《矿井通风与安全》课程实验指导书（4学时）

矿井通风与安全(实验指导书河北联合大学矿业工程学院实验中心2014年7月

矿井通风与安全 （实验指导书） 河北联合大学矿业工程学院实验中心 2014 年 7 月

实验目录实验一通风管道点压测定（1学时）2实验二通风管道断面流场系数及风量测定（1学时）...4管道入系数测定（2学时）实验三d1

1 实验目录 实验一 通风管道点压测定（1 学时）.2 实验二 通风管道断面流场系数及风量测定（1 学时）.4 实验三 管道  系数测定（2 学时）.8

实验一通风管道点压测定一、实验目的及内容掌握风管中点压测定方法，验证不同通风方式（压入式通风与抽出式通风）下，全压、动压、静压间的关系（即h全=h动+h静）。要求有数据计算过程。二、实验方法及仪器1.实验方法（1）采用皮托管压差计法本实验如图1所示。每台实验设备同时容纳学生4-6人，分成两组，每组2-3人。每组使用抽出段（1、2、3、4)，压入段测点（5，6）各一个。647ShLL风流方向1M124C图1点压测定（2）每组仪器：YYT1台；皮托管2支；胶皮管4支。2.实验步骤（1）将皮托管传压头置于风管中心点处，管头迎着风流方向。（2）将仪器控制阀门置于校正”位置后，调平仪器底盘（将底盘上的水准泡调至指标圆环中央）。（3）根据测定压力值大小，选定仪器倾斜系数（选定时要有足够余量，以免酒精溢出。没有把握时，选最大系数，再由大向小调整，以增加精度。（4）旋动零位调节装置调节斜管中酒精液面，使之酒精孤面刚好与零刻度线相2

2 实验一 通风管道点压测定 一、实验目的及内容 掌握风管中点压测定方法，验证不同通风方式（压入式通风与抽出式通风）下， 全压、动压、静压间的关系（即 h 全 = h动 + h 静 ）。 要求有数据计算过程。 二、实验方法及仪器 1．实验方法 （1）采用皮托管压差计法 本实验如图 1 所示。每台实验设备同时容纳学生 4-6 人，分成两组，每组 2-3 人。 每组使用抽出段（1、2、3、4），压入段测点（5，6）各一个。 图 1 点压测定 （2）每组仪器：YYT 1 台；皮托管 2 支；胶皮管 4 支。 2．实验步骤 （1）将皮托管传压头置于风管中心点处，管头迎着风流方向。 （2）将仪器控制阀门置于“校正”位置后，调平仪器底盘（将底盘上的水淮泡调 至指标圆环中央）。 （3）根据测定压力值大小，选定仪器倾斜系数（选定时要有足够余量，以免酒 精溢出。没有把握时，选最大系数，再由大向小调整，以增加精度。 （4）旋动零位调节装置调节斜管中酒精液面，使之酒精孤面刚好与零刻度线相

切。（5）按所测压力用胶管连接仪器端口和皮托管相应端。（6）开动风机，读取相应压力值。（7）测完上述压力后，将仪器控制开关置于校正位置后，更换胶管接法，按上述方法测定其余压力。注意：测定压入式三个压力时，将出风口闸门关闭2/3。3.实验要点（1）为了增加测定的准确性，仪器内的酒精必须经常更换，否则，使用前必须对仪器进行校正。（2）实验者必须通晓仪器的原理及结构，具有判明仪器指示是否正常的能力。排出斜管中气泡时，要监视斜管液面，以免将酒精吹出。（3）连接仪器接口前必须正确判明压力大小，保证仪器“+"端，接高压力，“"端接低压力。（4）按实验报告内容逐项记录，仪器读数乘以仪器倾斜系数即所测压力值，水柱。（5）酒精内一般不宜添加颜色。（6）将实验结果代入下式，计算误差S，一般S的值不应超出土5%范围。ho-hp -h,=×100%S=ho式中ho——全压，帕；h,动压，帕；h,—静压，帕。4.实验图表压力全压动压静压测点测项仪器仪器仪器读数压力读数压力读数压力通风倾斜倾斜倾斜号码(帕)(帕)(帕)(毫米)(毫米)（毫米）系数方式系数系数抽出式压入式3

3 切。 （5）按所测压力用胶管连接仪器端口和皮托管相应端。 （6）开动风机，读取相应压力值。 （7）测完上述压力后，将仪器控制开关置于校正位置后，更换胶管接法，按上 述方法测定其余压力。 注意：测定压入式三个压力时，将出风口闸门关闭 2/3。 3．实验要点 （1）为了增加测定的准确性，仪器内的酒精必须经常更换，否则，使用前必须 对仪器进行校正。 （2）实验者必须通晓仪器的原理及结构，具有判明仪器指示是否正常的能力。 排出斜管中气泡时，要监视斜管液面，以免将酒精吹出。 （3）连接仪器接口前必须正确判明压力大小，保证仪器“+”端，接高压力，“-” 端接低压力。 （4）按实验报告内容逐项记录，仪器读数乘以仪器倾斜系数即所测压力值，水 柱。 （5）酒精内一般不宜添加颜色。 （6）将实验结果代入下式，计算误差 S，一般 S 的值不应超出  5%范围。 % h h h h Q Q D J S 100 − − = 式中 Q h ——全压，帕； D h ——动压，帕； J h ——静压，帕。 4．实验图表 压力 测项 通风 方式 全 压 动 压 静 压 测点 号码 仪器 倾斜 系数 读数 (毫米) 压力 （帕） 仪器 倾斜 系数 读数 (毫米) 压力 （帕） 仪器 倾斜 系数 读数 (毫米） 压力 （帕） 抽出式 压入式

实验二通风管道某断面流场系数及风量的测定一、实验目的及内容1.掌握管道中风量测定基本方法：2.测定圆形风管断面的流场系数。要求有数据计算过程。二、实验方法及仪器1：实验方法：采用等面积圆环法测定流场系数。要求每组测定风管入风段测点1个。每台设备6人，分两组。第一组测1点，第二组测3点。使用仪器同实验一。2.实验步骤（1）仪器调平、调零，选择倾斜系数。（2）按动压测定连接皮托管与仪器端口（注意：仪器“+”口接全压；“一”口接静压）。（3）测点布置见图2。（4）将出口闸门关闭2/3。Pt+4图2等面圆环法测点位置+2i-1测点位置计算式为:R，=R，V2n式中R，一一第i个测点圆环半径，毫米；R——风管半径93，毫米；i—从风管中心算起圆环序号；4

4 实验二 通风管道某断面流场系数及风量的测定 一、实验目的及内容 1．掌握管道中风量测定基本方法； 2．测定圆形风管断面的流场系数。 要求有数据计算过程。 二、实验方法及仪器 1．实验方法：采用等面积圆环法测定流场系数。要求每组测定风管入风段测点 1 个。每台设备 6 人，分两组。第一组测 1 点，第二组测 3 点。使用仪器同实验一。 2．实验步骤 （1）仪器调平、调零，选择倾斜系数。 （2）按动压测定连接皮托管与仪器端口（注意：仪器“+”口接全压；“—”口 接静压）。 （3）测点布置见图 2。 （4）将出口闸门关闭 2/3。 测点位置计算式为: n i i 2 2 -1 R = R 式中 R i ——第 i 个测点圆环半径，毫米； R——风管半径 93，毫米； i——从风管中心算起圆环序号；

一等面积圆环数（n=3）。n（5）进行各测点动压测定。各测点位置每次用尺量好（Li）。如图3所示。此实验只要求测定与风管轴向相垂直的一组测点。为了计算流场系数，中心点风速也应测出。（6）测定大气压，温度数值。以便计算空气密度。三、实验要点1.测点位置尺寸的量取要准确（用钢板尺量取）。各点尺寸见表1。2.测定中必须使皮托管水平段与风管轴向平行。3.计算平均风速不应包括中心点风速。4.测定中，风流波动造成读值波动，属正常现象，读取平均值即可。四、计算公式1．某测点风速，米/秒2hdiVi:式中Vi一某测点风速，米/秒；p——空气密度，Kg/米3；ha——测点动压，帕。2.空气密度p：P=0.00346P7式中p——实验条件下空气密度，Kg/米3；P一实验条件下大气压力，帕；T一—实验条件下空气绝对温度，开。3.平均风速VpVEn式中V——断面平均风速，米/秒；5

5 n——等面积圆环数（n=3）。 （5）进行各测点动压测定。各测点位置每次用尺量好（Li）。如图 3 所示。此实 验只要求测定与风管轴向相垂直的一组测点。为了计算流场系数，中心点风速也应测 出。 （6）测定大气压，温度数值。以便计算空气密度。 三、实验要点 1．测点位置尺寸的量取要准确(用钢板尺量取）。各点尺寸见表 1。 2．测定中必须使皮托管水平段与风管轴向平行。 3．计算平均风速不应包括中心点风速。 4．测定中，风流波动造成读值波动，属正常现象，读取平均值即可。 四、计算公式 1．某测点风速，米/秒  2hdi Vi = 式中 Vi——某测点风速，米/秒；  ——空气密度，Kg/米 3； di h ——测点动压，帕。 2．空气密度  ： T p  = 0.00346 式中  ——实验条件下空气密度，Kg/米 3； P——实验条件下大气压力，帕； T——实验条件下空气绝对温度，开。 3．平均风速 Vp n V V i i p = = 6 1 式中 Vp ——断面平均风速，米/秒；

V一—第i点测定风速，米/秒；n——测点总数，（n=6)4.流场系数计算式为：IKi =Vz式中　K,一流场系数；一断面中心点风速，米/秒；V,断面平均风速，米/秒。V.5.风量计算式米3/秒Q=Vp.S式中V.-一断面平均风速，米/秒。S——风筒断面积（0.027米2）五、实验图表表1测点位置尺寸（Li)12356测点号中心点4测点圆环半径3885660386685(mm)测点位置尺寸514 5087124160169(mm)测点尺寸：从皮托管压盖顶面到皮托管标记点。表2流场系数测定记录测点123456中心点项目仪器倾斜系数动压读数（毫米）动压值（帕）风速（米/秒）6

6 Vi——第 i 点测定风速，米/秒； n ——测点总数，（n=6） 4．流场系数计算式为： Z P L V V K = 式中 KL ——流场系数； Vz ——断面中心点风速，米/秒； Vp ——断面平均风速，米/秒。 5．风量计算式 Q =VP  S 米 3 /秒 式中 Vp ——断面平均风速，米/秒。 S——风筒断面积（0.027 米 2） 五、实验图表 表 1 测点位置尺寸（Li） 测点号 1 2 3 中心点 4 5 6 测点圆环半径 （mm） 85 66 38 0 38 66 85 测点位置尺寸 （mm） 5 14 50 87 124 160 169 测点尺寸：从皮托管压盖顶面到皮托管标记点。 表 2 流场系数测定记录 测点 项目 1 2 3 4 5 6 中心点 仪器倾斜系数 动压读数（毫米） 动压值（帕） 风速（米/秒）

大气压P=温度T-=毫米泵柱，开，仪器倾斜系数K，=标记品人R+[20TT风流方向图3测点位置的量度方法tgst44+米秒0102030+风速图4流场风速分布图米/秒；平均风速V，米/秒；中心点风速V，米/S。流场系数K,；风量Q=单位m200.180 f160 140 ↓120 100 f80 +60 +40 |+20 40302010单位m/s7

7 大气压 P= 毫米泵柱， 温度 T= 开，仪器倾斜系数 K p = 平均风速 Vp 米/秒；中心点风速 Vz 米/秒； 流场系数 KL ； 风量 /S 米3 Q = 。 单位 单位

实验三通风管道入系数测定一、实验目的及内容通风管道入系数测定，要求学生完成一种粗糙度下，雷诺数，几系数间的定量测定。该实验验证紊流状态下，阻力系数不变。要求有数据计算过程。二、实验方法及仪器1.实验方法该实验布置见图5，本实验要求做出1条R。-元曲线（logRe—log100%），测定摩擦阻力，计算对应的入系数（整流格阻力忽略不计），调节出口闸门开度，调节风量，改变R。值。该实验每台设备一组学生，用1，3测点。2.每组仪器YYT斜管压力计，1台；皮托管，2支；胶管，3支。3.实验步骤（1）将仪器调平、调零。选择倾斜系数（YYT）。（2）皮托管头与风管中线重合，全压孔朝向风流。（3）用胶管按图5连接仪器与皮托管。（4）将出风口闸门全开（此时风量最大）。（5）开动风机，读取测定段静压差、及动压（曲线第一点数据）。（6）将出口闸门调到第二位置，重复前项测定（曲线第二点数据）。每次调小风量（关闭闸门），要适度。以保测点良好分布。（7）依次类推，一条曲线测6个点（共6组静压差及动压数据）。三、实验要点每台设备一组学生，统一指挥，要互相配合。四、计算公式（1）测定段摩擦阻力hm，水柱。8

8 实验三 通风管道 λ 系数测定 一、实验目的及内容 通风管道  系数测定，要求学生完成一种粗糙度下，雷诺数，  系数间的定量测 定。该实验验证紊流状态下，阻力系数不变。 要求有数据计算过程。 二、实验方法及仪器 1．实验方法 该实验布置见图 5，本实验要求做出 1 条 Re −  曲线（ Re 100 log _ log ），测定 摩擦阻力，计算对应的  系数（整流格阻力忽略不计），调节出口闸门开度，调节风 量，改变 Re 值。 该实验每台设备一组学生，用 1，3 测点。 2．每组仪器 YYT 斜管压力计，1 台；皮托管，2 支；胶管，3 支。 3．实验步骤 （1）将仪器调平、调零。选择倾斜系数（YYT）。 （2）皮托管头与风管中线重合，全压孔朝向风流。 （3）用胶管按图 5 连接仪器与皮托管。 （4）将出风口闸门全开（此时风量最大）。 （5）开动风机，读取测定段静压差、及动压（曲线第一点数据）。 （6）将出口闸门调到第二位置，重复前项测定（曲线第二点数据）。每次调小风 量（关闭闸门），要适度。以保测点良好分布。 （7）依次类推，一条曲线测 6 个点（共 6 组静压差及动压数据）。 三、实验要点 每台设备一组学生，统一指挥，要互相配合。 四、计算公式 （1）测定段摩擦阻力 mh ，水柱

r-Err/+(z)hm=(p - p3)+-(2g 2g 由于1，3两断面面积相等，平均动压相等，因此上式中第二项为零，又1，3两点处同一水平，第三项也等于零；所以（p-p，）实际上就等于hm。（2）风管风量由所测动压求算（见实验二）（3）计算摩擦风阻hmhR.0式中h—测定段摩擦阻力，帕；Q——风管风量，米3/秒。（4）摩擦阻力系数α=RP·L式中α一风管摩擦阻力系数，牛·秒2/米4；R.——风管摩擦风阻牛·秒2/米8；P—风管周界（P=0.6米）；L一测定段风管长度（L=1米）：一风管有效断面积（S=0.027米2)。S-（5）达西系数=8α（采矿专业）p式中—达西系数；p——空气密度（p=1.293Kg/米3)；α——风管摩阻系数，牛·秒2/米4；d——风管内径（d=186毫米）米。（6）雷诺数R9

9 ( ) r (Z r Z r) g V r g V hm p p 1 3 2 3 2 1 1 3 2 2 + −         = − + − 由于 1，3 两断面面积相等，平均动压相等，因此上式中第二项为零，又 1，3 两 点处同一水平，第三项也等于零；所以（ p1 − p3 ）实际上就等于 mh 。 （2）风管风量 由所测动压求算（见实验二） （3）计算摩擦风阻 mh 2 Q h R m m = 式中 mh ——测定段摩擦阻力，帕； Q——风管风量，米 3 /秒。 （4）摩擦阻力系数  p L S Rm  = 3  式中  ——风管摩擦阻力系数，牛·秒 2 /米 4； R m ——风管摩擦风阻牛·秒 2 /米 8； P ——风管周界（P =0.6 米）； L——测定段风管长度（L=1 米）； S——风管有效断面积（S=0.027 米 2）。 （5）达西系数     1 = 8 （采矿专业） 式中  ——达西系数；  ——空气密度（  =1.293Kg/米 3）；  ——风管摩阻系数，牛·秒 2 /米 4； d ——风管内径（ d =186 毫米）米。 （6）雷诺数 Re