第3章车道通风阻力.docVIP

第三章 井巷通风阻力 （2学时）（第一、二节） 上次课内容回顾（5～10min） 1.1上次课所讲的主要内容 矿井通风能量方程，讲到空气流动连续性方程，单位质量流量能量方程，单位体积流量能量方程及通风能量（压力）坡度线。 1.2能解决的实际问题 （一）矿井通风阻力的计算。 （二）矿井能量压力坡度线的画法，从图形上直观地看出空气在流动过程中能量（压力）沿程变化规律。 （三）风流方向的判断。 2.本节课内容的引入（5min） 2.1本节课讨论的内容与上次课内容的关联。 2.2本节课主要谈论的内容。 井巷断面的风速分布，摩擦风阻及阻力。 2.3思考题 （1）摩擦阻力与摩擦风阻有何不同？ （2）试结合矿井实际情况如何降低矿井的摩擦阻力？ （3）矿井风量与摩擦阻力有何关系，从降低摩擦阻力的角度，应如何控制风量？ 3.内容讨论与课堂讲述（60～70min）。 第一节 井巷断面上的风速分布 风流流态 （一）管道流 1883年英国物理学家雷诺(0．Reyndds)通过实验发现，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，沿藏与管轴乎行的方向做层状运动，称为层流(或滞流)。粘性摩擦流动。 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)。附加剪切阻力的流动。 流体力学中定义： 由运动速度不同的层面剪切阻力所引起的粘性摩擦流动称为层流。 由涡流所生成的紊流交错而产生附加剪切阻力的流动，称为紊流。 雷诺曾用各种流体在不同直径的管路中进行了大量实验，发现流体的流动状态与平均流速v管道直径d和流体的运动粘性系数γ有关。可用一个无因次准数来判别流体的流动状态，这个无因次准数就叫雷诺数，用Re表示，即： 实验表明：层流（下临界雷诺数） 紊流（上临界雷诺数） 过渡区。 实际工程计算中，为简便起见，通常用Re=2320来判断管路流动的流态。 层流，紊流。 对于非圆形断面的井巷来说，Re数中的管道直径应该以井巷断面的当量直径来表示，当量直径用de表示。 则： s/u也称为水力半径。 则，非圆形断面井巷的雷诺数为： γ为空气的运动粘性系数，通常取15×10-6m2 例：某梯形巷道，采用工字钢支护，断面S=9m2，巷道中风量为Q=240m3/ 解： 故巷道中风流为紊流。 例：巷道条件同前，求相应于Re＝2300时的层流临界风速。 解： 《规程》规定，井巷中最低允许风速为0.15m/s，由此可见，矿井内所有通风井巷中的风流均呈紊流状态。 只有在采区冒落带，煤岩柱裂隙中的漏风风流才有可能出现层流状态，用孔隙介质流来判断。 （二）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。 Re=0.25层流，Re=0.25紊流。 0.25Re2.5:过渡流。 二、井巷断面上的风速分布 在矿井通风中，空气流速简称风速。 井巷中某点的瞬时速度vx是不断变化的，而在一足够长的时间段T内，流速vx总是围绕着一平均值vx上下波动，这种现象叫做脉动现象，平均值vx称为时均风速。 由于空气的粘性和井巷壁面摩擦的影响，井巷断面上风度分布是不均匀的。在贴近壁面处仍存在层流运动薄层，即层流边层。其厚度δ随Re增加而变薄。在层流边界以外。从巷壁向巷道轴心方向。风速逐渐增大，呈抛物线分布，如右图示。 设断面上任一点风速为vi，则平均风速为v 式中：S为断面积 为S断面上的风量Q 则：。 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 Kv值亦与井巷粗糙程度有关系，巷壁俞光滑。Kv值俞大，即断面上风速分布俞均匀。 据调查：砌碹巷道：Kv＝0.8～0.86，平均0.83； 木棚支护巷道：Kv＝0.68～0.82，平均0.73； 无支护巷道：Kv＝0.74～0.81，平均0.75； 实际中，由于受井巷断面形状和支护形式的影响，及局部阻力物的存在，最大风流不一定在井巷的轴线上。风速分布也不一定是有对称性。 第二节 摩擦风阻与阻力 摩擦阻力 定义：风流在井巷中做沿程流动时，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（也称沿程阻力）。 从流体力学可知，摩擦阻力的计算公式为： 式中：l――风道长度m; d――圆形风道直径，或非圆形风道的当量直径m； v――断面平均风速，m/s； ρ――空气密度，kg/s； λ――无因此系