第三节  局部风阻与阻力

 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。

 一、局部阻力及其计算和摩擦阻力类似，局部阻力hl一般也用动压的倍数来表示：

     

 式中：ξ——局部阻力系数，无因次。层流ξ

 计算局部阻力，关键是局部阻力系数确定，因v=Q/S,当ξ确定后，便可用

        

 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 V↓ → hv ↓→  p ↑，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、局部阻力系数和局部风阻

１、局部阻力系数ξ

 紊流局部阻力系数ξ一般主要取决于局部阻力物的形状，而边壁的粗糙程度为次要因素。

 1)突然扩大

或                             

 式中： v1、v2——分别为小断面和大断面的平均流速，m/s；

        S1、S2——分别为小断面和大断面的面积，m；

        ρm——空气平均密度，kg/m3。

对于粗糙度较大的井巷，可进行修正 

 2)突然缩小

 对应于小断面的动压     ，ξ值可按下式计算

 

                                     

  3)逐渐扩大

  逐渐扩大的局部阻力比突然扩大小得多，其能量损失可认为由摩擦损失和扩张损失两部分组成。

 当Θ＜20°时，渐扩段的局部阻力系数ξ可用下式求算：

 式中  α—风道的摩擦阻力系数，Ns2/m4；

       n—风道大、小断面积之比，即Ｓ2／Ｓ1；

       θ—扩张角。     

4．转弯

巷道转弯时的局部阻力系数(考虑巷道粗糙程度)可按下式计算：

当巷高与巷宽之比H/b=0.2～1.0 时，

 

 当 H/b=1～2.5  时

 式中  ξ0——假定边壁完全光滑时，90°转弯的局部阻力系数，其值见表3-3-1；

     α——巷道的摩擦阻力系数，N.s2/m4；

     β——巷道转弯角度影响系数，见表3-3-2。

 5、风流分叉与汇合

 （1）风流分叉

  典型的分叉巷道如图所示，1～2段的局部阻力hl１～2和1～3段的局部阻力hl１～3分别用下式计算：

                                                                     

 (2)风流汇合

 如图所示，1～3段和2～3段的局部阻力hl１～3、hl2～3分别按下式计算：

                                                          

 式中：                        

 2 、局部风阻

 在局部阻力计算式中，令                   

 则有：                                             

 式中Rl称为局部风阻，其单位为N.s2/m8或kg/m7。

 此式表明，在紊流条件下局部阻力也与风量的平方成正比