第三章  井巷通风阻力

 教学重点及难点：                                          能量方程在矿井中的应用---边界条件、压力坡度图                   摩擦阻力和局部阻力产生的原因和测算

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。                                

                       第一节  井巷断面上风速分布

一、风流流态

1、管道流

 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)。

 （１）雷诺数－Re 

 式中：平均流速v、管道直径d和流体的运动粘性系数v。

 在实际工程计算中，为简便起见，通常以Re=2300作为管道流动流态的判定准数，即：

  Re≤2300    层流，    Re＞2300    紊流

 （２）当量直径

 对于非圆形断面的井巷，Re数中的管道直径d应以井巷断面的当量直径de来表示：

 因此，非圆形断面井巷的雷诺数可用下式表示： 对于不同形状的井巷断面，其周长U与断面积S的关系，可用下式表示：

 式中：C—断面形状系数：梯形C=4.16；三心拱C=3.85；半圆拱C=3.90。（举例见P38）

 2、孔隙介质流

 在采空区和煤层等多孔介质中风流的流态判别准数为：

 式中：K—冒落带渗流系数，m；l—滤流带粗糙度系数，m。

 层流，Re≤0.25； 紊流，Re＞2.5；过渡流0.25<Re<2.5

 二、井巷断面上风速分布

 １、紊流脉动

 风流中各点的流速、压力等物理参数随时间作不规则

 ２、时均速度

 瞬时速度vx随时间τ的变化。其值虽然不断变化，但在一足够长的时间段T内,流速vx总是围绕着某一平均值上下波动。

  3、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。

 层流边层：在贴近壁面处仍存在层流运动薄层，即层流边层。其厚度δ随Re增加而变薄，它的存在对流动阻力、传热和传质过程有较大影响。

 在层流边层以外，从巷壁向巷道轴心方向，风速逐渐增大，呈抛物线分布。

 平均风速：            

 式中：

巷道通过风量Q。

 则：Q＝V×S

 风速分布系数：断面上平均风速v与最大风速vmax的比值称为风速分布系数(速度场系数)，用Kv表示：

巷壁愈光滑，Kv值愈大，即断面上风速分布愈均匀。

砌碹巷道，Kv=0.8～0.86；木棚支护巷道，Kv=0.68～0.82；

无支护巷道，Kv=0.74～0.81。