第二章矿井空气流动的基本理论 本章的重点: 1、空气的物理参数T、P、Φ、μ、ρ 、风流的能量与点压力——静压,静压能;动压、动能 位能;全压;抽出式和压入式相对静压、相对全压与动压 的关系 3、能量方程 连续性方程;单位质量能量方程、单位体积能量方程 4、能量方程在矿井中的应用——边界条件、压力坡度图 本章的难点: 点压力之间的关系 能量方程及其在矿井中的应用
第二章 矿井空气流动的基本理论 本章的重点： 1、空气的物理参数----T、P、Φ、μ、ρ； 2、风流的能量与点压力----静压，静压能；动压、动能； 位能；全压；抽出式和压入式相对静压、相对全压与动压 的关系 3、能量方程 连续性方程；单位质量能量方程、单位体积能量方程 4、能量方程在矿井中的应用----边界条件、压力坡度图 本章的难点： 点压力之间的关系 能量方程及其在矿井中的应用
第二章矿井空气流动的基本理论 主要研究内容:矿井空气沿井巷流动过程中宏观力学参数的变化规 律以及能量的转换关系。介绍空气的主要物理参数、性质,讨论空气在 流动过程中所具有的能量(压力)及其能量的变化。根据热力学第一定 律和能量守恒及转换定律,结合矿井风流流动的特点,推导了矿井空气 流动过程中的能量方程,介绍了能量方程在矿井通风中的应用。 第一节空气的主要物理参数 、温度温度是描述物体冷热状态的物理量。矿井表示气候条件的主 要参数之一。热力学绝对温标的单位K,摄式温标T=273.15+t 二、压力(压强)空气的压力也称为空气的静压,用符号P表示。压强在 矿井通风中习惯称为压力。它是空气分子热运动对器壁碰撞的宏观表现。 P=2/3n(1/2mv2) 矿井常用压强单位: Pa Mpa mmHg mmH20 mmbar bar atm等。 换算关系:1atm=760mmHg=1013.25 mbar=101325Pa DLP396) 1 mbar =100 Pa =10.2 mmH,O 1mng=13.6m20=133.32Pa
第二章 矿井空气流动的基本理论 主要研究内容：矿井空气沿井巷流动过程中宏观力学参数的变化规 律以及能量的转换关系。介绍空气的主要物理参数、性质，讨论空气在 流动过程中所具有的能量（压力）及其能量的变化。根据热力学第一定 律和能量守恒及转换定律，结合矿井风流流动的特点，推导了矿井空气 流动过程中的能量方程，介绍了能量方程在矿井通风中的应用。 第一节 空气的主要物理参数 一、温度 温度是描述物体冷热状态的物理量。矿井表示气候条件的主 要参数之一。热力学绝对温标的单位K，摄式温标 T=273.15+t 二、压力（压强） 空气的压力也称为空气的静压，用符号P表示。压强在 矿井通风中习惯称为压力。它是空气分子热运动对器壁碰撞的宏观表现。 P=2/3n(1/2mv2) 矿井常用压强单位：Pa Mpa mmHg mmH20 mmbar bar atm 等。 换算关系：1 atm = 760 mmHg = 1013.25 mmbar = 101325 Pa (见P396) １mmbar = 100 Pa = 10.2 mmH20, １mmHg = 13.6mmH20 = 133.32 Pa
、湿度 表示空气中所含水蒸汽量的多少或潮湿程度。表示空气湿度的方法:绝 对湿度、相对温度和含湿量三种 1、绝对湿度 每立方米空气中所含水蒸汽的质量叫空气的绝对湿度。其单位与密 度单位相同(Kg/m3),其值等于水蒸汽在其分压力与温度下的密 度。p=MV 饱和空气:在一定的温度和压力下,单位体积空气所能容纳水蒸汽 量是有极限的,超过这一极限值,多余的水蒸汽就会凝结出来。这 种含有极限值水蒸汽的湿空气叫饱和空气,这时水蒸气分压力叫饱 和水蒸分压力,Ps,其所含的水蒸汽量叫饱和湿度p 2、相对湿度 单位体积空气中实际含有的水蒸汽量(p)与其同温度下的饱和水 蒸汽含量(ps)之比称为空气的相对湿度 Py/Ps 反映空气中所含水蒸汽量接近饱和的程度
三、湿度 表示空气中所含水蒸汽量的多少或潮湿程度。表示空气湿度的方法：绝 对湿度、相对温度和含湿量三种 １、绝对湿度 每立方米空气中所含水蒸汽的质量叫空气的绝对湿度。其单位与密 度单位相同（Kg/ m 3），其值等于水蒸汽在其分压力与温度下的密 度。v=Mv/V 饱和空气：在一定的温度和压力下，单位体积空气所能容纳水蒸汽 量是有极限的，超过这一极限值，多余的水蒸汽就会凝结出来。这 种含有极限值水蒸汽的湿空气叫饱和空气，这时水蒸气分压力叫饱 和水蒸分压力，PS，其所含的水蒸汽量叫饱和湿度s 。 ２、相对湿度 单位体积空气中实际含有的水蒸汽量（V）与其同温度下的饱和水 蒸汽含量（S）之比称为空气的相对湿度 φ＝ V／ S 反映空气中所含水蒸汽量接近饱和的程度
Φ愈小 空气愈干爆,φ=0为千空气; φ愈大 空气愈潮湿,φ=1为饱和空气。 温度下降,其相对湿度增大,冷却到φ=1时的温度称为露点 例如:甲地:t=18“,py=0.0107Kg/m 乙地:t=30℃c,pv=0.0154Kg/n 解:查附表当t为18C,p。=0.0154Kg/m 当t为30℃c,p。=0.03037Kg/m 甲地:φ=py/ps=0.7=70% 乙地:φ=py/ps=0.51=51% 乙地的绝对湿度大于甲地,但甲地的相对湿度大于乙地,故 乙地的空气吸湿能力强。 露点:将不饱和空气冷却时,随着温度逐渐下降,相对湿度 逐渐增大,当达到100%时,此时的温度称为露点。 上例甲地、乙地的露点分别为多少?
Φ愈小 空气愈干爆， φ＝０ 为干空气； φ愈大 空气愈潮湿， φ＝１为饱和空气。 温度下降，其相对湿度增大，冷却到φ=1时的温度称为露点 例如：甲地：t = 18 ℃， V ＝0.0107 Kg/m3, 乙地：t = 30 ℃， V ＝0.0154 Kg/m3 解：查附表 当t为18 ℃， s ＝0.0154 Kg/m3, , 当t为 30 ℃， s ＝0.03037 Kg/m3, ∴ 甲地： φ＝ V／ S＝0.7 ＝70 % 乙地： φ＝ V／ S＝0.51＝51 % 乙地的绝对湿度大于甲地，但甲地的相对湿度大于乙地，故 乙地的空气吸湿能力强。 露点：将不饱和空气冷却时，随着温度逐渐下降，相对湿度 逐渐增大，当达到100％时，此时的温度称为露点。 上例 甲地、乙地的露点分别为多少？
3、含湿量 含有1kg千空气的湿空气中所含水蒸汽的质量(kg)称为 空气的含湿量。dp/pd pv=φPs/461T p(P-中Ps)/287T d=0.622φPs/(P-￠Ps) 四、焓 焓是一个复合的状态参数,它是内能u和压力功之和,焓也称热焓。 i=id+div=1.0045t+d(2501+1.85t) 实际应用焓湿图(|-d)
３、含湿量 含有1kg干空气的湿空气中所含水蒸汽的质量（kg）称为 空气的含湿量。d= V／ d, V= φPs/461T d=(P-φPs)/287T d=0.622 φPs/(P- φPs) 四、焓 焓是一个复合的状态参数，它是内能u和压力功PV之和，焓也称热焓。 i=id+d•iV=1.0045t+d(2501+1.85t) 实际应用焓-湿图（I-d)
五、粘性 流体抵抗剪切力的性质。当流体层间发生相对运动时,在流体内部两个 流体层的接触面上,便产生粘性阻力(内摩擦力)以阻止相对运动,流 体具有的这一性质,称作流体的粘性。其大小主要取决于温度。 根据牛顿内摩擦定律有: F=LS 式中:μ一一比例系数,代表空气粘性,称为动力粘性或绝对粘度。 其国际单位:帕秒,写作:Pa.S。 运动粘度为: 温度是影响流体粘性主要因素,气体,随温度升高而增大,液体而降低
五、粘性 流体抵抗剪切力的性质。当流体层间发生相对运动时，在流体内部两个 流体层的接触面上，便产生粘性阻力(内摩擦力)以阻止相对运动，流 体具有的这一性质，称作流体的粘性。其大小主要取决于温度。 根据牛顿内摩擦定律有： 式中：μ－－比例系数，代表空气粘性，称为动力粘性或绝对粘度。 其国际单位：帕.秒，写作：Pa.S。 运动粘度为： 温度是影响流体粘性主要因素，气体，随温度升高而增大，液体而降低 V y dy dv F = S =
六、密度 单位体积空气所具有的质量称为空气的密度,与P、t、湿度等有 关。湿空气密度为干空气密度和水蒸汽密度之和,即: 根据气体状态方程,可推出空气密度计算公式: 尸=0003484分(1-937)kgm 式中:P为大气压,P。为饱和水蒸汽压,单位:Pa; φ为相对湿度;T为空气绝对温度,T=t+273,K 尸=0.46457(1 0.378小 式中:P为大气压,P9为饱和水蒸汽压,单位:mHgo 注意:P和P单位一致。 空气比容:wVM=1/p
六、密度 单位体积空气所具有的质量称为空气的密度， 与P、t、湿度等有 关。湿空气密度为干空气密度和水蒸汽密度之和，即： 根据气体状态方程，可推出空气密度计算公式： kg/m3 式中：P为大气压，Ｐsat为饱和水蒸汽压，单位：Pa； φ为相对湿度；Ｔ为空气绝对温度，T= t + 273 , K。 kg/m3 式中：P为大气压，Ｐsat为饱和水蒸汽压，单位：mmHg。 注意：Ｐ和Ｐsat 单位一致。 空气比容：=V/M=1/ 0.003484 (1 ) 0.378 P P T = P − sat 0.46457 (1 ) 0.378 P P T P sat = − = d.a + v
第二节风流的能量与压力 能量与压力是通风工程中两个重要的基本概念,压力可以理解为:单 位体积空气所具有的能够对外作功的机械能。 、风流的能量与压力 1.静压能一静压 (1)静压能与静压的概念 空气的分子无时无刻不在作无秩序的热运动。这种由分子热运动产生 的分子动能的一部分转化的能够对外作功的机械能叫静压能,J/m3, 在矿井通风中,压力的概念与物理学中的压强相同,即单位面积上受 到的垂直作用力。静压PaN/m?也可称为是静压能,值相等 (2)静压特点 a.无论静止的空气还是流动的空气都具有静压力; b.风流中任一点的静压各向同值,且垂直于作用面; c风流静压的大小(可以用仪表测量)反映了单位体积风流所具有 的能够对外作功的静压能的多少。如说风流的压力为101332Pa,则指 风流1m3具有101332J的静压能
第二节 风流的能量与压力 能量与压力是通风工程中两个重要的基本概念，压力可以理解为：单 位体积空气所具有的能够对外作功的机械能。 一、风流的能量与压力 1.静压能－静压 （1）静压能与静压的概念 空气的分子无时无刻不在作无秩序的热运动。这种由分子热运动产生 的分子动能的一部分转化的能够对外作功的机械能叫静压能，J／m 3 ， 在矿井通风中，压力的概念与物理学中的压强相同，即单位面积上受 到的垂直作用力。静压Pa=N/m2也可称为是静压能，值相等 （２）静压特点 a.无论静止的空气还是流动的空气都具有静压力； b.风流中任一点的静压各向同值，且垂直于作用面； c.风流静压的大小（可以用仪表测量）反映了单位体积风流所具有 的能够对外作功的静压能的多少。如说风流的压力为101332Pa，则指 风流1m 3具有101332J的静压能
(3)压力的两种测算基准(表示方法) 根据压力的测算基准不同,压力可分为:绝对压力和相对压力。 A、绝对压力:以真空为测算零点(比较基准)而测得的压力称之为 绝对压力,用P表示。 B、相对压力:以当时当地同标高的大气压力为测算基准(零点测 得的压力称之为相对压力,即通常所说的表压力,用h表示。 风流的绝对压力(P)、相对压力(h)和与其对应的大气压(Po 者之间的关系如下式所示:h=P-Po 真
（３）压力的两种测算基准（表示方法） 根据压力的测算基准不同，压力可分为：绝对压力和相对压力。 A、绝对压力：以真空为测算零点（比较基准）而测得的压力称之为 绝对压力，用 P 表示。 B、相对压力： 以当时当地同标高的大气压力为测算基准(零点)测 得的压力称之为相对压力，即通常所说的表压力，用 h 表示。 风流的绝对压力（P）、相对压力（h）和与其对应的大气压（P0） 三者之间的关系如下式所示：h = P － P0 a b Pa 真空 P0 Pb ha (+) hb (-) P0
P;与h1比较: 绝对静压总是为正,而相对静压有正负之分; Ⅰ、同一断面上各点风流的绝对静压随高度的变化而变化,而相对静压与 高度无关。 IllP;可能大于、等于或小于与该点同标高的大气压(Po) 2、重力位能 (1)重力位能的概念 物体在地球重力场中因地球引力的作用,由于位置的不同而具有的一种 能量叫重力位能,简称位能,用Ep0表示。 如果把质量为M(kg)的物体从某一基准面提高Z(m),就要对物体克服 重力作功M.g.Z(J),物体因而获得同样数量(M.g.Z)的重力位能。 即 EPo=M g.Z 重力位能是一种潜在的能量,它只有通过计算得 其大小,而且是一个相对值。实际工作中一般计算位能差。 (2)位能计算 2 重力位能的计算应有一个参照基准面。Ep0n2了p;gdz;0 如下图1-2两断面之间的位能差:
Pi 与 hi 比较： I、绝对静压总是为正，而相对静压有正负之分； II、同一断面上各点风流的绝对静压随高度的变化而变化，而相对静压与 高度无关。 III、 Pi 可能大于、等于或小于与该点同标高的大气压(P0i)。 2、重力位能 （1)重力位能的概念 物体在地球重力场中因地球引力的作用，由于位置的不同而具有的一种 能量叫重力位能，简称位能，用 EPO 表示。 如果把质量为M（kg）的物体从某一基准面提高Z（m），就要对物体克服 重力作功M.g.Z（J），物体因而获得同样数量（M.g.Z）的重力位能。 即： EPO=M.g.Z 重力位能是一种潜在的能量，它只有通过计算得 其大小，而且是一个相对值 。实际工作中一般计算位能差。 （２）位能计算 重力位能的计算应有一个参照基准面。 Ep012=∫ i gdzi 如下图 1－２两断面之间的位能差： dzi １ ２ ０ ０ ２ １