浅谈矿井通风系统中的流体力学理

浅谈矿井通风系统中的流体力学理 摘要：矿井通风是煤矿安全生产的基础，流体力学原理是通风系统中的重中之重。我们将气体在巷道中的流动称为管流流动。本文主要研究矿井风流管流流动特征以及其中所应用的流体力学原理。 关键词：矿井通风，管流，流体力学 Abstract:Mining ventilation is the base of safe mining ,and fluid mechanics principles are the most important of ventilation system .It isthe premise of safety management of ventilation to analyze and computeventilation network accurately .It is defined pipe flow flowing that the gas flowing in the tunnel .This thesis is mainly about integrationof pipe flow flowing . Key word:mining ventilation    pipe flow    fluid mechanics 1 绪论 矿井通风系统是由向井下各作业地点供给新鲜空气、排出污浊空气的通风网络和通风动力及通风控制设施等构成的工程体系。研究矿井通风的目的是用最经济的方法向井下各用风地点供风，为井下创造一个适宜的工作环境。 矿井通风是煤矿生产过程中的一个重要环节，是实现安全生产、防治瓦斯煤尘事故的隐患的必要条件。有效合理的通风不仅能满足矿井生产的通风要求，而且对井下火灾及瓦斯和煤尘爆炸的防治也起着至关重要的作用。因为矿井通风是稀释和排出瓦斯与粉尘最有效、最可靠的方法，也是创造良好劳动环境的基本途径，合理的通风又是抑制煤炭自燃和火灾发生的重要手段。目前，井工煤矿用通风方法排除矿井瓦斯量的 80%-90%；排除采煤工作面瓦斯量的 70%-80%；排除装有抑尘装置采煤工作面粉尘量的20%--30%；排除深井采煤工作面热量的 60%-70%。当发生火灾灾害时，合理的通风系统有助于井下工人脱离危险区域，有助于防止灾害的进一步扩大。因此通风系统对矿井的生产意义重大。 2 矿井风流管流流动特征 2.1 管流及研究方法 流体力学中将充满运动流体的空间称为流场。流场主要分为管流、场流、缝隙流和多孔介质流等。简单说，流体在管路（其走向 尺寸 手机海报尺寸公章尺寸朋友圈海报尺寸停车场尺寸印章尺寸 远大于径向尺寸）中的流动就是管流。井巷风流是连续介质，其运动要素（压力、速度、密度等）都是连续分布的，并且井巷风流主要沿井巷的轴线方向运动。结合流体力学的知识，我们可以把风流在井巷中的流动看作管流来研究。我们可以借助流体力学中研究流体运动规律的知识来研究风流在井巷中的流动，即采用拉格朗日法和欧拉法来研究。 1 拉格朗日法 从研究个别流体质点着手，来研究整个流体的运动。由于流体质点动的复杂性，使得寻找个别流体质点运动规律的方法往往导致数学上的困难，而且对于大多数实际问题来说，没必要寻求个别流体质点的运动规律，所以一般不采用该方法。 2 欧拉法 欧拉法以研究不同流体质点通过固定空间点的运动为基础，不是个别流体质点的运动，而是汇集固定空间全体的流体质点的流动轨迹得到的流体质点运动 参数 转速和进给参数表a氧化沟运行参数高温蒸汽处理医疗废物pid参数自整定算法口腔医院集中消毒供应 ，从而得到整个流场中流体的运动。用欧拉法研究流体运动，流体质点各运动参数可以 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示为时间（τ）和空间坐标（x ,y,z）的函数，因此流体质点的复杂运动现象便可以用空间坐标的函数式进行数学分析。所以研究流体的运动规律广泛应用欧拉法。 2.2 管流流动状态的判定 井下岩壁温度、扇风机风压和矿井供风量等一段时间内一般变化不大，且矿井正常通风期间，风门的开启、提升设备的升降对局部风流产生瞬时扰动的影响也不大，因此可把矿井风流近似的看作稳定流。通风阻力是风流能量损失的关键，而通风阻力又和风流的运动状态有密切关系。雷诺数 是判别管流风流运动状态的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ，其定义式为： (2-1) 式中： 为巷道中流动气体的平均速度 ； 为圆形管道的当量直径 ； 为巷道中空气的运动粘性系数， 。 值越大，越容易成为紊流；反之 越小，越容易成为层流。井巷的断面积多数都在 以上，而且风速大多数在 以上，所以井下风流多是紊流，只有个别情况(例如风速很小的漏风风流、个别硐室)才有层流的可能。 2.3 管流流动状态方程 2.3.1 连续性方程 如图 2-1 所示，采用欧拉法任取一井巷风流中的微元平行六面体空间作为控制体，其三个相互垂直的边分别为dx ,dy,dz，形心坐标为（x, y,z)。 在 t时刻，流体经过各点的流速在 坐标轴的投影分别为 密度为 。经 时间整个控制体质量的增加量为： 时间后，流体密度为 ，则dt时间内，因密度变化引起控制体内质量的减少量为： 根据质量守衡定理得： 得到三维流动的连续方程。即 对于稳定流动， ，故连续方程为： 对于不可压缩的稳定流动，连续方程为： 2.3.3 动量方程 取一井巷风流中的微元平行六面体空间，通过 M( x,y,z)有三个边界面 MHAD、MHLN 、MNCD。作用于每个面上的表面有法向力与切向力两类。假定所有法向力（正应力） 都取外法线方向为正值，各个切向应力 都平行于受力面。 当微元六面体流体的质量力和表面力确定后，由达兰贝尔原理可得： 经进一步推导，并两侧同除以 ，令 得： 2.3.4 能量方程 从一段巷道中的气体中取一微元流束，设单位时间内沿此微元流束流过的流体质量为 ，则其能量关系为： 式中： 为单位质量粘性流体自 1 点流至 2 点内摩擦力所作的功。 式中： 为总流在某断面上的平均速度。 将 式 2-12 除以， 则得单位质量粘性流体总流的能量变化规律，即 2.4 管流阻力定律 2.4.1 摩擦阻力定律 流体在管路中作均匀流动时，沿程受到管路固定壁面的限制，引起内外摩擦，因而产生阻力，这种阻力叫做摩擦阻力。依据风流在井巷中的流动状态不同摩擦阻力又分为层流状态下摩擦阻力和紊流状态下摩擦阻力。风流在井巷中流动大多属于紊流，所以重点讨论完全紊流状态下的摩擦阻力计算方法。 计算公式 六西格玛计算公式下载结构力学静力计算公式下载重复性计算公式下载六西格玛计算公式下载年假计算公式 一般采用 （2-14） 式中 称为管路的摩擦流阻， ； q为巷道的风流流量。 的计算公式为： L 为巷道的长度；U 为巷道的断面周长；S 为巷道的横断面积。层流状态下，摩擦阻力的计算公式为： 2.4.2 局部阻力定律 风流在井巷的局部地点，由于速度或方向突然发生变化，导致风流本身产生剧烈的冲击，形成极为紊乱的涡流，因而在该局部地点会产生局部阻力。在完全紊流状态下，不论井巷局部地点的断面、形状和拐弯如何变化，所产生的局部阻力 都和局部地点的前面或后面断面上的速压 或 成正比。 突然扩大的巷道，假若通过局部地点的风量为Q,前后两个断面积是 和 , 为局部地点的空气密度,该局部地点的局部阻力的计算公式为： 局部阻力系数,无因次,分别对应于 。对于形状和尺寸已经确定的局部地点,这两个系数都是常数,但它们彼此不相等.可任用其中一个系数和相应的速压计算局部阻力。 2.4.3 管流阻力定律 通风阻力定律是摩擦阻力定律和局部阻力定律的综合，是通风阻力 h、风阻R和流量q三参数相互依存的规律。对一个矿井系统来说，h， r和q分别代表该矿井的通风总阻力、总风阻和总风量。在层流状态下，通风阻力定律是 ；完全紊流状态下，通风阻力定律是 ；中间过渡状态下，通风阻力定律是： ,指数 x大于 l 而小于 2。 通风阻力定律是矿井通风学科中最基本的定律。最常用到的是完全紊流状态下的管流阻力定律,只有井下个别风速很小的地点才可能用到层流或中间过渡状态下的通风阻力定律。 参考文献 1 王英敏.矿井通风与防尘[M].北京:冶金工业出版社，1993 2.王德明.矿井通风安全理论与技术[M].徐州:中国矿业大学出版社，1999 3 黄元平.矿井通风[M].北京:中国矿业大学出版社，1986 4 吴中立.矿井通风与安全[M].北京:中国矿业大学出版社