分子热运动而发生的气体交

换，就与局部空间采用扩散通风时与外界的气体交换没有什么区别。

扩散通风完全不同于一般意义上的通风