《矿井通风与安全》课程教学资源（PPT课件）03 井巷通风阻力

第三章井巷通风阻力本章重点和难点1.井巷通风阻力分类以及产生的原因2.井巷通风阻力的规律与计算方法3.降低井通风阻力的主要措施

 本章重点和难点： 1.井巷通风阻力分类以及产生的原因 2.井巷通风阻力的规律与计算方法 3.降低井巷通风阻力的主要措施 第三章 井巷通风阻力

第一节井巷断面上风速分布风流流态1.管道流福当流速较低时，流体质点互不混杂，流体运动轨迹为规则的直线或平滑的曲线，且与管道的轴线方向基本平行。沿着与管轴平行的方向作层状运动，称为层流（或滞流）。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（或瑞流）。（1）雷诺数-ReRe=式中：平均流速v管道直径d流体的运动粘性系数LoV

一、风流流态 1、管道流 当流速较低时，流体质点互不混杂，流体运动轨迹为规则的直 线或平滑的曲线，且与管道的轴线方向基本平行。沿着与管 轴平行的方向作层状运动，称为层流(或滞流)。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)。 （１）雷诺数－Re 式中：平均流速v 管道直径d 流体的运动粘性系数 。 第一节 井巷断面上风速分布  Vd Re = 

B

在实际工程计算中，为简便起见，通常以R。=2300作为管道蔡流动流态的判定准数，即：R≤2300层流，R。>2300流）当量直径1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S的当量直径de来表示：de=4U因此，非圆形断面井巷的雷诺数可用下式表示：4VSU=CVSRe对于不同形状的井巷断面，其周长U写断面积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

（２）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： 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。 U S de = 4 U VS Re  4 = U = C S 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：Re≤2300层流，Re＞2300 紊 流

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：VKRe=lV式中：K一冒落带渗流系数m2：一滤流带粗糙度系数m。层流，R.≤0.25;紊流，R。>2.5；过渡流0.25<R<2.5

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，Re≤0.25；紊流，Re＞2.5； 过渡流 0.25<Re<2.5 l VK Re = 2、孔隙介质流

二、井巷断面上风速分布（1）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变化（2）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

（１）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变化 （２）时均速度 瞬时速度 vx 随时间τ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。 T vx vx t 二、井巷断面上风速分布

（3）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，！其厚度随即层流边层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81mayds=平均风速:LE式中：vds巷道通过风量Q。则：Q=V×S1

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δ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。 平均风速： 式中： 巷道通过风量Q。则：Q＝V ×S  = S vi S S v d 1 S vi dS δ v vmax vmax (３）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。 风量

风速分布系数风速分布系数：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K，表示：Kvmax巷壁愈光滑，K值愈大，即断面上风速分布愈均匀。砌巷道，K=0.8~0.86；木棚支护巷道，K=0.68~0.82；无支护巷道，K，=0.74~0.81

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=0.8～0.86；木棚支护巷道，Kv=0.68～0.82； 无支护巷道，Kv=0.74～0.81。 max v v Kv = 风 速 分 布 系 数

第二节摩擦风阻与阻力一、摩擦阻力风流在井巷中作均匀流动时，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）。注：均匀流动指的是风流速度大小和方向都不变，且各断面速度分布是一致的。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：2入－无因次系数，即摩擦阻力系数，通过实验求得。d一圆形风管直径，非圆形管用当量直径；

一、摩擦阻力 风流在井巷中作均匀流动时，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)。 注：均匀流动指的是风流速度大小和方向都不变，且各断面速 度分布是一致的。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 λ－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； 第二节 摩擦风阻与阻力 2 · 2 v d L hf =  

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

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λ值来反 映。 1．尼古拉兹实验