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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
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