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专题四：通风阻力 　　风流流动时，必须具有一定的能量(通风压力)，用以克服井巷及空气分子之间的摩擦对风流所产生的阻力。通风压力克服通风阻力，两者因次相同，数值相等，方向相反。知道通风阻力的大小就能确定所需通风压力的大小。在矿井通风中，存在着摩擦阻力和局部阻力，必须分析研究它们的特性、测定方法以及降低措施等，从而作为选择通风设备，进行通风管理与设计的依据。这在通风设计中尤其重要。 §4-1 风流的流态 流体产生的阻力与流体流动过程中的状态有关。流体流动时有两种状态；一种是流体呈层状流动，各层间流体互不混合，流体质点流动的轨迹为直线或有规则的平滑曲线，这一状态称为层流。在流速很小、管径很小、或粘性较大的流体流动时会发生层流。 　　另一种是流体流动时，各部分流体强烈地互相混合，流体质点的流动轨迹是极不规则的。除了有沿流体总方向的位移外，还有垂直于液流总方向的位移，流体内部存在着时而产生时而消灭的漩涡，这种状态称为紊流。研究层流与紊流的主要意义在于两种流态有着不同的阻力定律。 风流的流动状态 那么如何判断流动状态，并加以利用呢？ 气体的流动状态主要受： ｖ（速度），γ（粘性）及ｄ（管道尺寸）的影响 。 由此，出现了通风学中的一个较著名参数—雷诺数Re 风流的流动状态 　当Re≤2000时，流体呈层流流动； 　当Re＞2000时，液流开始向紊流流动过渡； 　当Re＞10000时，流体完全呈现为紊流。 　 矿井巷道很少为圆形，对于非圆形通风巷道，以4S/U(水力直径)代替上式中的d，即： 式中，U——巷道周界长度，m。 c—断面形状系数，梯形断面c=4.16；三心拱c=3.85；半圆拱c=3.90；圆断面，c=3.54。 §4―2 摩擦阻力 风流在井巷中作均匀流动时，沿程受到井巷固定壁面的限制，引起内外摩擦，因而产生阻力，这种阻力，叫做摩擦阻力。所谓均匀流动是指风流沿程的速度和方向都不变，而且各断面上的速度分布相同。流态不同的风流，摩擦阻力的产生情况和大小也不同。一般情况下，摩擦阻力要占能量方程中通风阻力的80～90％，它是矿井通风设计，选择扇风机的主要参数，也是生产中分析与改善矿井通风工作的主要对象。 摩擦阻力 　尼古拉兹在壁面分别胶结各种粗细砂粒的圆管中，实验得出了流态不同的水流λ系数同管壁的粗糙程度、雷诺数的关系。管壁的粗糙程度用管道的直径 d (m)和管壁平均突起的高度(即砂粒的平均直径) k (m)之比来表示。并用阀门不断改变管内水流速度，结果如图所示。 试验结果可分以下几种情况： 　1) 在lgRe≤3.3(Re≤2320)时，即当液体作层流流动，由左边斜线可以看出，所有试验点都分布于其上，λ随Re的增加而减小，且与管道的相对粗糙度无关，这时λ与Re的关系式为： 　　　　　　　　　λ＝64/Re 　2) 在3.31gRe5.0(2320＜Re≤100000)的范围内，流体由层流向紊流过渡，λ系数既和Re有关，也和管壁的粗糙度有关。 　λ与Re无关，只和管壁的粗糙度有关。管壁的粗糙度越大， λ系数就越大。其试验式为： 矿井巷道中的风流，其性质与上面完全一样，所不同的是矿井巷道的粗糙度较大，在较小的Re时，便开始由层流变为紊流；此外，由于大多数矿井巷道风流的Re均大于100000，故λ值仅决定于井巷壁的相对粗糙度，而与Re无关。在一定时期内，各井巷壁的相对粗糙度可认为不变，因之λ值即为常量。 摩擦阻力定律 摩擦阻力定律 摩擦阻力定律 摩擦阻力定律 §4―3 局部阻力 局部阻力 局部阻力定律 局部阻力定律 §4―4 通风阻力定律及其应用 通风阻力定律 通风阻力定律 二、通风阻力定律的应用 通风阻力定律的应用 通风阻力定律的应用 通风阻力定律的应用 通风阻力定律的应用 本专题结束！ * * 临界雷诺数：由紊流变为层流的雷诺数。 Re＝2000～2320（与管壁质量有关） ――⑴ 其中d为管道直径（m） γ为运动粘性系数 　例：某巷道的断面S＝2.5m2，周界U＝6.58m，风流的ν＝14.4×10－6m2/s，试计算出风流开始出现紊流时的平均风速？ 　解：当风流开始出现紊流时，则其Re＝2000，当完全紊流时， Re＝10000，因此： 　　由于煤矿中大部分巷道的断面均大于2.5m2，井下巷道中的最低风速均在0.25米/秒以上，所以说井巷中的风流大部为紊流，很少为层流。 前人实验得出圆管的沿程阻力公式（达西－魏斯巴赫(Darcy-Weisbach)公式 ）如下：