矿井通风阻力计算方法
矿井通风阻力
第一节通风阻力产生的原因
当空气沿井巷运动时，由于风流的粘滞性和惯性以及井巷壁面等对风流的阻滞、扰动作用而形成通风阻力，它是造成风流能量损失的原因。
井巷通风阻力可分为两类：摩擦阻力(也称为沿程阻力)和局部阻力。
一、风流流态（以管道流为例）
同一流体在同一管道中流动时，不同的流速，会形成不同的流动状态。当流速较低时，流体质点互不混杂，沿着与管轴平行的方向作层状运动，称为层流(或滞流)。当流速较大时，流体质点的运动速度在大小和方向上都随时发生变化，成为互相混杂的紊乱流动，称为紊流(或湍流)。(降低风速的原因)
(二)、巷道风速分布
由于空气的粘性和井巷壁面摩擦影响，井巷断面上风速分布是不均匀的。
在同一巷道断面上存在层流区和紊区，在贴近壁面处仍存在层流运动薄层，即层流区。在层流区以外，为紊流区。从巷壁向巷道轴心方向，风速逐渐增大，呈抛物线分布。
巷壁愈光滑，断面上风速分布愈均匀。
第二节摩擦阻力与局部阻力的计算
一、摩擦阻力
风流在井巷中作沿程流动时，由于流体层间的摩擦和流体与井巷壁面之间的摩擦所形成的阻力称为摩擦阻力(也叫沿程阻力)。
由流体力学可知，无论层流还是紊流，以风流压能损失（能量损失）来反映的摩擦阻力可用下式来计算：
H f =λ×L/d×ρν2/2pa
λ——摩擦阻力系数。
L——风道长度，m
d——圆形风管直径，非圆形管用当量直径；
ρ——空气密度，kg/m3
ν2——断面平均风速，m/s；
1、层流摩擦阻力：层流摩擦阻力与巷道中的平均流速的一次方成正比。因井下多为紊流，故不详细叙述。
2、紊流摩擦阻力：对于紊流运动，井巷的摩擦阻力计算式为：
H f =α×LU/S3×Q2 =R f×Q2pa
R f=α×LU/S3
α——摩擦阻力系数，单位kgf·s2/m4或N·s2/m4，kgf·s2/m4=9.8N·s2/m4 L、U——巷道长度、周长，单位m；
S——巷道断面积，m2
Q——风量，单位m/s
R f——摩擦风阻，对于已给定的井巷，L，U，S都为已知数，故可把上式中的α，L，U，S 归结为一个参数R f，其单位为：kg/m7 或N·s2/m8
3、井巷摩擦阻力计算方法
新建矿井：查表得α→h f→R f
生产矿井：已测定的h f→R f→α，再由α→h f→R f
二、局部阻力
由于井巷断面，方向变化以及分岔或汇合等原因，使均匀流动在局部地区受到影响而破坏，从而引起风流速度场分布变化和产生涡流等，造成风流的能量损失，这种阻力称为局部阻力。由于局部阻力所产生风流速度场分布的变化比较复杂性，对局部阻力的计算一般采用经验公式。
1、几种常见的局部阻力产生的类型：
（1）、突变
紊流通过突变部分时，由于惯性作用，出现主流与边壁脱离的现象，在主流与边壁之间形成涡漩区，从而增加能量损失。
（2）、渐变
主要是由于沿流动方向出现减速增压现象，在边壁附近产生涡漩。因为压差的作用方向与流动方向相反，使边壁附近，流速本来就小，趋于0，在这些地方主流与边壁面脱离，出现与主流相反的流动，面涡漩。
（3）、转弯处
流体质点在转弯处受到离心力作用，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，局部阻力愈大。
二、局部阻力的计算
不同类型的局部阻力计算公式基本一致，但系数取值不一样，在实际设计计算中，局部阻力取巷道摩擦总阻力的20%。
第三节矿井通风阻力的计算步骤
一、阻力计算路线确定
1、根据矿井通风流程和风量大小，确定阻力最大和最小的路线。通风路线中，不得有人为增阻调风的通风设施。
2、依照确定的阻力计算的路线，对各节点进行编号。
二、数据收集
1、计算各用风地点需风量及矿井总需风量，然后确定计算路线中各巷道通过风量。
2、根据矿井实际情况，对计算路线中各巷道断面积、长度、周长、摩擦阻力系数进行取值。
三、计算矿井通风阻力
1、计算摩擦阻力
H f =α×LU/S3×Q2 =R f×Q2pa
R f=α×LU/S3
α——摩擦阻力系数，单位kgf·s2/m4或N·s2/m4，kgf·s2/m4=9.8N·s2/ m4 L、U——巷道长度、周长，单位m；
S——巷道断面积，m2
Q——风量，单位m/s
R f——摩擦风阻，对于已给定的井巷，L，U，S都为已知数，故可把上式中的α，L，U，S 归结为一个参数R f，其单位为：kg/m7 或N·s2/m8
2、计算局部阻力
H L =0.2 H f
3、计算矿井总阻力
Ht = H f + H L + H Rat + H N
H Rat——扇风机附属装置（风峒、扩散器等）的阻力，一般取20mm
H N——矿井自然风压，我们公司矿井一般取10mm
4、计算矿井等积孔
A = 0.38Q/H t0。5
Q——矿井总排风量，单位立方米/秒
Ht ——矿井总阻力，单位毫米水柱
第四节降低矿井通风阻力措施
降低矿井通风阻力，对保证矿井安全生产和提高经济效益都具有重要意义。
一、降低井巷摩擦阻力措施
1、减小摩擦阻力系数α。
2、保证有足够大的井巷断面。在其它参数不变时，井巷断面扩大33%，Rf值可减少50%。
3、选用周长较小的井巷。在井巷断面相同的条件下，圆形断面的周长最小，拱形断面次之，矩形，梯形断面的周长较大。
4、减少巷道长度。
5、避免巷道内风量过于集中。
二、降低局部阻力措施
局部阻力与ξ值成正比，与断面的平方成反比。因此，为降低局部阻力，应尽量避免井巷断面的突然扩大或突然缩小，断面大小悬殊的井巷，其连接处断面应逐渐变化。尽可能避免井巷直角转弯或大于90°的转弯，主要巷道内不得随意停放车辆，堆积木料等。要加强矿井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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