矿山水蒸气流通水蒸气阻力排序.docx
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1、第三章 杨庙水蒸气流通水蒸气阻力本章重点和症结：磨擦水蒸气阻力和局部性水蒸气阻力产生的其原因和测算当水蒸气沿杨庙体育运动时，虽然多情的阿芒塔和惯性以及杨庙梁柱等对多情的阻滞、 扰动作用而逐步形成水蒸气流通水蒸气阻力，它是造成多情能量损失的其原因。杨庙水蒸气流通水蒸气阻力可分为两类： 磨擦水蒸气阻力（也称作沿程水蒸气阻力）和局部性水蒸气阻力。第一节 杨庙剖面上风力原产一、多情Hwaseong1、管线流同一个液体在同一个管线中壳状时，相同的水势，会逐步形成相同的壳状状态。当水势较 低时，液体刚体互不杂乱，沿着与管轴平行的路径作柱状体育运动，称作绝热（或滞流）。 当水势非常大时，液体刚体的体育运动速率在大小和路径上都即时发生变动，成为互相杂乱 的紊乱壳状，称作湍流（或湍流）。Revd（）马赫数 Re式中：平均值流
2、速v、管线直径约d和液体的体育运动黏性常数 。在实际工程排序中，为简便起见，通常以Re=2300作为管线壳状Hwaseong的判定准数， 即：Re2300绝热，Re2300湍流（）钚直径约对于非方形剖面的杨庙，Re福兰县的管线直径约d应以杨庙剖面的钚直径约de来则表示：de4US因此，非方形剖面杨庙的马赫数需用下式则表示：Re4vSU对于相同花纹的杨庙剖面，其周长U与剖面积S的关系，需用下式则表示：UCS式中：C剖面花纹常数：菱形C=4.16；三心拱C=3.85；弧形拱C=3.90。（举例见P38）2、孔隙电介质流在矿井和泥岩等多孔电介质中多情的Hwaseong辨别准数为：vKRel式中：K冒落带温度场常数，m2；l滤流带温度梯度常数，m
3、。绝热，Re0.25；湍流，Re2.5；过渡流 0.25Re2300,湍流排水沟条件同上，Re=2300绝热零点风力：V=ReU /4S=23004.1631510-6/(49)=0.012m/s0.15二、杨庙剖面上风力原产（1）湍流瞬时多情中各点的水势、压力等物理参数即时Beauvoisin不规则变动。（2）时均速率的变动。其值虽然不断变动，但在一足够长的时间段 T瞬时速率 vx即时间 内，水势 vx总是围绕着某 一平均值值上下波动。（3）排水沟风力原产虽然水蒸气的黏性和杨庙梁柱磨擦影响，杨庙剖面上风力原产是不光滑的。绝热边层：在贴近梁柱处仍存在绝热体育运动 薄片，即绝热边层。其厚度 随Re增加而变厚， 它的存在对流
4、动水蒸气阻力、热传导和charged过程有非常大 影响。在绝热边层以外，从巷壁向排水沟支撑点路径， 风力逐渐增大，呈双曲线原产。平均值风力：S vidSSvidS式中：排水沟通过冷却系统Q。则：QV S风力原产常数：剖面上平均值风力v与最大风力vmax的比值称作风力原产常数（速率 场常数），用Kv则表示：Kv vvmax巷壁愈光滑，Kv值愈大，即剖面上风力原产愈光滑。砌碹排水沟，Kv=0.80.86；展枝掘进排水沟，Kv=0.680.82；无掘进排水沟，Kv=0.740.81。第一节 磨擦空气阻力与水蒸气阻力一、磨擦水蒸气阻力多情在杨庙Sitapur沿程壳状时，虽然液体接合处的磨擦和液体与杨庙梁柱之间的磨擦 所逐步形成的水蒸气阻力称作磨擦水蒸气阻力（也叫沿程水蒸气阻力）。由液体力学可
5、知，无论绝热还是湍流，以多情压能损失来反映的磨擦水蒸气阻力需用下式来排序：（Pa）hfLv2d2 无因次常数，即磨擦水蒸气阻力常数，通过实验求得。d方形风管直径约，非方形管用钚直径约；1尼古拉兹实验实际液体在壳状过程中，沿程能量损失一方面（内因）取决于粘滞力和惯性力的 比值，用马赫数Re来衡量；另一方面（外因）是固体梁柱对液体壳状的阻碍作用，故 沿程能量损失又与管线长度、剖面花纹及大小、梁柱温度梯度有关。其中梁柱温度梯度的 影响通过 值来反映。19321933年间，尼古拉兹把经过筛分、粒径为 的砂粒光滑粘贴于管壁。砂粒 的直径约 就是管壁凸起的高度，称作绝对糙度；绝对糙度 与管线半径r的比值 /r 称作相对糙度。
6、以水作为壳状电介质、对相对糙度分别为1/15、1/30.6、1/60、1/126、 1/256、1/507六种相同的管线进行试验研究。对实验数据进行分析整理，在对数坐标 纸上画出 与Re的关系曲线，如图所示。结论分析：区绝热区。当Re2320(即lgRe 4000)，但在一定的马赫数下，当绝热边层的厚度 大于管线的绝对糙度 (称作水 力光滑管)时，其实验点均集中在直线上，表明 与 仍然无关，而只与Re有关。 随着Re的增大，相对糙度大的管线，实验点在较高Re时就偏离直线，而相对糙度小 的管线要在Re非常大时才偏离直线。区湍流过渡区，即图中所示区段。在这个区段内，各种相同相对糙度的 实验点各自分散呈
7、一波状曲线， 值既与Re有关，也与 /r有关。区水力粗糙管区。在该区段，Re值非常大，管内液流的绝热边层已变得极薄， 有 ，砂粒凸起高度几乎全暴露在湍流核心中，故Re对值的影响极小，略去 不计，相对糙度成为 的唯一影响因素。故在该区段，与Re无关，而只与相对糙度 有关。磨擦水蒸气阻力与水势平方成正比，故称作水蒸气阻力平方区，尼古拉兹公式：12 r 1 74 2lgr2绝热磨擦水蒸气阻力Re Vd当液体在方形管线Sitapur绝热壳状时，从理论上可以导出磨擦水蒸气阻力排序式：32 Lhvfd2=64 L v 2f Re d 2可得圆管绝热时的沿程水蒸气阻力常数：64Re古拉兹实验所得到的绝热时 与Re的关系，与理论分析得到的关系完全
8、相同，理论与实验的正确性得到相互的验证。绝热磨擦水蒸气阻力和平均值水势的一次方成正比。3、湍流磨擦水蒸气阻力对于湍流体育运动，=f （Re， /r），关系比较复杂。用钚直径约de=4S/U代替d，代入水蒸气阻力通式，则得到湍流状态下杨庙的磨擦水蒸气阻力排序式：hfLU 2 v2SLU8S3Q2二、磨擦水蒸气阻力常数与磨擦空气阻力1磨擦水蒸气阻力常数矿山中大多数水蒸气流通杨庙多情的Re值已进入水蒸气阻力平方区， 值只与相对糙度有关， 对于几何尺寸和掘进已定型的杨庙，相对糙度一定，则 可视为定值；在标准状态下 水蒸气密度=1.2kg/m3。对上式， 令：称作磨擦水蒸气阻力常数，单位为kg/m 3 或 N.s2/m4。则得到湍流状态下杨庙的磨擦水蒸气阻力排序式写为：
9、hLU Q2fS3 Q标准磨擦水蒸气阻力常数：通过大量实验和实测所得的、在标准状态( 0=1.2kg/m3)条件下的杨庙的磨擦 水蒸气阻力常数，即所谓标准值 0值，当杨庙中水蒸气密度 1.2kg/m3时，其值应按下式 修正：012常数影响因素对于砌碹、锚喷排水沟只考虑横剖面上路径相对温度梯度；对于展枝、工字钢、U型棚等还要考虑纵口径=l/d0随变动实验曲线工字钢支架在排水沟中壳状状态2磨擦空气阻力RfLUS3kg/m7或N.s2/m8。对于已给定的杨庙，L、U、S都为已知数，故可把上式中的、L、U、S 归结Rf为一个参数Rf：Rf称作排水沟的磨擦空气阻力，其单位为：工程单位：kgf .s2/m8 ，或写成：k。1 N.s
10、2/m8=9.8 kRff ( , ,S,U,L) 。在正常条件下当某一段杨庙中的水蒸气密度 一般变动不大 时，可将R f看作是反映杨庙几何特征的参数。则得到湍流状态下杨庙的磨擦水蒸气阻力排序式写为：hf RfQ2此式就是完全湍流（进入水蒸气阻力平方区）下的磨擦水蒸气阻力定律。3杨庙磨擦水蒸气阻力排序方法新建矿山：查表得 0 Rf hf生产矿山：hf Rf 0例题3-3 某设计排水沟为菱形剖面，S=8m2，L=1000m，采用工字钢棚掘进，支架截面 高度d0=14cm，纵口径=5，计划通过冷却系统Q=1200m3/min，预计排水沟中水蒸气密度=1.25kg/m3，求该段排水沟的水蒸气流通水蒸气阻力。解 根据所给的d0、S值，由附录4附
11、表4-4查得： 0=284.21040.88=0.025Ns2/m4则：排水沟实际磨擦水蒸气阻力常数Ns2m40120 0251 25120 026排水沟磨擦空气阻力排水沟磨擦水蒸气阻力：0.598 Ns2m8LUL4.6 S 0.026 1000 11.772R0.598 Ns2 /m8f S3 S383hf RfQ2 0 59821200 260239 2Pa第三节 局部性空气阻力与水蒸气阻力虽然杨庙剖面、路径变动以及分岔或汇合等其原因，使光滑壳状在局部性地区受到 影响而破坏，从而引起多情速率场原产变动和产生涡流等，造成多情的能量损失，这 种水蒸气阻力称作局部性水蒸气阻力。虽然局部性水蒸气阻力所产生多情速率场原产的变动比较复杂性，对 局部性水蒸气阻力的计
12、算一般采用经验公式。一、局部性水蒸气阻力及其排序和磨擦水蒸气阻力类似，局部性水蒸气阻力hl一般也用动压的倍数来则表示：hl式中： 局部性水蒸气阻力常数，无因次。绝热BRe排序局部性水蒸气阻力，关键是局部性水蒸气阻力常数确定，因v=Q/S,当 确定后，便需用hQ2l2S2几种常见的局部性水蒸气阻力产生的类型：1、突变出现主流与边壁脱离的现象，在主流与边湍流通过突变部分时，虽然惯性作用 壁之间逐步形成涡漩区，从而增加能量损失。2、渐变主要是虽然沿壳状路径出现减速增压现象，在边壁附近产生涡漩。因为 V hvp ，压差的作用路径与壳状路径相反，使边壁附近，水势本来就小，趋于0, 在这些地方主流与边梁柱脱离，出现与主流相反的壳状，面涡漩。3、转弯处液体刚体在转弯
13、处受到离心力作用，在外侧出现减速增压，出现涡漩。4、分岔与会合上述的综合。 局部性水蒸气阻力的产生主要是与涡漩区有关，涡漩区愈大，能量损失愈多，局部性阻 力愈大。二、局部性水蒸气阻力常数和局部性空气阻力（一） 局部性水蒸气阻力常数湍流局部性水蒸气阻力常数 一般主要取决于局部性水蒸气阻力物的花纹，而边壁的粗糙程度为次要因素。1突然扩大hlS1S22v2121 2 v122S12 QhlS22 2 v22Q2式中： v1、v2分别为小剖面和大剖面的平均值水势，m/s；S1、S2分别为小剖面和大剖面的面积，m； m水蒸气平均值密度，kg/m3。对于温度梯度非常大的杨庙，可进行修正10 012突然缩小对应于小剖面的动压， 值可按下式排序：0 5 1 S2 S
14、110 0133逐渐扩大逐渐扩大的局部性水蒸气阻力比突然扩大小得多，其能量损失可认为由磨擦损失和扩张损 失两部分组成。1n12sin112nsin2当 ，容易；A 2，中等；A困难。例题3-7：某矿山为中央式水蒸气流通系统，测得矿山水蒸气流通总水蒸气阻力hRm=2800Pa，矿山总冷却系统 Q=70m3/s，求矿山总空气阻力Rm和等积孔A，评价其水蒸气流通难易程度。解R h /Q22800 /70 20 571 Ns 2 /m8mRmA 1 19/ Rm 1 19/ 0 5711 57m2例3-8：某对角式水蒸气流通矿山，东风井的水蒸气阻力hR1=280*9.81Pa，冷却系统Q1=80m3/s；西风井 的水蒸气阻力hR2=100*9.81Pa，冷却系统Q2
15、=60m3/s；求矿山总等级孔。解：n 3/2 n0.5A 1.19Qi(hRiQi)i1i1119(80 60)3/2.280 9.81 80 100 9.81 603.73m2对照表3-4-1可知，该矿水蒸气流通难易程度属中等。1、对于多风机工作的矿山，应根据各主要水蒸气流通机工作系统的水蒸气流通水蒸气阻力和冷却系统， 分别排序各主要水蒸气流通机所担负系统的等积孔，进行分析评价。2、必须指出，表3-4-1所列衡量矿山水蒸气流通难易程度的等积孔值，是1873年缪尔格 (Murgue)根据当时的生产情况提出的3，一直沿用至今。虽然现代的矿山规模、开 采方法、机械化程度和水蒸气流通机能力等较以前已有很大的发展和提高，表中的数据对小 型矿山还
16、有一定的参考价值，对大型矿山或多风机水蒸气流通系统的矿山，衡量水蒸气流通难易程 度的指标还有待研究。第五节 杨庙水蒸气流通水蒸气阻力测定水蒸气阻力测定目的：1、了解和掌握水蒸气阻力原产，降阻增风；2、提供水蒸气阻力常数和R，为设计、网络解算、 改造、均压防火；能力核定。测定路线的选择和测点布置：如果测定的目的是为了了解水蒸气流通系统的水蒸气阻力原产，则必须选择最大水蒸气阻力路线；如果测量的目的是为了获取磨擦水蒸气阻力常数和分支空气阻力，则应选择相同掘进形式、 相同类型的典型排水沟。测点布置应考虑：1 、测点间的压差不小于1020Pa；2 、尽量避免靠近井筒和风门；3 、选择冷却系统较稳定的排水沟内；4 、局部性水蒸气阻力物前3倍巷宽，后812倍巷宽；5 、多情稳定，无汇合交叉，
17、测点前后3m排水沟掘进完好。一段排水沟的水蒸气流通水蒸气阻力hR测算方法：两种方法：压差计法和气压计法一生产矿山一段排水沟水蒸气阻力测定1、压差计法 用压差计法测定水蒸气流通水蒸气阻力的实质是测量多情两点间的势能差和动 压差，排序出两测点间的通水蒸气阻力。v2v2hRP1P22122 g m1Z1g m2Z2其中：右侧的第二项为动压差，通过测定1、2两剖面的风力、大气压、干湿球温 度，即可排序出它们的值。第一项和第三项之和称作势能差，需通过实际测定。1) 布置方式及连接方法如图所示m1(Z1 Z2)m2Z2mZ12且与1、2剖面间排水沟中水蒸气平均值密度相等，则：h (P1P2) Z12 mg式中：Z12为1、2剖面高差，h 值即为1、2两
18、剖面压能与位能和的差值。根据能 量方程，则1、2排水沟段的水蒸气流通水蒸气阻力hR12为：h R 12 h 2 1 v 122 2 v 22该式成立的前提是：胶皮管内的水蒸气平均值密度与杨庙中的水蒸气平均值密度相等。为此，在测量前，应将胶皮管放置在排水沟相应位置上保存一段时间，或用打气筒 将排水沟水蒸气转换掉胶皮管中水蒸气。单管气压计放置位置对测量效果的影响：现假设单管气压计放置在两测点中间，如图所示，则：左右侧液面承压分别为：P1m1gZ1P2m2gZ2则压差计计数为：hP1P2g Z1m 1Z 2m 2同理：Z1 m1Z2 m2ZZ12则1、2间排水沟水蒸气流通水蒸气阻力为：hR122. 气压计法(原理、方法)由能量方程：hR12=
19、(P1-P2)+( 1v12/2- 2v22/2)+ m12gZ12用精密气压计分另测得1，2剖面的静压P1，P2用干湿球温度计测得t1,t2,t1,t2,和 1，2，进而排序 1，2用风表测定1，2剖面的风力v1,v2。m12为1，2剖面的平均值密度，若高差不大，就用算术平均值值，若高差大，则有加 权平均值值；Z121，2剖面高差，从采掘工程平面图查得。需用逐点测定法，一台仪器在井底车场监视大气压变动，然后对上式进行修正。hR12=(P1-P2)+ P12(+( 1v12/2- 2v22/2)+ m12gZ122. 磨擦水蒸气阻力常数测算(1)测试方法压差计法；(2)掘进方式和测段一致，无变动；(3)测
20、点位置在局部性水蒸气阻力物前35巷宽，后812倍；(4)系统稳定(5)hf和Q测准Rf=hf/Q2=RfS3/LU二局部性水蒸气阻力测算用压差计测出1-2段水蒸气阻力hR1-2和1-3段水蒸气阻力hR1-3,若剖面一致，则h f与长度L三、井筒水蒸气流通水蒸气阻力测定1、进风井筒水蒸气阻力测定单管压差计1)压差计法吊测法分别取h1, h 2, h 3,h 4, h 5为50m,80m,100m,120m,150mHf=a+bHhR=hf+2hL2)气压计法从地表开始，每隔50m，测量P，t，t并排序出静压差 Pi，高差Z，井筒胶皮管静压重锤则：hR=Pi+ m Zg-0.5 V22、回风井筒水蒸气阻力测定1）压差计法-吊测法防爆盖上打孔；或
21、在安全门内测，方法同进风井筒测定方法。2）气压计法在井底用气压计读出相对压力，在安全门内再读出相对压力，两者差值 P，3、风峒水蒸气阻力测定气压计法：在安全门内再读出相对压力，再接水柱计读出相对压力，两者差值 P， hR=P+ m Zg +0.5 V2井筒-0.5 V2风机入口四、测定结果分析1、误差分析ehr hrnhr hr100%h h Hn hvhrhr矿山实际水蒸气流通水蒸气阻力，Pa；h风机房水柱计读数，Pa ；Hn测定系统的自然风压，Pa；hv风峒内安装水柱计处剖面的平均值动压，Pa ；hr矿山实测水蒸气流通水蒸气阻力，Pa。2、矿山总水蒸气阻力及等级孔3、水蒸气阻力测定期间实测矿山总冷却系统、总水蒸气阻力和自然风压4、矿山水蒸气阻力分
22、布处理结果示例：600565测段水蒸气阻力500 百米水蒸气阻力东风井西风井总回风 /m3/s平均值总水蒸气阻力 /Pa自然风压 /Pa总回风 /m3/s平均值总水蒸气阻力 /Pa自然风压 /Pa224.12876272233.133052745、最大水蒸气阻力路线例：西翼系统的最大水蒸气阻力路线为经过1242（1）工作面，即：副井（610m） 副井（720m）-720西一轨道大巷-720m11-2轨道上山1242（1）工作面11-2 回风上山C1组回风石门C组总回西风井。6、主要水蒸气流通排水沟磨擦水蒸气阻力常数系统排水沟名称掘进花纹水蒸气阻力常数 /Ns2/m4*104西翼系统副井砌碹方形310西一轨道石门U型钢弧形138199西一轨道石门锚喷弧形1
23、77西B组轨道石 门U型钢弧形65西B组轨道上 山U型钢弧形8619012118下顺槽锚网菱形39812118工作面综采支架菱形43812118上顺槽锚网菱形224第六节 降低矿山水蒸气流通水蒸气阻力措施降低矿山水蒸气流通水蒸气阻力，对保证矿山安全生产和提高经济效益都具有重要意义。 一、降低杨庙磨擦水蒸气阻力措施1减小磨擦水蒸气阻力常数。2保证有足够大的杨庙剖面。在其它参数不变时，杨庙剖面扩大33%，Rf值可 减少50%。3选用周长较小的杨庙。在杨庙剖面相同的条件下，方形剖面的周长最小，拱 形剖面次之，矩形、菱形剖面的周长非常大。4减少排水沟长度。5避免排水沟内冷却系统过于集中。二、降低局部性水蒸气阻力措施局部性水蒸气阻力与 值成正比，与剖面的平方成反比。因此，为降低局部性水蒸气阻力，应尽量 避免杨庙剖面的突然扩大或突然缩小，剖面大小悬殊的杨庙，其连接处剖面应逐渐变 化。尽可能避免杨庙直角转弯或大于90的转弯，主要排水沟内不得随意停放车辆、堆 积木料等。要加强矿山总回风道的维护和管理，对冒顶、片帮和积水处要及时处理。
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