《通风与防尘工程,1
第二章 矿内风流的基本性质
◆ 主要内容与基本要 求
◆ 第一节 矿内空气的密度与计算
◆ 第二节 矿内空气压力及测定
◆ 第三节 矿内风流运动状态
◆ 第四节 矿内风流的流速及测定
《通风与防尘工程,2
主要内容与基本要求
1、掌握空气密度的概念与计算方法。
2、掌握空气压力的表示方法，它们之间的关系及其测定。
3、了解井巷风流的运动状态和矿内风流的流动型式。
4、理解井巷风流断面的速度分布，掌握风速的测定方法。
《通风与防尘工程,3
一、矿内空气密度的概念二、矿内空气密度的计算
《通风与防尘工程,4
二、密度的计算由状态方程推导，得
)1(1 ppR RRTpR B
w
dw
d
将 Rd = 287 J/㎏ K,RW = 461.4 J/㎏ K代入得：
一、密度的概念单位体积空气的质量称为空气的密度。
ρ= m/V kg/ m3
)3 7 8.01(0 0 3 4 8.0 ppTp B
《通风与防尘工程,5
若压力单位用 kPa，则有：
)378.01(48.3 ppTp B
上式压力单位均用 kPa
对于干空气 φ = 0，则：
ρ = 3.48p/T ㎏ /m3
在一般条件下，通常用下列经验公式：
ρ = 3.45P/ T ㎏ /m3
应用上面公式一定要注意，压力均为 kPa。
kg/m3
《通风与防尘工程,6
一、压力的概念及分类二、矿井通风方式三,压力之间的关系四、压力的测定
《通风与防尘工程,7
一、压力的概念与分类空气压力（通风压力）：指单位面积上的压力，即压强。
空气压力是表示运动空气所具有的能量。
包括,静压,动压 和 全压空气压力的国际单位为帕（ Pa）、牛顿 /米 2（ N/m2）。
1 Pa = 1 N/m2
还可用 百帕（ hPa）、千帕（ kPa）表示。
1hPa=100Pa； 1kPa=1000Pa
《通风与防尘工程,8
1、静压
◆ 概念,指空气分子无规则的热运动对容器壁面不断碰撞而产生的压强。
◆ 性质
①无论是静止的空气还是流动的空气，静压都是存在的。
② 作用方向是四面八方，同一点的静压在各个方向上都是相等。
《通风与防尘工程,9
◆ 静压的表示方法
① 绝对静压 PS：以真空状态为零点算起的静压值，即以零压力为起点表示静压，在空气中任一点的绝对静压大于零 pS>0,pS
恒为正值。
② 相对静压 HS：是以当地大气压力 pO为基准测算的静压值，
其数值表示空气压力高于或低于当地大气压力（的数值）
即,HS= PS－ PO
《通风与防尘工程,10
2、动压（速压）
◆ 概念：空气沿一定方向流动时，其动能所呈现的压力。
◆ 性质
①对流动的空气，任一点有静压，也有动压的作用。
② 动压仅作用于与风流方向垂直或斜交的面上。
③动压值恒为正值，无所谓绝对或相对值。
《通风与防尘工程,11
◆ 计算方法设空气质量为 m，以速度 u流动，空气运动的动能为：
Ev=1/2 m u2
单位体积空气的动能为,
22
2
1
2
1 uu
V
m
V
EH v
v
《通风与防尘工程,12
3、全压
◆ 概念：对于流动的空气，同时具有静压和动压，把这两种压力用一种压力表示，即 全压 。
◆ 表示方法
①绝对全压
②相对全压
《通风与防尘工程,13
◆ 绝对全压 pt：指风流中，某点的绝对静压与动压之和。
即：
pt = ps + Hv
◆ 相对全压 Ht：指风流中任一点的相对静压与动压代数和。
即：
vst HHH
《通风与防尘工程,14
1、压入式通风：通风机的出风口与管道的进风口相连接时的工作方式，如图所示。
特点：管道中的绝对压力均大于大气压力，相对静压为正值。
二、通风方式
2、抽出式通风：通风机进风口与管道出口相联接的工作方式，如图所示。
特点：管道中的绝对压力均小于大气压力，相对静压为负值。
《通风与防尘工程,15
三,压力之间的关系
tt ppH 0
ss ppH 0
vsvst HHHppH 0
0ppH tt
vst HHH
0ppH ss
《通风与防尘工程,16
四、空气压力的测定
1、绝对静压的测定常用测压仪器有水银气压计和空盒气压计。
《通风与防尘工程,17
2、相对静压的测量测量风流的相对静压、相对全压和动压可用 U型压力计、倾斜压力计、补偿微压计、压力传感器型直读压力计来测定。
U型压差计
1）皮托管皮托管是由两个互不相通的管子组成。其起到接受和传递风流压力的作用。使用时皮托管管嘴正对风流方向。
,＋,端传递全压。
,－,端传递静压。
《通风与防尘工程,18
2）倾斜压差计由两个不同直径的管子互相连通组成，在其中装有酒精，细管倾角可调节。
粗管与细管面积比
F1/F2 = 200
当粗管液面下降 1mm时，细管液面将上升 200mm。
lKH
补偿式微差计
《通风与防尘工程,19
皮托管与 U型压差计测定压力
《通风与防尘工程,20
3）用皮托管和 U形管测定相对静压 Hs、相对全压 Ht、动压 Hv
a图,p0 = pt + Ht → H t = p0 － p
f图,ps = p0 + Hs → H s = ps － p0
b图,pt = ps + Hv → H v = pt － ps
c图,p0 = ps + Hs → H s = p0 － Ps
d图,pt = p0 + Ht → H t = pt － p0
e图,pt = ps + Hv → H v = pt － ps
《通风与防尘工程,21
第三节 矿内风流的运动状态一、流态的种类二、流态判断准则
《通风与防尘工程,22
一、流态的种类流体粘性使流层之间产生摩擦阻力，另一方面使流体的运动具有两种运动形态,层流 和 紊流,如图所示。
1、层流：流体质点呈有条不紊、互不掺混的层状运动形式。
2、紊流：流体质点呈杂乱无章、相互掺混与涡体旋转的运动形式。
《通风与防尘工程,23
二、流态判断准则
dvRe
◆ Re > 2300 紊流
◆ Re < 2300 层流因此,Re = 2300 为临界雷诺数（由紊流 → 层流）
《通风与防尘工程,24
第四节 矿内风流的流速及测定一、风流的流速分布二、风速测定三、风表的校正
《通风与防尘工程,25
1、断面上的速度分布和平均风速一、风流的流速分布层流运动，圆管断面上的流速呈抛物线。
紊流运动，圆管断面上的速度分布按对数曲线分布。
设断面上任一点的风速为 vi，断面的平均风速为：
s
Q
s
dsv
v s
i
《通风与防尘工程,26
二,风速测定风速测定,使用 风表,热电式风速仪 和 皮托压差计 来进行 。
1、用风表测定巷道平均风速
1）风表风表的种类常用风表有 杯式 和 翼式 两种。
杯式风表用于测定高风速 >10m/s。
翼式风表用于测定中低风速，其又分用于测定中风速 0.5～
10m/s的中速风表和低风速 0.1～ 0.5的低速风表。
《通风与防尘工程,27
◆ 风表结构由一套钟表传动机构,指针和叶轮组成 。 启动和停止指针转动的开关 。 回零装置,使指针返回到零刻度 。
◆ 工作原理叶轮受风流动压作用后,产生旋转,经过钟表传动机构带动指针转动,指示出风流在一定时间内所流过的距离 。
风表测定风速时，风表上面读出的数值为表速 N，并不是实际风速，还必须在校正曲线上根据表速 N换算成实际风速 vs，每个风表都有它的校正曲线。
《通风与防尘工程,28
2)断面测风线路
A线路测得的风速要准确些，但线路操作复杂。
一般较大的巷道断面采用（ B）线路；较小的巷道断面采用
（ C）线路。
测风线路一般要求 60— 100 S 钟的时间走完。运移风表要均匀。根据测风员与风流方向的相对位置，测风方法分为迎面法和测身法。
《通风与防尘工程,29
3）风速测定方法
①迎面法测风员正对着风流站立，手持风表的手臂向正前方伸直，然后按一定的线路使风表作均匀的移动。
②侧身法测风员背向巷道壁站立，手持风表的手臂向垂直于风流的方向伸出，再按一定线路作均匀移动。
在测风时，人影响到巷道的真实风速，将所测得风速校正。
v = kvS m/s
迎面法,k = 1.14
侧身法：
s
sk 4.0
式中,s—— 所测巷道断面积,m2；
0.4—— 人体侧身的面积。
《通风与防尘工程,30
2、用热电式风速仪测定风速在测定断面平均风速时，把断面分成若干个等面积的方格，
测出每一格内中心点的风速 v1,v2,…,vn。
平均风速,
n
vvvv n 21
式中 n—— 划分等面积的方格数。
m/s
《通风与防尘工程,31
3、用皮托管与压差计测定平均风速测出断面上某点的动压值，然后再根据动压公式换算成测点的风速。
vi
i
Hv 2?
测点的布置和测算断面平均风速 。
m/s
r4
r2
r3
r1
R
《通风与防尘工程,32
用皮托管与压差计测定平均风速只是测出断面上某点的动压值，然后再根据动压公式换算成测点的风速。
vi
i
Hv 2?
三、风表校正
第二章 矿内风流的基本性质
◆ 主要内容与基本要 求
◆ 第一节 矿内空气的密度与计算
◆ 第二节 矿内空气压力及测定
◆ 第三节 矿内风流运动状态
◆ 第四节 矿内风流的流速及测定
《通风与防尘工程,2
主要内容与基本要求
1、掌握空气密度的概念与计算方法。
2、掌握空气压力的表示方法，它们之间的关系及其测定。
3、了解井巷风流的运动状态和矿内风流的流动型式。
4、理解井巷风流断面的速度分布，掌握风速的测定方法。
《通风与防尘工程,3
一、矿内空气密度的概念二、矿内空气密度的计算
《通风与防尘工程,4
二、密度的计算由状态方程推导，得
)1(1 ppR RRTpR B
w
dw
d
将 Rd = 287 J/㎏ K,RW = 461.4 J/㎏ K代入得：
一、密度的概念单位体积空气的质量称为空气的密度。
ρ= m/V kg/ m3
)3 7 8.01(0 0 3 4 8.0 ppTp B
《通风与防尘工程,5
若压力单位用 kPa，则有：
)378.01(48.3 ppTp B
上式压力单位均用 kPa
对于干空气 φ = 0，则：
ρ = 3.48p/T ㎏ /m3
在一般条件下，通常用下列经验公式：
ρ = 3.45P/ T ㎏ /m3
应用上面公式一定要注意，压力均为 kPa。
kg/m3
《通风与防尘工程,6
一、压力的概念及分类二、矿井通风方式三,压力之间的关系四、压力的测定
《通风与防尘工程,7
一、压力的概念与分类空气压力（通风压力）：指单位面积上的压力，即压强。
空气压力是表示运动空气所具有的能量。
包括,静压,动压 和 全压空气压力的国际单位为帕（ Pa）、牛顿 /米 2（ N/m2）。
1 Pa = 1 N/m2
还可用 百帕（ hPa）、千帕（ kPa）表示。
1hPa=100Pa； 1kPa=1000Pa
《通风与防尘工程,8
1、静压
◆ 概念,指空气分子无规则的热运动对容器壁面不断碰撞而产生的压强。
◆ 性质
①无论是静止的空气还是流动的空气，静压都是存在的。
② 作用方向是四面八方，同一点的静压在各个方向上都是相等。
《通风与防尘工程,9
◆ 静压的表示方法
① 绝对静压 PS：以真空状态为零点算起的静压值，即以零压力为起点表示静压，在空气中任一点的绝对静压大于零 pS>0,pS
恒为正值。
② 相对静压 HS：是以当地大气压力 pO为基准测算的静压值，
其数值表示空气压力高于或低于当地大气压力（的数值）
即,HS= PS－ PO
《通风与防尘工程,10
2、动压（速压）
◆ 概念：空气沿一定方向流动时，其动能所呈现的压力。
◆ 性质
①对流动的空气，任一点有静压，也有动压的作用。
② 动压仅作用于与风流方向垂直或斜交的面上。
③动压值恒为正值，无所谓绝对或相对值。
《通风与防尘工程,11
◆ 计算方法设空气质量为 m，以速度 u流动，空气运动的动能为：
Ev=1/2 m u2
单位体积空气的动能为,
22
2
1
2
1 uu
V
m
V
EH v
v
《通风与防尘工程,12
3、全压
◆ 概念：对于流动的空气，同时具有静压和动压，把这两种压力用一种压力表示，即 全压 。
◆ 表示方法
①绝对全压
②相对全压
《通风与防尘工程,13
◆ 绝对全压 pt：指风流中，某点的绝对静压与动压之和。
即：
pt = ps + Hv
◆ 相对全压 Ht：指风流中任一点的相对静压与动压代数和。
即：
vst HHH
《通风与防尘工程,14
1、压入式通风：通风机的出风口与管道的进风口相连接时的工作方式，如图所示。
特点：管道中的绝对压力均大于大气压力，相对静压为正值。
二、通风方式
2、抽出式通风：通风机进风口与管道出口相联接的工作方式，如图所示。
特点：管道中的绝对压力均小于大气压力，相对静压为负值。
《通风与防尘工程,15
三,压力之间的关系
tt ppH 0
ss ppH 0
vsvst HHHppH 0
0ppH tt
vst HHH
0ppH ss
《通风与防尘工程,16
四、空气压力的测定
1、绝对静压的测定常用测压仪器有水银气压计和空盒气压计。
《通风与防尘工程,17
2、相对静压的测量测量风流的相对静压、相对全压和动压可用 U型压力计、倾斜压力计、补偿微压计、压力传感器型直读压力计来测定。
U型压差计
1）皮托管皮托管是由两个互不相通的管子组成。其起到接受和传递风流压力的作用。使用时皮托管管嘴正对风流方向。
,＋,端传递全压。
,－,端传递静压。
《通风与防尘工程,18
2）倾斜压差计由两个不同直径的管子互相连通组成，在其中装有酒精，细管倾角可调节。
粗管与细管面积比
F1/F2 = 200
当粗管液面下降 1mm时，细管液面将上升 200mm。
lKH
补偿式微差计
《通风与防尘工程,19
皮托管与 U型压差计测定压力
《通风与防尘工程,20
3）用皮托管和 U形管测定相对静压 Hs、相对全压 Ht、动压 Hv
a图,p0 = pt + Ht → H t = p0 － p
f图,ps = p0 + Hs → H s = ps － p0
b图,pt = ps + Hv → H v = pt － ps
c图,p0 = ps + Hs → H s = p0 － Ps
d图,pt = p0 + Ht → H t = pt － p0
e图,pt = ps + Hv → H v = pt － ps
《通风与防尘工程,21
第三节 矿内风流的运动状态一、流态的种类二、流态判断准则
《通风与防尘工程,22
一、流态的种类流体粘性使流层之间产生摩擦阻力，另一方面使流体的运动具有两种运动形态,层流 和 紊流,如图所示。
1、层流：流体质点呈有条不紊、互不掺混的层状运动形式。
2、紊流：流体质点呈杂乱无章、相互掺混与涡体旋转的运动形式。
《通风与防尘工程,23
二、流态判断准则
dvRe
◆ Re > 2300 紊流
◆ Re < 2300 层流因此,Re = 2300 为临界雷诺数（由紊流 → 层流）
《通风与防尘工程,24
第四节 矿内风流的流速及测定一、风流的流速分布二、风速测定三、风表的校正
《通风与防尘工程,25
1、断面上的速度分布和平均风速一、风流的流速分布层流运动，圆管断面上的流速呈抛物线。
紊流运动，圆管断面上的速度分布按对数曲线分布。
设断面上任一点的风速为 vi，断面的平均风速为：
s
Q
s
dsv
v s
i
《通风与防尘工程,26
二,风速测定风速测定,使用 风表,热电式风速仪 和 皮托压差计 来进行 。
1、用风表测定巷道平均风速
1）风表风表的种类常用风表有 杯式 和 翼式 两种。
杯式风表用于测定高风速 >10m/s。
翼式风表用于测定中低风速，其又分用于测定中风速 0.5～
10m/s的中速风表和低风速 0.1～ 0.5的低速风表。
《通风与防尘工程,27
◆ 风表结构由一套钟表传动机构,指针和叶轮组成 。 启动和停止指针转动的开关 。 回零装置,使指针返回到零刻度 。
◆ 工作原理叶轮受风流动压作用后,产生旋转,经过钟表传动机构带动指针转动,指示出风流在一定时间内所流过的距离 。
风表测定风速时，风表上面读出的数值为表速 N，并不是实际风速，还必须在校正曲线上根据表速 N换算成实际风速 vs，每个风表都有它的校正曲线。
《通风与防尘工程,28
2)断面测风线路
A线路测得的风速要准确些，但线路操作复杂。
一般较大的巷道断面采用（ B）线路；较小的巷道断面采用
（ C）线路。
测风线路一般要求 60— 100 S 钟的时间走完。运移风表要均匀。根据测风员与风流方向的相对位置，测风方法分为迎面法和测身法。
《通风与防尘工程,29
3）风速测定方法
①迎面法测风员正对着风流站立，手持风表的手臂向正前方伸直，然后按一定的线路使风表作均匀的移动。
②侧身法测风员背向巷道壁站立，手持风表的手臂向垂直于风流的方向伸出，再按一定线路作均匀移动。
在测风时，人影响到巷道的真实风速，将所测得风速校正。
v = kvS m/s
迎面法,k = 1.14
侧身法：
s
sk 4.0
式中,s—— 所测巷道断面积,m2；
0.4—— 人体侧身的面积。
《通风与防尘工程,30
2、用热电式风速仪测定风速在测定断面平均风速时，把断面分成若干个等面积的方格，
测出每一格内中心点的风速 v1,v2,…,vn。
平均风速,
n
vvvv n 21
式中 n—— 划分等面积的方格数。
m/s
《通风与防尘工程,31
3、用皮托管与压差计测定平均风速测出断面上某点的动压值，然后再根据动压公式换算成测点的风速。
vi
i
Hv 2?
测点的布置和测算断面平均风速 。
m/s
r4
r2
r3
r1
R
《通风与防尘工程,32
用皮托管与压差计测定平均风速只是测出断面上某点的动压值，然后再根据动压公式换算成测点的风速。
vi
i
Hv 2?
三、风表校正
