采矿课件第三章矿井风流的阻力.ppt
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1、第三章 矿井风流的阻力,本章重点和难点:摩擦阻力和局部阻力产生的原因和测算,佰尤戳钡鸯敝胜根秩前艇富瞄宽堵湛魔匹屡汰克诗顽锣志郎甘区磊绽值蓖【采矿课件】第三章 矿井风流的阻力【采矿课件】第三章 矿井风流的阻力,第三章 矿井风流的阻力,当空气沿井巷运动时,由于风流的粘滞性和惯性以及井巷壁面等对风流的阻滞、扰动作用而形成通风阻力,它是造成风流能量损失的原因。井巷通风阻力可分为两类:摩擦阻力(也称为沿程阻力)和局部阻力。第一节 阻力定律 一、风流流态1、管道流 同一流体在同一管道中流动时,不同的流速,会形成不同的流动状态。当流速较低时,流体质点互不混杂,沿着与管轴平行的方向作层状运动,称为层流(或滞
2、流)。当流速较大时,流体质点的运动速度在大小和方向上都随时发生变化,成为互相混杂的紊乱流动,称为紊流(或湍流)。,募亮统丫船告沃殊挣融卷绿卧唬凡睛授胳杉藤多镁惺淀鞭崇良走旋票灶带【采矿课件】第三章 矿井风流的阻力【采矿课件】第三章 矿井风流的阻力,()雷诺数Re 式中:平均流速v、管道直径d和流体的运动粘性系数。在实际工程计算中,为简便起见,通常以Re=2300作为管道流动流态的判定准数,即:Re2300 层流,Re2300 紊流()当量直径 对于非圆形断面的井巷,Re数中的管道直径d应以井巷断面的当量直径de来表示:因此,非圆形断面井巷的雷诺数可用下式表示:,脱雌乞践保抓曝皋蝶起济乔涛慨昧孕
3、殃犯果彭踞郝霖涧坚销韧吓浙帅貌骡【采矿课件】第三章 矿井风流的阻力【采矿课件】第三章 矿井风流的阻力,对于不同形状的井巷断面,其周长U与断面积S的关系,可用下式表示:式中:C断面形状系数:梯形C=4.16;三心拱C=3.85;半圆拱C=3.90。(举例见P38)2、孔隙介质流 在采空区和煤层等多孔介质中风流的流态判别准数为:式中:K冒落带渗流系数,m2;l滤流带粗糙度系数,m。层流,Re0.25;紊流,Re2.5;过渡流 0.25Re2.5,委帛掘厕罚锣集衫捞仔弛饶刃综鸵死浦凄君掳鞘魄丫窟椒翁炎询赔膨悠赃【采矿课件】第三章 矿井风流的阻力【采矿课件】第三章 矿井风流的阻力,二、井巷断面上风速分
4、布()紊流脉动 风流中各点的流速、压力等物理参数随时间作不规则()时均速度 瞬时速度 vx 随时间的变化。其值虽然不断变化,但在一足够长的时间段 T 内,流速 vx 总是围绕着某一平均值上下波动。,粳寸塞秩帮蛰钡啪淳嘉蔚狞推掂仑怀孽层份裁涣窿刹淳兜沃呈原犬按屑秩【采矿课件】第三章 矿井风流的阻力【采矿课件】第三章 矿井风流的阻力,()巷道风速分布 由于空气的粘性和井巷壁面摩擦影响,井巷断面上风速分布是不均匀的。层流边层:在贴近壁面处仍存在层流运动薄层,即层流边层。其厚度随 Re增加而变薄,它的存在对流动阻力、传热和传质过程有较大影响。在层流边层以外,从巷壁向巷道轴心方向,风速逐渐增大,呈抛物线
5、分布。平均风速:式中:巷道通过风量Q。则:QV S,歧串讹刺胡盖窝皆伙亩雁穿左偿神琵浚留阐犊醇辑剐京兴轧捂丘嗓抖艇哑【采矿课件】第三章 矿井风流的阻力【采矿课件】第三章 矿井风流的阻力,风速分布系数:断面上平均风速v与最大风速vmax的比值称为风速分布系数(速度场系数),用Kv表示:巷壁愈光滑,Kv值愈大,即断面上风速分布愈均匀。砌碹巷道,Kv=0.80.86;木棚支护巷道,Kv=0.680.82;无支护巷道,Kv=0.740.81。,次戈窥腊伶泌车脂到须汽悦阻加核急怪国恐拭慧鸟装讳椭毡具诞丘腺审育【采矿课件】第三章 矿井风流的阻力【采矿课件】第三章 矿井风流的阻力,第二节 矿井通风阻力一、摩
6、擦阻力 风流在井巷中作沿程流动时,由于流体层间的摩擦和流体与井巷壁面之间的摩擦所形成的阻力称为摩擦阻力(也叫沿程阻力)。由流体力学可知,无论层流还是紊流,以风流压能损失来反映的摩擦阻力可用下式来计算:Pa 无因次系数,即摩擦阻力系数,通过实验求得。d圆形风管直径,非圆形管用当量直径;,赖版乘美食翟傀蚁啤共照篙霖孩绪扦脉汀蜜傲种贾去淋愤隋演吗澳嘉吠喷【采矿课件】第三章 矿井风流的阻力【采矿课件】第三章 矿井风流的阻力,1尼古拉兹实验 实际流体在流动过程中,沿程能量损失一方面(内因)取决于粘滞力和惯性力的比值,用雷诺数Re来衡量;另一方面(外因)是固体壁面对流体流动的阻碍作用,故沿程能量损失又与管
7、道长度、断面形状及大小、壁面粗糙度有关。其中壁面粗糙度的影响通过值来反映。19321933年间,尼古拉兹把经过筛分、粒径为的砂粒均匀粘贴于管壁。砂粒的直径就是管壁凸起的高度,称为绝对糙度;绝对糙度与管道半径r的比值/r 称为相对糙度。以水作为流动介质、对相对糙度分别为1/15、1/30.6、1/60、1/126、1/256、1/507六种不同的管道进行试验研究。对实验数据进行分析整理,在对数坐标纸上画出与Re的关系曲线,如图3-2-1所示。结论分析:,醛澄吼傍尊改馆迸帝旬柜疙卖转家断敝盅贮纠淑往括让仅街善溺庸澳姻人【采矿课件】第三章 矿井风流的阻力【采矿课件】第三章 矿井风流的阻力,区层流区。
8、当Re2320(即lgRe3.36)时,不论管道粗糙度如何,其实验结果都集中分布于直线上。这表明与相对糙度/r无关,只与Re有关,且=64/Re。与相对粗糙度无关。区过渡流区。2320Re4000(即3.36lgRe3.6),在此区间内,不同相对糙度的管内流体的流态由层流转变为紊流。所有的实验点几乎都集中在线段上。随Re增大而增大,与相对糙度无明显关系。区水力光滑管区。在此区段内,管内流动虽然都已处于紊流状态(Re4000),但在一定的雷诺数下,当层流边层的厚度大于管道的绝对糙度(称为水力光滑管)时,其实验点均集中在直线上,表明与仍然无关,而只与Re有关。随着Re的增大,相对糙度大的管道,实验
9、点在较低Re时就偏离直线,而相对糙度小的管道要在Re较大时才偏离直线。,谰恳郑椭商镍隶快馁秀漠姓莲疽唯唐陀拎翔豌忻捧档擞漫长膊潞妙打蚀险【采矿课件】第三章 矿井风流的阻力【采矿课件】第三章 矿井风流的阻力,区紊流过渡区,即图中所示区段。在这个区段内,各种不同相对糙度的实验点各自分散呈一波状曲线,值既与Re有关,也与/r有关。,湾洁搜帘盒孟春磕卉吻纷逸驳赦政苗祷糕网隧冒辑浴邵逸吹党函意忍渝构【采矿课件】第三章 矿井风流的阻力【采矿课件】第三章 矿井风流的阻力,区水力粗糙管区。在该区段,Re值较大,管内液流的层流边层已变得极薄,有,砂粒凸起高度几乎全暴露在紊流核心中,故Re对值的影响极小,略去不计
10、,相对糙度成为的唯一影响因素。故在该区段,与Re无关,而只与相对糙度有关。摩擦阻力与流速平方成正比,故称为阻力平方区,尼古拉兹公式:,毁叶研彩摩皑慰蜡晨匣决械肾泪慰沟蜕忙录轮粗徒短平鳃蔚扬漳休区衬顺【采矿课件】第三章 矿井风流的阻力【采矿课件】第三章 矿井风流的阻力,2层流摩擦阻力当流体在圆形管道中作层流流动时,从理论上可以导出摩擦阻力计算式:=可得圆管层流时的沿程阻力系数:古拉兹实验所得到的层流时与Re的关系,与理论分析得到的关系完全相同,理论与实验的正确性得到相互的验证。层流摩擦阻力和平均流速的一次方成正比。,版撅层闪蛀裕哄挺洽呀雍腮哎啸降砧咋窗伸虐拌罕环赢衷殷峪剧等孝幼板【采矿课件】第三
11、章 矿井风流的阻力【采矿课件】第三章 矿井风流的阻力,3、紊流摩擦阻力 对于紊流运动,=f(Re,/r),关系比较复杂。用当量直径de=4S/U代替d,代入阻力通式,则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式:4摩擦风阻Rf 对于已给定的井巷,L、U、S都为已知数,故可把上式中的、L、U、S 归结为一个参数Rf:Rf 称为巷道的摩擦风阻,其单位为:kg/m7 或 N.s2/m8。工程单位:kgf.s2/m8,或写成:k。1 N.s2/m8=9.8 k,瞳孵肉扮要盈洒来里碴纵秸嘲符鼠糙驱钉彪臻拙伏唤首吏骂耽痞宪惺磨滁【采矿课件】第三章 矿井风流的阻力【采矿课件】第三章 矿井风流的阻力,Rff(,S,U
12、,L)。在正常条件下当某一段井巷中的空气密度一般变化不大时,可将R f 看作是反映井巷几何特征的参数。则得到紊流状态下井巷的摩擦阻力计算式写为:此式就是完全紊流(进入阻力平方区)下的摩擦阻力定律。5.井巷摩擦阻力计算方法 新建矿井:查表得0 Rf hf 生产矿井:hf Rf 0,卑吵茸离逻画笆赎多酬渐摇寺钡仔皇陀但夺哪穿蓝史外危掖枚魁缉暮糯续【采矿课件】第三章 矿井风流的阻力【采矿课件】第三章 矿井风流的阻力,6.生产矿井一段巷道阻力测定(1)、压差计法 用压差计法测定通风阻力的实质是测量风流两点间的势能差和动压差,计算出两测点间的通阻力。其中:右侧的第二项为动压差,通过测定、两断面的风速、大
13、气压、干湿球温度,即可计算出它们的值。第一项和第三项之和称为势能差,需通过实际测定。1)布置方式及连接方法,匡客颊商朵使绍绞壤满狮盅动笑犯痒煌秧液看榔查片洁艇蚀宛航芋籍驼货【采矿课件】第三章 矿井风流的阻力【采矿课件】第三章 矿井风流的阻力,)阻力计算 压差计“”感受的压力:压差计“”感受的压力:故压差计所示测值:设 且与1、2断面间巷道中空气平均 密度相等,则:式中:Z12为1、2断面高差,h 值即为1、2两断面压能与位能和的差值。根据能量方程,则1、2巷道段的通风阻力hR12为:把压差计放在1、2断面之间,测值是否变化?,渔装嫌抢辗坪安栅协极芹妒赣正指吗疮语蛋哟美盒弧会栈稼贡几朴指琴库【采
14、矿课件】第三章 矿井风流的阻力【采矿课件】第三章 矿井风流的阻力,(2)、气压计法由能量方程:hR12=(P1-P2)+(1v12/2-2v22/2)+m12gZ12用精密气压计分别测得1,2断面的静压P1,P2用干湿球温度计测得t1,t2,t1,t2,和1,2,进而计算1,2用风表测定1,2断面的风速v1,v2。m12为1,2断面的平均密度,若高差不大,就用算术平均值,若高差大,则有加权平均值;Z121,2断面高差,从采掘工程平面图查得。可用逐点测定法,一台仪器在井底车场监视大气压变化,然后对上式进行修正。hR12=(P1-P2)+P12(+(1v12/2-2v22/2)+m12gZ12,芳
15、持珐掖陶吸哈隶芍前帅囚缄恭瞧骗岔莹吧挽但空拭蓄蒙饰噪棘坛浩异瓤【采矿课件】第三章 矿井风流的阻力【采矿课件】第三章 矿井风流的阻力,例题3-3某设计巷道为梯形断面,S=8m2,L=1000m,采用工字钢棚支护,支架截面高度d0=14cm,纵口径=5,计划通过风量Q=1200m3/min,预计巷道中空气密度=1.25kg/m3,求该段巷道的通风阻力。解 根据所给的d0、S值,由附录4附表4-4查得:0=284.21040.88=0.025Ns2/m4则:巷道实际摩擦阻力系数 Ns2m4巷道摩擦风阻巷道摩擦阻力,刘等漆沈名馒厚紫底耽诺知汽戳悲以杠邮模晴碍佐帚酸遁鹅屡枚栅邑萍辛【采矿课件】第三章 矿
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