第二节 风流的能量与压力
能量与压力是通风工程中两个重要的基本概念，压力可以理解为：单位体积空气所具有的能够对外作功的机械能。
一、风流的能量与压力
1.静压能－静压
（1）静压能与静压的概念
空气的分子无时无刻不在作无秩序的热运动。这种由分子热运动产生的分子动能的一部分转化的能够对外作功的机械能叫静压能，J／m3，在矿井通风中，压力的概念与物理学中的压强相同，即单位面积上受到的垂直作用力。静压Pa=N/m2也可称为是静压能，值相等。
（2）静压特点
1)无论静止的空气还是流动的空气都具有静压力；2）风流中任一点的静压各向同值，且垂直于作用面；3）风流静压的大小（可以用仪表测量）反映了单位体积风流所具有的能够对外作功的静压能的多少。如说风流的压力为101332Pa，则指风流1m3具有101332J的静压能。
（3）压力的两种测算基准（表示方法）
根据压力的测算基准不同，压力可分为：绝对压力和相对压力。 1）绝对压力：以真空为测算零点（比较基准）而测得的压力称之为绝对压力，用 P 表示。2）相对压力：以当时当地同标高的大气压力为测算基准(零点)测得的压力称之为相对压力，即通常所说的表压力，用 h 表示。风流的绝对压力（P）、相对压力（h）和与其对应的大气压（）三者之间的关系如下式所示：
与
比较
a)绝对静压总是为正，而相对静压有正负之分；
b)同一断面上各点风流的绝对静压随高度的变化而变化，而相对静压与高度无关。
c)可能大于、等于或小于与该点同标高的大气压(
)。
2、重力位能
(1)重力位能的概念 物体在地球重力场中因地球引力的作用，由于位置的不同而具有的一种能量叫重力位能，简称位能，用表示。 如果把质量为
（kg）的物体从某一基准面提高
（m），就要对物体克服重力作功
（J），物体因而获得同样数量（
）的重力位能。即：
重力位能是一种潜在的能量，它只有通过计算得其大小，而且是一个相对值。实际工作中一般计算位能差。 （２）位能计算 重力位能的计算应有一个参照基准面。
如下图 1－２两断面之间的位能差：
（3)位能与静压的关系 当空气静止时（v=0），由空气静力学可知：各断面的机械能相等。设以2-2断面为基准面：
1-1断面的总机械能
2-2断面的总机械能
由得：
由于（2-2断面为基准面），
，
所以：
说明： 1)位能与静压能之间可以互相转化。2)在矿井通风中把某点的静压和位能之和称之为势能。
(4)位能的特点 1)位能是相对某一基准面而具有的能量，它随所选基准面的变化而变化。但位能差为定值。 2)位能是一种潜在的能量，它在本处对外无力的效应，即不呈现压力，故不能象静压那样用仪表进行直接测量。 3）位能和静压可以相互转化，在进行能量转化时遵循能量守恒定律。 3.动能－动压 (1)动能与动压的概念 当空气流动时，除了位能和静压能外，还有空气定向运动的动能，用Ev表示，J/m3；其动能所转化显现的压力叫动压或称速压，用符号hv表示，单位Pa。 (2)动压的计算 单位体积空气所具有的动能为：
式中：－－I点的空气密度，
；
－－I点的空气流速，m/s。
对外所呈现的动压
，其值相同。
（3）动压的特点
1）只有作定向流动的空气才具有动压，因此动压具有方向性。
2)动压总是大于零。垂直流动方向的作用面所承受的动压最大（即流动方向上的动压真值）；当作用面与流动方向有夹角时，其感受到的动压值将小于动压真值。
3）在同一流动断面上，由于风速分布的不均匀性，各点的风速不相等，所以其动压值不等。
4)某断面动压即为该断面平均风速计算值。
（４）全压
风道中任一点风流，在其流动方向上同时存在静压和动压，两者之和称之为该点风流的全压，即：全压＝静压＋动压。
由于静压有绝对和相对之分，故全压也有绝对和相对之分。
1)绝对全压（）
2)相对全压（）
说明：a)相对全压有正负之分；
b)无论正压通还是负压通风，
。
二、风流的点压力之间相互关系
风流的点压力是指测点的单位体积(1m3)空气所具有的压力。通风管道中流动的风流的点压力可分为：静压、动压和全压。风流中任一点i的动压、绝对静压和绝对全压的关系为：。
、
和
三者之间的关系为：
。 压入式通风（正压通风）：风流中任一点的相对全压恒为正。 ∵
and
∴
，
且
，
压入式通风的实质是使风机出口风流的能量增加，即出口风流的绝对压力大于风机进口的压力。抽出式通风（负压通风）：风流中任一点的相对全压恒为负，对于抽出式通风由于hti和hi为负，实际计算时取其绝对值进行计算。
∵ and
且
，但|
| < |
|
实际应用中，因为负通风风流的相对全压和相对静压均为负值，故在计算过程中取其绝对值进行计算 即：|| = |
|－
抽出式通风的实质是使风机入口风流的能量降低，即入口风流的绝对压力小于风机进口的压力。 风流点压力间的关系
例题2-2-1如图压入式通风风筒中某点i的，
，风筒外与i点同标高的
，求：(1) i点的绝对静压
；(2)i点的相对全压
；(3)i点的绝对静压
。
解：(1)
(2)
(3)
例题2-2-2 如图抽出式通风风筒中某点i的，
，风筒外与i点同标高的
，求：(1)i点的绝对静压
；(2)i点的相对全压
；(3)i点的绝对静压
。
解：(1) (2)
(3)
三、风流点压力的测定
１、矿井主要压力测定仪器仪表
（１）绝对压力测量：空盒气压计、精密气压计、水银气压计等。
（２）压差及相对压力测量：恒温气压计、“Ｕ”水柱计、补偿式微压计、倾斜单管压差计。
（３）感压仪器：皮托管，承受和传递压力，+ -测压
２、压力测定
（１）绝对压力－－直接测量读数。
（２）相对静压(以如图正压通风为例) （注意连接方法）：
推导如图?
以水柱计的等压面为基准面，设:i点至基准面的高度为
，胶皮管内的空气平均密度为
，胶皮管外的空气平均密度为ρm’；与i点同标高的大气压
。则水柱计等压面
两侧的受力分别为：水柱计左边等压面上受到的力：
水柱计右边等压面上受到的力：
；由等压面的定义有：
，即：
；若
有：∵
；若
有：
∵
对于负压通风的情况请自行推导（注意连接方法）：
说明：（1）水柱计上下移动时，hi保持不变；
（2）在风筒同一断面上、下移动皮托管，水柱计读数不变，说明同一断面上 hi 相同；
（3）相对全压、动压测量
测定连接如图（说明连接方法及水柱高度变化）
