1、空氣動力學與通風原理（總學時40小時）一.課程的意義:1. 空氣是人體安全的需要： 重慶案例（日_時期）:1800余人死亡， 窒息事故是常見的事故z：河南大平煤礦148人；撫順西煤礦15人，2利用：可生產(chǎn)中生產(chǎn)的粉塵：SiO2硅肺（如 等）。3利用：可生產(chǎn)中生產(chǎn)的有毒有害氣體：女F1SO2、 H2S、NOx等。4利用：可生產(chǎn)中生產(chǎn)的高溫:現(xiàn)在撫順西露 天的逆溫問題。5利用：可生產(chǎn)中生產(chǎn)的高溫6.航空的載體二、主講內(nèi)容：專題1 空氣概述：溜分、性質(zhì)、能量變化規(guī)律等.專題2.空氣動力學基礎(chǔ)：主要介紹氣體運動的描述方法專題3通風網(wǎng)絡(luò)理論：實際上是圖論的基礎(chǔ)與通 風學的結(jié)合三、參考書1.2.3.4圖書

2、館.空氣動力學專題一空氣概述本章節(jié)主耍是為了課程的完整性，以及新進 入安全專業(yè)的同學而設(shè)的。有些內(nèi)容部分同學 實際上應(yīng)該學過了（本科）。§ 空氣的組成一大氣圈：由于地心引力而隨地球旋轉(zhuǎn)的大氣 層叫做大氣圈。（圖）本專題作業(yè)：復(fù)習:>1 空氣的物理參量:?2. 氣體狀態(tài)方程.°3. 波義耳定律.大學物理書中均有4. 查爾定律.5. 道爾頓定律.（Dalton） P=Pi+P2+Pn6格萊漢姆定律（Graham） /空氣的相對密度 某種氣體向空氣擴散的速率寸 該氣體的相對密度 某氣體相對密度二該氣體的界子量/標準氣體的分子量7比濕d的簡化：d=lOOOMw/Mad=622

3、0 Psa/ （P-0 PsaRa=287. 04J/（Kg. K）. Rw=461. 393J/（Kg. k）,&整理筆記，質(zhì)量濃度75. 55%23. 10%1. 27%0. 05%0.004%空氣是人類生活、動植物空氣生長和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不可 或缺的物質(zhì)、是地球上“獨有”的資源。那么，二、空氣成分 最多的二空氣成分：氣體組分有哪些？（潔凈的干空氣組分）體積濃度 N2：78.06% Ch：20.90%(3)Ar：0.93% CO2：0. 033% 氮氛氟氤、He Ne Kr Xe 0.003%甲烷一氧化氮CH4 N2O ) 氣體組分中還缺了一個組分，是什么？劣答案：h20是非常重要的一

4、個組分:在混合氣體中水蒸汽的濃度隨地區(qū)和季節(jié)而化。 其半均的體積濃度為1 %左右（最大（P =10% ） O 空氣中還有別的組分沒有？（固體混合物） 答案：粉塵、煙霧等（舉例）。通風要解決的問題就在于此。 還有沒有？（氣體的混入與空氣的物理化學變 化）當然有：在通常的空氣中，還有各種各樣其它氣體混入各個地點，有不同的空氣氣體混入 例如:裝修房屋：甲醛弟切化工廠：NH3、尿素等。鍋爐：S02、C0等:礦山；煤礦；CO、CM；金屬礦I丄I； CO、NH3、N20。 氣體混入：CO、CO2、H2S、NH3、CH4a.物理/變化 固體混入：各種作業(yè)產(chǎn)塵及大自然的飛塵氣象變化：空氣的溫、濕度的變化引起空

5、 氣體積和濃度的變化02 I:b化學變化：燃燒CO IH：CO2 I所有這些有害、有毒氣體均需要采用以通風為主的 方式去除。應(yīng)叫：潔凈干空氣小實驗：三、空氣成分的基本性質(zhì)1 .02：是無色、無味、無臭、無害而有益的氣體使 人呼吸所必需的物質(zhì)那么，02的影響有哪些呢？多大濃度下會導(dǎo)致人死 亡？有沒有規(guī)定的標準？(1) 。2對人體的影響：匚想'<15%：燈焰熄滅，人呼吸急促，善 02的體積濃度 < 脈搏加快、<10%：可使體弱者休克、死亡(2) 呼吸系數(shù)：人吸入空氣中的02,可供體內(nèi)食物氧化，生成新細胞，以維持生命，并-變成C02而呼出休息時：Q02>0. 25L/

6、min人的耗氧量工作時：Q02>l3L/niin人的勞動顯度可用呼吸系數(shù)表示：QC02：s:jA =Q02;：?其中入是系數(shù)Q02是吸入02量QC02是呼出C02扌垃入=1: 一般在勞動強度大時，人體內(nèi)的耗02量=呼 出的 C02 量02= QC02入=08、10： 般工作狀態(tài)下、勞動時文職人員工作或休息，取入=0.30.8之間一般對潔凈空間，如中日環(huán)境監(jiān)測總站由日本人監(jiān)工的的潔凈空間的空調(diào)系統(tǒng)。但對首鋼等重污染地 點的通風設(shè)計要求：A =1并有規(guī)定：每人每分鐘的供風量>4m3/min主指封閉空間，如：礦山、密閉車間（重慶在抗日時期（防空洞）的千人死亡事故:此規(guī)定的計算如下：丁；

7、人的耗氧量QO2取3L/min3貝牡通風量：Q= 4.35L/niin20.9% 取入=1吸入。2全部變成CO2吐出，則：QCO2=QO2 貝iJQO2=3 L/min的情況下，吐出的廢氣Q （CO2+N2）=14.35.若只供給該地區(qū)每人14. 35 L/uiin的新鮮風量，則lniin 后，該地區(qū)的空氣中，02濃度等于零，這是絕對不 允許的.所以一般的作業(yè)規(guī)程中（我國安全標準），要 蕓金. 求作業(yè)地點的C02>20%p*設(shè)混合氣體中，廢氣量所占的百分數(shù)為Cf20. 9則有（1-Cf） =20%100得Cf4 31%即，混合氣體中廢氣量應(yīng)小于Cfb=4. 31%. 當廢氣量Cf=14.

8、 35L/min時，對該地區(qū)的通風量，應(yīng)為: Q=14 35X100/4. 31=0. 333m3/min由于人的耗氧量只占該地區(qū)全部物質(zhì)總耗:r 氧量的一小部分，為了滿足該地區(qū)全部物質(zhì)的器刁 耗氧量。一般可查相應(yīng)的參數(shù)表，對于一般企 業(yè)（鋼鐵廠、燒廠、礦山等重污染空間）可 取：人耗氧量占該地區(qū)總耗氧屋的8. 3%o則得：D=100X0. 333/8.34 m3/min應(yīng)該注意，這是入=1,若是它空間入vi, 則應(yīng)根據(jù)上述方法，計算供風量，并進行通風管成 品設(shè)計。2. 常見的有毒、有害氣體:（1 ）有臭的氣體（四種）:NH3 （劇臭）、S03 （強烈硫磺臭）、H2S （壞雞蛋臭）、C03 （微

9、酸臭）（2）有味氣體（三種）:S02 （酸味）H2S （微甜）C02 （微酸）（3）水溶性氣體：S02>H2S>C02>N02>NH3>其中S02的水溶性相當于C02的46.5倍，所以常用洗 滌塔捕獲（4）爆炸性氣體：有四種在空氣中的爆炸界限體積濃度質(zhì)量濃度CH45.0-15.0%33-100g/m3CO12.5-74.0%145870g/ii2H2S4.3-45.5%60650g/ui3H24.0-75.6%33-64g/m3(5)有毒有害氣體按毒性大小可分為：N02>S02>H2S>C0>NH3NO2:和呼吸道上的水化合成硝酸H2O+N

10、O2HN03導(dǎo)致肺浮腫致命S02： H2SO4害眼氣體H2S：血液中毒致命一 高碑店事故CO：煤氣中毒NH3：眼、皮膚、呼吸道，有惡心感覺。U!、空氣成分的安全標準采用通風等方法，使各種氣體危害降到國家 安全衛(wèi)生標準，是通風除塵的主要任務(wù)之一，也 是衡量一個企業(yè)形象的標準。我國目前要求的標準是：工業(yè)企業(yè)設(shè)計安 全衛(wèi)生標準，其中幾種主要氣體與粉塵的安 全標準如下：分子量3216442846643417202CH4CO2CONO2SO2H2SNHaH2安全標準體積濃度()>20<0.5<0.5<0.0024<0.00025<0.0005<0.00066&l

11、t;0.004< 0.5 質(zhì)量濃度(mg/rn)>285714.3<3571.4<9821.4<30<5<15<10<30<44.64體積濃度（）質(zhì)量濃度lllg/zSiO2>10%W2粉塵SiO2<10%<10§12空氣的物理參量:定常空氣動力學在分析氣體問題時，將分子所 具有的體積和相互吸引力（為氣動彈性力學范 疇）因素忽略（影響很小），一般把多種氣 體看作成是沒有這兩個因素的理想氣體，其物 理參數(shù)較多，具體來講，比容、壓力和溫度是 三個最基本的參量。一、空氣的比容和密度：2：1、空氣的比容：:Vv=

12、rnVKg） （V是容積：血表示質(zhì)量）M2、空氣密度：M1p= = kg/rn3 =1. 2kg/m3V v3、空氣的重率：質(zhì)量為lkg的空氣受lm/s2加速 度的作用而產(chǎn)生的重力G,單位為N （牛頓）.G=Mg , NlKg.m/s2=lN空氣的重率r （又稱重度或容重）: 是單位容積空氣的重力公式：r=G/V=Mg/V=M/V. g=p g. g （N/m3）r=ll. 76N/in3=l. 3Kgf/m3二、空氣的壓力:?1、空氣靜壓（靜壓強）:是氣體分子間的壓力氐氣 體分子對器皿所施加的壓力。大氣壓力是地面靜止空氣的靜壓力，它等于單位 面積上空氣的重力。不同海拔高度的大氣壓010020

13、0300500100015002000大氣 壓力/kPa101.3100.198.997.795.489.884.679.72、絕對壓力和相對壓力絕對靜壓：是以真空狀態(tài)（恒為正值，標記 想殆 為Ps ）絕對零壓為比較基準的靜壓（Hs）即TIs>0則稱為正壓Hs 二Ps Po «、Hs0則稱為負壓3、動壓是因為空氣運動而產(chǎn)生，它恒為正值，并具有方向性。 當風速為Vg （m/s）單位體積空氣的質(zhì)量為p g（kg/rn3）則風流的動壓為：Hv=%p gv2 Pa4、全壓：即為第一點靜壓和動壓的疊加。標為 Pt:Pt=Ps+Hv若靜壓采用相對靜壓，則疊加后的風流壓力* 是相對全壓，Ht

14、Ht=Hs+Hv5、皮托管：測定管道風壓的主要工具6、壓力的測定：單位：lmmH20=9. 8Palatm=101. 3kPa=0. 1013MPa儀器:水銀氣壓計空盒氣壓計側(cè)大氣壓為，直接讀數(shù)即可 單管傾斜壓差計(圖)補償式微壓計(較精密)測壓差U形管壓差計溫度亦稱氣溫圖:溫度是氣體狀態(tài)的基本參數(shù)之一。氣體分子 的運動是熱運動。其運動動能大小，體現(xiàn)為氣體的冷熱程度，用參量T表示溫度(絕対)。 氣溫的表示方法有三種：1、攝氏°C (Calviuc)溫度t (°C):取標準大氣壓下 純水的冰點為零度(0°C)2、絕對溫度T (k):前人研究發(fā)現(xiàn)，當Ps (絕對靜壓:

15、 不變時，t每升1°C,氣體的Vg增加1 / 273. 15t每降1°C,氣體的Vg減少1 / 273. 15從理論上來說，當t=-273. 15°時，Vg=O,根據(jù)此 推論，得T=t + 273 15t + 273Kfs=W水max/Wg （或vg） g/in：3或g/kg3、華氏溫度（英美常用，亡） t =5 （t, -32）/9 /吸氣探頭測定見后頁、護罩探頭/四、空氣的濕度1、空氣濕度的意義： 絕對濕度fa單位容積或質(zhì)量的濕空氣中所含水蒸氣質(zhì)量的絕對值（QuP或g/kg）W水W水fa=或二g/kg或g/M（用的多）V一般：溫度（t）升高，體積（Vg）增大，

16、fa減小 飽和絕對溫度fs （可查表求出）單位容積或質(zhì) 量的濕空氣炳含飽利水蒸氣質(zhì)量（或水蒸氣最大質(zhì) 量）的絕對宿。可查曩隸出。 相對溫度q> 在同溫同壓下，空氣的fa和fs之比 值.即：（p = 1 0 0 fa / fs, % 是日常生活與生產(chǎn)中最常用的概念->knagcn, q> =?2 空氣溫度的測算7元15元/個直接讀數(shù)的溫度計電子表一加水后測 電子探頭一貴再搖溫度計查表法測定：風扇（實例）測出t干t溫按卜"表計算（pfs=W水max/Wg （或vg） g/in：3或g/kg五、空氣的內(nèi)能和恰:1.空氣的內(nèi)能：是指氣體內(nèi)部分子熱運動的動: 能（叫內(nèi)動能）和

17、由分子間相互吸引所產(chǎn)生時蒞 能（叫內(nèi)位能）的總和I kco | 千卡 （出制）=4. 1868kJM （kg）的 氣體內(nèi)能用U表示.kJ千焦1 KJ=1000J=10000N. m-lOOOW. S（瓦.秒）質(zhì)量為1 kg的氣體內(nèi)能用u表示.單位：kJ / kg. 即為： Vu=，KJ/kg氣體分子的內(nèi)動能取決于氣體的絕對溫度T動能越大，T ；而內(nèi)位能則決定于分子間的距離,即氣襪的比容vu是T和v的函數(shù)，即u=f （T. v）2空氣的焰/流動功i = Li +Ps. v kJ / kg內(nèi)矗 、氣體的比容（血/kg） （KJ / Kg）氣體的絕對靜壓（kpa）上式表明： 理想空氣的焙，是氣體的內(nèi)

18、動能11與流動功 PsV之和.PsV即為風流克服通風阻力的功. 氣體的焙就是由熱力狀態(tài)所決定的總能量.空氣的狀態(tài)一定時氣體的焰質(zhì)也一定. 關(guān)于焙的測算，我們將在§ 14章節(jié)中介紹.六空氣的比熱為了計算熱力過程的熱交換量,必須知道單位 數(shù)量的氣體熱容量或比熱.概念:質(zhì)量為lkg的氣體，升高或降低lk（絕對 溫度）是所吸收或放出的熱量，叫做氣體的質(zhì)量 比熱.dq(kg. k)cIt熱量不是氣體狀態(tài)參量，所以比熱也不是狀態(tài)裁 量而是氣體熱力變化過程的函數(shù).6 （等容比熱）1 等容過程中:psV=0（膨脹功=0）. dqt , f 111 , T ，所吸枚的熱量全部用來增加氣體的內(nèi)動能，T

19、.6 （等壓比熱）2 等壓過程:氣體可以膨脹，所 以所吸收的熱量除II外，還要克服外力做功，所以 q相等時，比熱容的T降低.3 比熱比k（絕熱指數(shù)）.Cp比熱比:k =或稱絕熱指數(shù).Cv每種氣體都各有一個幾乎不變的k,空氣k=l41.七空氣的粘性如圖,A和B是兩塊很大的平板， A板以no的速度向右（Y方向）水平 移動，帶動了兩板間的空氣向右移 移動，而且沿x方向的速度遞減,A板 處UA-max, B板處UB=min約等于0, 緊靠B板的空氣11約等于0,產(chǎn)生 這種情況的原因，即是由于空氣 具有粘性，如在EF處，形成一對 阻礙兩氣體層相對運動的等質(zhì)而 反向摩標力（f和-f）,叫做內(nèi)摩擦力。在X上

20、出現(xiàn)的速度變化率du/dx ,則稱為速度實踐證明，這種內(nèi)摩擦力與速度剃度，接觸臨啓 積 s均成正比，即：Af =± ug du/dx siig比例系數(shù)，又名絕對粘性系數(shù)"（Ps. s ）1 At2 動力：U隨氣溫和氣壓的變化而變化c此外，人們還常用運動粘性系數(shù)Vg表示氣體的 空I性，Vg = Ug p g 1112/S在標準大氣壓下的l以和Vg值如下表：八風速(-)管道中風流速度：速度場分布如右圖 (以后還要講解)(二)風速的測定儀器主要有葉式(翼狀)，杯式(松狀)風速計 熱球式風速計及卡池溫度計等。這些儀器對不同風速 有著各自的優(yōu)缺點：vg <0.2 m s /微風

21、嚴只能用卡池計Vg = 0.2 0.5 m/ s 低速風流采用葉式匚Vg =0.5 一 10 m/ s 中速風流J 為宜， :Vg =10 m/ S咼速風流 米用杯式為宜，(1) ,(2)注意校正表(1) 杯狀風速計：1可測0 .8 20 m/ s的風速 2方法:A:風速計轉(zhuǎn)動1 20min后B:歸零，按秒表，2min后固定+秒表(2) 葉式風速計:1 可測：0.5-15m/s2方法同上.熱球式風速計：1 可測范圍:0.5-15m/ s2. 原理：頭部為中-0. 5111111的玻璃球，球內(nèi)有2個:串接的熱電偶，根據(jù)散熱情況頂風速。:3. 特點：不甚準確，但查流邊界層有方便之處。(3) 卡池度一卡池計一卡池溫度計：由英國人