中国矿业大学：《矿井通风与安全》课程教学课件（讲稿）第二章 矿井空气流动的基本理论 第二节 风流的能量与能量方程

第二章矿井空气流动的基本理论中国矿天学2、风流能量与能量方程口风流能量·矿井风流沿着一维的巷道连续的流动，在这个流动中涉及到了能量的转移和消耗，能量的改变是计算凤量和通风压力等通风工程中重要参数的基础。，在井巷中，任一断面上的能量（机械能）由三部分组成：沃位能（势能），压能（流动功）；动能90这三部分能量在通风测量中则以压力的形式出现，分别表示为静压，位压和动压

第二章 矿井空气流动的基本理论 2、风流能量与能量方程 风流能量  矿井风流沿着一维的巷道连续的流动，在这个流动 中涉及到了能量的转移和消耗，能量的改变是计算 风量和通风压力等通风工程中重要参数的基础。  在井巷中，任一断面上的能量（机械能）由三部分 组成： 位能（势能）；压能（流动功）；动能  这三部分能量在通风测量中则以压力的形式出现， 分别表示为静压，位压和动压

第二章矿井空气流动的基本理论中国矿天学2、风流能量与能量方程口风流能量1）位能（势能）X物体在地球重力场中因受地球引力的作用，由于相对位置不同而具有的能量叫做重力位能（位能）用E表示。X任何标高都可用作位能的基点，不同的地点标高不杰同，则位能不一样。905假设质量为m的物体位于基点上，其势能为0，施加一个能克服重力向上的力F：F=mg，N

第二章 矿井空气流动的基本理论 2、风流能量与能量方程 风流能量  物体在地球重力场中因受地球引力的作用，由于相 对位置不同而具有的能量叫做重力位能（位能）， 用E0表示。  任何标高都可用作位能的基点，不同的地点标高不 同，则位能不一样。  假设质量为m 的物体位于基点上，其势能为0，施 加一个能克服重力向上的力F：F=mg ， N 1）位能（势能）

第二章矿井空气流动的基本理论中国矿业天学2、风流能量与能量方程口风流能量1)位能(势能)当向上移动到高于基点Z（m）时，做的功为W-FZ=mgZ,J这就给出了物体在Z高T度上的位能。19090m

第二章 矿井空气流动的基本理论 2、风流能量与能量方程 风流能量  当向上移动到高于基点 Z（m）时，做的功为 W=FZ=mgZ ， J  这就给出了物体在Z高 度上的位能。 1）位能（势能）

第二章矿井空气流动的基本理论中国矿业天学2、风流能量与能量方程口风流能量2）静压能（流动功）无论空气处于静止还是流动状态，空气的分子无?时无刻不在做无秩序的热运动。这种由分子热运动产生的分子动能的一部分转化过来的能量，并?且能够对外做功的机械能叫做静压能，用Ep表示当流体在管道中流动，压力就必须对流体连续做功，此时的压力称为压能，做的功为流动功

第二章 矿井空气流动的基本理论 2、风流能量与能量方程 风流能量  无论空气处于静止还是流动状态，空气的分子无 时无刻不在做无秩序的热运动。这种由分子热运 动产生的分子动能的一部分转化过来的能量，并 且能够对外做功的机械能叫做静压能，用Ep表示  当流体在管道中流动，压力就必须对流体连续做 功，此时的压力称为压能，做的功为流动功。 2）静压能（流动功）

第二章矿井空气流动的基本理论中国矿天学2、风流能量与能量方程口风流能量2)静压能（流动功）有一两端开口的水平管道，断面为A，在其中放入一其体积为v质量为m的单元流体，在不考虑摩擦阻力的情况下，由于管道中存在压力P，流体的运动受阻，因此必须施加一个力F克服阻力。当力F使流体移动一段距沃离S后，就做了功。905(J)W=FS=PAS-PV-Pm/P或者W=Ep=p/p,(J/kg)

第二章 矿井空气流动的基本理论 2、风流能量与能量方程 风流能量  有一两端开口的水平管道，断面为A，在其中放入一其 体积为v质量为m的单元流体，在不考虑摩擦阻力的情 况下，由于管道中存在压力P，流体的运动受阻，因此 必须施加一个力F克服阻力。当力F使流体移动一段距 离S后，就做了功。 2）静压能（流动功） W=FS=PAS=PV=Pm/ （ J ） 或者 W=Ep= p/ρ ，（ J/kg）

第二章矿井空气流动的基本理论中国矿天学2、风流能量与能量方程口风流能量3)动能当空气流动时，除了位能和静压能外，还有空气定向运动的动能，用Ev表示。对一个质量为m的静止物体，施加一个恒定的力F，在t时间内加速到u。M8得到了质量为m的物体所具有的动能905utuW=FL=mE

第二章 矿井空气流动的基本理论 2、风流能量与能量方程 风流能量  当空气流动时，除了位能和静压能外，还有空气定向运 动的动能，用Ev表示。  对一个质量为m 的静止物体，施加一个恒定的力F，在t 时间内加速到u。  得到了质量为m 的物体所具有的动能。 3）动能 EV u m ut t u W  FL  m   2 2 2

第二章矿井空气流动的基本理论中国矿天学2、风流能量与能量方程口不可压缩流体的能量方程1）空气流动连续性方程在矿井巷道中流动的风流是连续不断的介质，充满X它所流经的空间。在无点源或点汇存在时，根据质量守恒定律：对于稳定流，流入某空间的流体质量必然等于流出其的流体质量pVSi = p,V,S, = Const905V,S, = V,S, =Const

第二章 矿井空气流动的基本理论 2、风流能量与能量方程 不可压缩流体的能量方程  在矿井巷道中流动的风流是连续不断的介质，充满 它所流经的空间。在无点源或点汇存在时，根据质 量守恒定律：对于稳定流，流入某空间的流体质量 必然等于流出其的流体质量。 1）空气流动连续性方程

第二章矿井空气流动的基本理论中国矿天学2、风流能量与能量方程口不可压缩流体的能量方程2）不可压缩流体的能量方程U，和U2分别表示1点和2点的总能量，LR1-2表示1点到2点的能量损失。2P2952PP21g2P杰909

第二章 矿井空气流动的基本理论 2、风流能量与能量方程 不可压缩流体的能量方程 U1和U2分别表示1点和2点的总能量，LR1-2表示1点 到2点的能量损失。 2 1 1 1 1 1 2 u p U Z g     2 2 2 2 2 2 2 u p U Z g     2）不可压缩流体的能量方程

中国矿天学第二章矿井空气流动的基本理论2不可压缩流体的能量方程由于内能和其他形式的能量变化是非常小，如果忽略不计，则：U, = U, + Lri-22uPP2 + LRI-2+Z,gZ2g22O假设空气是P=P2=p不可压缩的单位质量P-P2uu9052流体的伯g(Z)-Z2十+LR1-22努利方程2表达式

第二章 矿井空气流动的基本理论 由于内能和其他形式的能量变化是非常小，如果忽 略不计，则： 2）不可压缩流体的能量方程 假设空气是 不可压缩的    1 2   单位质量 流体的伯 努利方程 表达式 U1 U2  LR12 1 2 2 2 2 2 2 1 1 1 2 1 2 2       LR  p Z g p u Z g u     1 2 2 2 2 1 2 1 R 1-2 g Z 2 u 2 P P u L   Z             

中国矿天学第二章矿井空气流动的基本理论2不可压缩流体的能量方程在我国矿井通风中习惯使用单位体积（1m）流体X的能量方程。在考虑空气的压缩性时，1m空气流动过程中的能量损失，即通风阻力hR（J/m或Pa），可由1kg空气流动过程中的能量损失（LR1-2）乘以1-2断面间按状态过程考虑的空气平均密度pm，即hrLR1-2× Pm°沃uugPm(Z,-Z2)hr =(p, -P2)+Pm+90（能量方程），单位体积流体的努利方程表达式

第二章 矿井空气流动的基本理论 在我国矿井通风中习惯使用单位体积（1m3）流体 的能量方程。 在考虑空气的压缩性时，1m3空气流动过程中的能 量损失，即通风阻力hR（J/m3或Pa），可由1kg空 气流动过程中的能量损失（LR1－2）乘以1－2断面 间按状态过程考虑的空气平均密度ρm，即hR＝ LR1－2× ρm。 2）不可压缩流体的能量方程 单位体积流体的伯努利方程表达式（能量方程）   m 1 2 2 2 2 1 R 1 2 g Z 2 u 2 u h ( p p ) m   Z              