项目三 井下空气压力测定与分析,任务1 测定并分析空气压力,项目三 井下空气压力测定与分析任务1 测定并分析空气压力,能力目标：,1、会测算空气的密度；,2、会计算井下风流中某点的压力值；,3、会测定井巷断面某一点的各种压力；,4、会利用速压的物理意义测算井巷的风速和井巷断面的速度场系数。,知识目标：,1、能理解并陈述空气的密度、比容、压力（压强）、黏性等基本概念和表达式；,2、能解释概述风流静压能、动能、位能和空气的静压、动压、位压的概念，并能解释其相互关系；,3、理解并能解释抽出式通风、压入式通风矿井中压力之间的关系；,4、能概述各种测压仪器的构造、原理和使用方法。,项目目标,能力目标：知识目标：项目目标,项目三 井下空气压力测定与分析,一、空气的主要物理参数,（一）空气的密度,单位体积空气所具有的质量称为空气的密度，用,来表示。即：,（3-1）,式中,空气的密度，kg/m,3,；,M,空气的质量，kg；,V,空气的体积，m,3,。,在标准大气状况下（,P,101325Pa，,t,O，0%），,干空气的密度为1.293 kg/m,3,。,项目三 井下空气压力测定与分析 一、空气的主要物理,湿空气密度的计算公式为：,湿,0.003484 （10.378,式中,P,空气的压力，Pa；,T,热力学温度（,T,273+,t,），K；,t,空气的温度，；,相对湿度，%；,P,饱,温度为,t,（）时的饱和水蒸气压力，pa。,由上式可见，压力越大，温度越低，空气密度越大。当压力和温度一定时，湿空气的密度总是小于干空气的密度,。,一般将空气压力为101325Pa，温度为20，相对湿度为60%的矿井空气称为,标准矿井空气，其密度为1.2kg/m,3,。,湿空气密度的计算公式为：湿0.003484 （,（二）空气的比容,单位质量空气所占有的体积叫空气的比容，用,（m,3,/kg）表示，,比容和密度互为倒数,，它们是一个状态参数的两种表达方式。即：,（,三）空气的压力（压强）,气体作用在单位面积上的力称为空气的压力，用,P,表示,。,（二）空气的比容（三）空气的压力（压强）,空气压力的单位为帕斯卡（Pa），简称帕，1 Pa=1N/m,2,。,压力较大时还有千帕（KPa）、兆帕（MPa），,1MPa=10,3,KPa=10,6,Pa。有的压力仪器也用百帕（hPa）,表示，1hPa=100Pa。,地面空气压力习惯称为大气压,。由于地球周围大气层的厚度高达数千千米，越靠近地表空气密度越大，空气分子数越多，分子热运动的平均动能越大，所以大气压力也越大。,此外，大气压力还与当地的气候条件有关，即便是同一地区，也会随季节不同而变化，甚至一昼夜内都有波动。,空气压力的单位为帕斯卡（Pa），简称帕，1 Pa=1N/m2,（,四）空气的粘性,当流体以任一流速在管道中流动时，靠近管道中心的流,层流速快，靠近管道壁的流层流速慢，相邻两流层之间的,接触面上便产生粘性阻力（内摩擦力），以阻止其相对运动，,流体具有的这一性质，称为流体的粘性。,在矿井通风中，用,动力粘性系数,和,运动粘性系数,（m,2,/s）表示空气粘性大小。,流体的粘性随温度和压力的变化而变化,。对空气而言，,粘性系数随温度的升高而增大，压力对粘性系数的影响可以,忽略。,当温度为20，压力为0.1MPa时，空气的动力粘性系数,=1.80810,-5,Pas；运动粘性系数=1.50110-5 m,2,/s,。,（四）空气的粘性,二、风流的能量及压力,矿井通风系统中，风流在井巷某断面上所具有的总机械能（包括静压能、动能和位能）及内能之和叫做,风流的能量,。,单位体积空气所具有的能够对外做功的机械能就是,压力,。,能量与压力即有区别又有联系，除了内能是以热的形式,存在于风流中外，其它三种能量一般通过压力来体现，也就,是说井巷任一通风断面上存在的,静压能、动能,和,位能,可用,静压、动压、位压,来呈现。,二、风流的能量及压力 矿井通风系统中，,（,一）静压能静压,1、静压能与静压的概念,由分子热运动理论可知，不论空气处于静止状态还是流动状态，空气分子都在做无规则的热运动。这种由空气分子热运动而使单位体积空气具有的对外做功的机械能量叫,静压能，,用,E,静,表示（J/m,3,）。,空气分子热运动不断地撞击器壁所呈现的压力（压强）称为静压力，简称,静压,，用,P,静,表示（N/m,2,，即Pa）。,由于静压是静压能的体现，二者分别代表着空气分子热运动所具有的外在表现和内涵，所以在,数值上大小相等,，静压是静压能的等效表示值。,（一）静压能静压,2、静压的特点,（1）只要有空气存在，不论是否流动都会呈现静压；,（2）由于空气分子向器壁撞击的机率是相同的，所以风流中任一点的静压各向同值，且垂直作用于器壁；,（3）静压是可以用仪器测量的，大气压力就是地面空气的静压值.,3、空气压力的两种测算基准,（1）,绝对压力,：以真空为基准测算的压力称为绝对压力，用,P,表示。由于以真空为零点，有空气的地方压力都大于零，所以绝对压力总是正值。,（2）,相对压力,：以当地当时同标高的大气压力为基准测算的压力称为相对压力，用,h,表示。对于矿井空气来说，井巷中空气的相对压力,h,就是其绝对压力,P,与当地当时同标高的地面大气压力,P,0,的差值。,2、静压的特点 3、空气压力的两种测算基准,（,二）动能动压,1、动能与动压的概念,空气做定向流动时具有,动能,，用,E,动,表示（J/m,3,），其动能所呈现的压力称为,动压,（或,速压,），用,h,动,（或,h,速,）表示，单位Pa。,2、动压的计算式,设某点空气密度为,（kg/m,3,），定向流动的流速为,v,（m/s），则单位体积空气所具有的动能为,E,动,，E,动,对外所呈现的动压为：,h,动,Pa,（二）动能动压 h动Pa,3、动压的特点,（1）只有做定向流动的空气才呈现出动压；,（2）动压具有方向性，仅对与风流方向垂直或斜交的平面施加压力。垂直流动方向的平面承受的动压最大，平行流动方向的平面承受的动压为零；,（3）在同一流动断面上，因各点风速不等，其动压各不相同；,（4）动压无绝对压力与相对压力之分，总是大于零。,3、动压的特点,（,三）位能位压,1、位能与位压的概念,单位体积空气在地球引力作用下，由于位置高度不同而具有的一种能量叫,位能,，用,E,位,（J/m,3,）表示。,位能所呈现的压力叫,位压,，用,P,位,（Pa）表示。,需要说明的是，位能和位压的大小，是相对于,某一个参照基准面,而言的，是相对于这个基准面所具有的能量或呈现的压力。,2、位压的计算式,12,gZ,12,，Pa,（三）位能位压2、位压的计算式 12gZ12，Pa,3、位压的特点,（1）位压只相对于基准面存在，是该断面相对于基准面的位压差。基准面的选取是任意的，因此位压可为正值，也可为负值。为了便于计算，一般将基准面设在所研究系统风流的最低水平。,（2）位压是一种潜在的压力，不能在该断面上呈现出来。在静止的空气中，上断面相对于下断面的位压，就是下断面比上断面静压的增加值，可通过测定静压差来得知。,（3）位压和静压可以相互转化。当空气从高处流向低处时，位压转换为静压；反之，当空气由低处流向高处时，部分静压将转化成位压。,（4）不论空气是否流动，上断面相对于下断面的位压总是存在的。,3、位压的特点,（,四）全压、势压和总压力,矿井通风中，为了研究方便，常把风流中某点的静压与动压之和称为,全压,；,将某点的静压与位压之和称为,势压,；,把井巷风流中任一断面（点）的静压、动压、位压之和称为该断面（点）的,总压力,。,井巷风流中两断面上存在的能量差即,总压力差,是风流之所以能够流动的根本原因，空气的流动方向总是从总压力大处流向总压力小处，而不是取决于单一的静压、动压或位压的大小。,（四）全压、势压和总压力,三、空气压力的测定,（一）测压仪器,在矿井通风测量仪器中，测定空气压力的便携式仪,器有三类：,1）测量,绝对压力,的,气压计,；,2）是测量,相对压力,的,压差计,和,皮托管,；,3）可同时测定,绝对压力、相对压力,的,精密气压计,或,矿井通风综合参数检测仪,等。,1、绝对压力测量仪器,最常用的是,空盒气压计,三、空气压力的测定（一）测压仪器1、绝对压力测量仪器,空盒气压计,常用的DYM3型空盒气压计的测压范围为80000108000Pa，最小分度为10Pa，经过校正后的测量误差不大于200Pa。因精度较低，一般只适用于粗略测量和空气密度测算。,空盒气压计 常用的DYM3型空盒气压计的测压范围为,2、相对压力测量仪器,测量井巷中（或管道内）某点的相对压力或两点的压力差时，一般需要用皮托管配合压差计来进行。压差计有U形压差计、单管倾斜压差计、补偿式微压计等。,1）皮托管,皮托管是承受和传递压力的工具。它由两个同心圆管相套组成，其结构如图所示。内管前端有中心孔，与标有“+”号的接头相通；外管前端侧壁上分布有一组小孔，与标有“-”号的接头相通，内外管互不相通。,2、相对压力测量仪器1）皮托管,U型倾斜压差计,2）U形压差计,有U形垂直压差计和U形倾斜压差计两种，构造如图所示。,U型倾斜压差计2）U形压差计,单管倾斜压差计,3）单管倾斜压差计,单管倾斜压差计3）单管倾斜压差计,补偿式微压计,4）补偿式微压计,补偿式微压计4）补偿式微压计,矿井通风参数检测仪,3、矿井通风综合参数检测仪,矿井通风参数检测仪3、矿井通风综合参数检测仪,技术参数,测量范围,测量分辨率,测量精度,绝对压力（Pa）,80000120000,10,100,压差（Pa）,2923,0.98,9.8,温度（）,-30+40,0.1,0.5,相对湿度（%）,5099,1.0,4.0,风速（m/s）,0.615,0.1,0.64(0.22%风速值),415(0.52%风速值),时间,月、日、时、分、秒,JFY型矿井通风综合参数检测仪技术参数表,技术参数测量范围测量分辨率测量精度绝对压力（Pa）80000,（二）风流点压力的测量及压力关系,1、风流点压力,点压力,静压,动压,全压,绝对静压（,P,静,),相对静压（,h,静,）,h,动,（无绝对、相对之分）,绝对全压（,P,全,）,相对全压（,h,全,）,（二）风流点压力的测量及压力关系点压力静压动压全压绝对静压（,2、绝对压力的测量及其相互关系,1）绝对静压,P,静,的测定,井巷风流中某点的绝对静压一般用空盒气压计、精密气压计或矿井通风综合参数测定仪测定。,2）动压,h,动,的测定,有两种方法：,（1）在通风井巷中，一般用风表测出该点的风速，利用式（2-9）计算动压。,（2）在通风管道中，可利用皮托管和压差计直接测出该点的动压。如图所示。,2、绝对压力的测量及其相互关系 2）动压h,3）绝对全压的测定,测出某点的绝对静压,P,静,和动压,h,动,之后，用下式计算该点的绝对全压,P,全,：,不论抽出式通风还是压入式通风，某一点的绝对全压等于绝对静压与动压的代数和。因动压为正值，所以绝对全压大于绝对静压。,P,全,P,静,h,动,3）绝对全压的测定 不论抽出式通风还是压入式,3、相对压力的测量及其相互关系,风流中某点的相对压力常用皮托管和压差计测定，其布置方法如图所示。,左图为压入式通风，右图为抽出式通风。,3、相对压力的测量及其相互关系,1）压入式通风中相对压力的测量及相互关系,相对静压：,h,静,P,静,P,0,相对全压：,h,全,P,全,P,0,动 压：,h,动,P,全,P,静,相对全压：,h,全,P,全,P,0,（,P,静,h,动,）,P,0,（,P,静,P,0,）,h,动,h,静,h,动,结论：就相对压力而言，压入式通风风流中某点的相对全压等于相对静压与动压的代数和。,1）压入式通风中相对压力的测量及相互关系结论：就相对压力而言,2）抽出式通风中相对压力的测量及相互关系,h,静,P,0,P,静,或 -,h,静,P,静,P,0,h,全,P,0,P,全,或 -,h,全,P,全,P,0,h,动