1、項目三 井下空氣壓力測定與分析 任務1 測定并分析空氣壓力能力目標：能力目標：1、會測算空氣的密度；2、會計算井下風流中某點的壓力值；3、會測定井巷斷面某一點的各種壓力；4、會利用速壓的物理意義測算井巷的風速和井巷斷面的速度場系數。知識目標：知識目標：1、能理解并陳述空氣的密度、比容、壓力（壓強）、黏性等基本概念和表達式；2、能解釋概述風流靜壓能、動能、位能和空氣的靜壓、動壓、位壓的概念，并能解釋其相互關系；3、理解并能解釋抽出式通風、壓入式通風礦井中壓力之間的關系；4、能概述各種測壓儀器的構造、原理和使用方法。項目目標項目三 井下空氣壓力測定與分析 一、空氣的主要物理參數一、空氣的主要物理參

2、數 （一）空氣的密度（一）空氣的密度單位體積空氣所具有的質量稱為空氣的密度，用來表示。即： （3-1）式中 空氣的密度，kg/m3； M空氣的質量，kg； V空氣的體積，m3。VM=在標準大氣狀況下（P101325Pa，tO， 0% ） ， 干空氣的密度為干空氣的密度為1.293 kg/m3。 濕空氣密度的計算公式為：濕空氣密度的計算公式為： 濕0.003484 （10.378TPPP飽式中 P空氣的壓力，Pa； T熱力學溫度（T273+t），K； t 空氣的溫度，； 相對濕度，%； P飽溫度為t（）時的飽和水蒸氣壓力，pa。 由上式可見，壓力越大，溫度越低，空氣密度越大。當壓力和溫度一定時，

3、濕空氣的密度總是小于干空氣的密度。 一般將空氣壓力為101325Pa，溫度為20，相對濕度為60%的礦井空氣稱為標準礦井空氣，其密度為標準礦井空氣，其密度為1.2kg/m1.2kg/m3 3。 （二）空氣的比容（二）空氣的比容 單位質量空氣所占有的體積叫空氣的比容，用單位質量空氣所占有的體積叫空氣的比容，用 （m m3 3/kg/kg）表示，）表示，比容和密度互為倒數比容和密度互為倒數，它們是一個狀，它們是一個狀態參數的兩種表達方式。即：態參數的兩種表達方式。即： 1MV （三）空氣的壓力（壓強）三）空氣的壓力（壓強） 氣體作用在單位面積上的力稱為空氣的壓力，用氣體作用在單位面積上的力稱為空氣

4、的壓力，用P P表示表示。 空氣壓力的單位為帕斯卡（Pa），簡稱帕，1 Pa=1N/m2。壓力較大時還有千帕（KPa）、兆帕（MPa），1MPa=103KPa=106 Pa。有的壓力儀器也用百帕（hPa）表示，1hPa=100Pa。 地面空氣壓力習慣稱為大氣壓。由于地球周圍大氣層的厚度高達數千千米，越靠近地表空氣密度越大，空氣分子數越多，分子熱運動的平均動能越大，所以大氣壓力也越大。 此外，大氣壓力還與當地的氣候條件有關，即便是同一地區，也會隨季節不同而變化，甚至一晝夜內都有波動。 （四）空氣的粘性四）空氣的粘性 當流體以任一流速在管道中流動時，靠近管道中心的流層流速快，靠近管道壁的流層流速慢

5、，相鄰兩流層之間的接觸面上便產生粘性阻力（內摩擦力），以阻止其相對運動，流體具有的這一性質，稱為流體的粘性。 在礦井通風中，用動力粘性系數和運動粘性系數（m2/s）表示空氣粘性大小。 流體的粘性隨溫度和壓力的變化而變化。對空氣而言，粘性系數隨溫度的升高而增大，壓力對粘性系數的影響可以忽略。 當溫度為20，壓力為0.1MPa時，空氣的動力粘性系數=1.80810-5 Pas；運動粘性系數 =1.50110-5 m2/s。 二二 、風流的能量及壓力、風流的能量及壓力 礦井通風系統中，風流在井巷某斷面上所具有的總機械礦井通風系統中，風流在井巷某斷面上所具有的總機械能（包括靜壓能、動能和位能）及內能之

6、和叫做能（包括靜壓能、動能和位能）及內能之和叫做風流的能量風流的能量。 單位體積空氣所具有的能夠對外做功的機械能就是單位體積空氣所具有的能夠對外做功的機械能就是壓力壓力。 能量與壓力即有區別又有聯系，除了內能是以熱的形式能量與壓力即有區別又有聯系，除了內能是以熱的形式存在于風流中外，其它三種能量一般通過壓力來體現，也存在于風流中外，其它三種能量一般通過壓力來體現，也就就是說井巷任一通風斷面上存在的是說井巷任一通風斷面上存在的靜壓能、動能靜壓能、動能和和位能位能可用可用靜壓、動壓、位壓靜壓、動壓、位壓來呈現。來呈現。 （一）靜壓能一）靜壓能靜壓靜壓 1 1、靜壓能與靜壓的概念、靜壓能與靜壓的概念

7、 由分子熱運動理論可知，不論空氣處于靜止狀態還是流由分子熱運動理論可知，不論空氣處于靜止狀態還是流動狀態，空氣分子都在做無規則的熱運動。這種由空氣分子動狀態，空氣分子都在做無規則的熱運動。這種由空氣分子熱運動而使單位體積空氣具有的對外做功的機械能量叫熱運動而使單位體積空氣具有的對外做功的機械能量叫靜壓靜壓能，能，用用E E靜靜表示（表示（J/mJ/m3 3）。）。 空氣分子熱運動不斷地撞擊器壁所呈現的壓力（壓強）空氣分子熱運動不斷地撞擊器壁所呈現的壓力（壓強）稱為靜壓力，簡稱稱為靜壓力，簡稱靜壓靜壓，用，用P P靜靜表示（表示（N/mN/m2 2，即，即PaPa）。）。 由于靜壓是靜壓能的體現

8、，二者分別代表著空氣分子熱由于靜壓是靜壓能的體現，二者分別代表著空氣分子熱運動所具有的外在表現和內涵，所以在運動所具有的外在表現和內涵，所以在數值上大小相等數值上大小相等，靜，靜壓是靜壓能的等效表示值。壓是靜壓能的等效表示值。 2 2、靜壓的特點、靜壓的特點 （1）只要有空氣存在，不論是否流動都會呈現靜壓； （2）由于空氣分子向器壁撞擊的機率是相同的，所以風流中任一點的靜壓各向同值，且垂直作用于器壁； （3）靜壓是可以用儀器測量的，大氣壓力就是地面空氣的靜壓值. 3 3、空氣壓力的兩種測算基準、空氣壓力的兩種測算基準（1）絕對壓力：以真空為基準測算的壓力稱為絕對壓力，用P表示。由于以真空為零點

9、，有空氣的地方壓力都大于零，所以絕對壓力總是正值。（2）相對壓力：以當地當時同標高的大氣壓力為基準測算的壓力稱為相對壓力，用h表示。對于礦井空氣來說，井巷中空氣的相對壓力h就是其絕對壓力P與當地當時同標高的地面大氣壓力P0的差值。 （二）動能二）動能動壓動壓 1 1、動能與動壓的概念、動能與動壓的概念 空氣做定向流動時具有動能，用E動表示（J/m3），其動能所呈現的壓力稱為動壓（或速壓），用h動（或h速）表示，單位Pa。 2 2、動壓的計算式、動壓的計算式 設某點空氣密度為（kg/m3），定向流動的流速為v（m/s），則單位體積空氣所具有的動能為E動，E動對外所呈現的動壓為： h動動221vP

10、a 3 3、動壓的特點、動壓的特點 （1）只有做定向流動的空氣才呈現出動壓； （2）動壓具有方向性，僅對與風流方向垂直或斜交的平面施加壓力。垂直流動方向的平面承受的動壓最大，平行流動方向的平面承受的動壓為零； （3）在同一流動斷面上，因各點風速不等，其動壓各不相同； （4）動壓無絕對壓力與相對壓力之分，總是大于零。 （三）位能三）位能位壓位壓 1、位能與位壓的概念 單位體積空氣在地球引力作用下，由于位置高度不同而具有的一種能量叫位能，用E位（J/m3）表示。 位能所呈現的壓力叫位壓，用P位（Pa）表示。 需要說明的是，位能和位壓的大小，是相對于某一個參照基準面而言的，是相對于這個基準面所具有的

11、能量或呈現的壓力。2 2、位壓的計算式、位壓的計算式 VMgZP1212位12gZ12，Pa 3 3、位壓的特點、位壓的特點（1）位壓只相對于基準面存在，是該斷面相對于基準面的位壓差。基準面的選取是任意的，因此位壓可為正值，也可為負值。為了便于計算，一般將基準面設在所研究系統風流的最低水平。（2）位壓是一種潛在的壓力，不能在該斷面上呈現出來。在靜止的空氣中，上斷面相對于下斷面的位壓，就是下斷面比上斷面靜壓的增加值，可通過測定靜壓差來得知。（3）位壓和靜壓可以相互轉化。當空氣從高處流向低處時，位壓轉換為靜壓；反之，當空氣由低處流向高處時，部分靜壓將轉化成位壓。（4）不論空氣是否流動，上斷面相對于

12、下斷面的位壓總是存在的。 （四）全壓、勢壓和總壓力四）全壓、勢壓和總壓力 礦井通風中，為了研究方便，常把風流中某點的靜壓與動壓之和稱為全壓； 將某點的靜壓與位壓之和稱為勢壓； 把井巷風流中任一斷面（點）的靜壓、動壓、位壓之和稱為該斷面（點）的總壓力。 井巷風流中兩斷面上存在的能量差即總壓力差是風流之所以能夠流動的根本原因，空氣的流動方向總是從總壓力大處流向總壓力小處，而不是取決于單一的靜壓、動壓或位壓的大小。三、空氣壓力的測定三、空氣壓力的測定 （一）測壓儀器（一）測壓儀器 在礦井通風測量儀器中，測定空氣壓力的便攜式儀 器有三類： 1）測量絕對壓力絕對壓力的氣壓計氣壓計； 2）是測量相對壓力相

13、對壓力的壓差計壓差計和皮托管皮托管； 3）可同時測定絕對壓力、相對壓力絕對壓力、相對壓力的精密氣壓計精密氣壓計或 礦井通風綜合參數檢測儀礦井通風綜合參數檢測儀等。1、絕對壓力測量儀器 最常用的是最常用的是空盒氣壓計空盒氣壓計 空盒氣壓計空盒氣壓計 常用的DYM3型空盒氣壓計的測壓范圍為80000108000Pa，最小分度為10Pa，經過校正后的測量誤差不大于200Pa。因精度較低，一般只適用于粗略測量和空氣密度測算。2 2、相對壓力測量儀器、相對壓力測量儀器 測量井巷中（或管道內）某點的相對壓力或兩點的壓力差時，一般需要用皮托管配合壓差計來進行。壓差計有U形壓差計、單管傾斜壓差計、補償式微壓計

14、等。1 1）皮托管）皮托管 皮托管是承受和傳遞壓力的工具。它由兩個同心圓管相套組成，其結構如圖所示。內管前端有中心孔，與標有“+”號的接頭相通；外管前端側壁上分布有一組小孔，與標有“-”號的接頭相通，內外管互不相通。 U型傾斜壓差計型傾斜壓差計2 2）U U形壓差計形壓差計有U形垂直壓差計和U形傾斜壓差計兩種，構造如圖所示。單管傾斜壓差計單管傾斜壓差計3 3）單管傾斜壓差計）單管傾斜壓差計 補償式微壓計補償式微壓計4 4）補償式微壓計）補償式微壓計 礦井通風參數檢測儀礦井通風參數檢測儀3 3、礦井通風綜合參數檢測儀、礦井通風綜合參數檢測儀 技術參數技術參數測量范圍測量范圍測量分辨率測量分辨率測

15、量精度測量精度絕對壓力（絕對壓力（PaPa）8000012000010100壓差（壓差（PaPa）29230.989.8溫度（溫度（）-30+400.10.5相對濕度（相對濕度（%）50991.04.0風速（風速（m/sm/s）0.6150.10.64(0.22%風速值)415(0.52%風速值)時間時間月、日、時、分、秒JFYJFY型礦井通風綜合參數檢測儀技術參數表型礦井通風綜合參數檢測儀技術參數表 （二）風流點壓力的測量及壓力關系（二）風流點壓力的測量及壓力關系1、風流點壓力、風流點壓力 點壓力點壓力靜壓靜壓動壓動壓全壓全壓絕對靜壓（絕對靜壓（P靜靜)相對靜壓（相對靜壓（h靜靜）h動動（無

16、絕對、相對之分）（無絕對、相對之分）絕對全壓（絕對全壓（P全全）相對全壓（相對全壓（h全全） 2 2、絕對壓力的測量及其相互關系、絕對壓力的測量及其相互關系 1 1）絕對靜壓）絕對靜壓P P 靜靜的測定的測定 井巷風流中某點的絕對靜壓一般用空盒氣壓計、精密氣壓計或礦井通風綜合參數測定儀測定。 2 2）動壓）動壓h h 動動的測定的測定 有兩種方法： （1）在通風井巷中，一般用風表測出該點的風速，利用式（2-9）計算動壓。 （2）在通風管道中，可利用皮托管和壓差計直接測出該點的動壓。如圖所示。 3 3）絕對全壓的測定）絕對全壓的測定 測出某點的絕對靜壓P靜和動壓h動之后，用下式計算該點的絕對全壓

17、P全： 不論抽出式通風還是壓入式通風，某一點的絕對全壓等于絕對靜壓與動壓的代數和。因動壓為正值，所以絕對全壓大于絕對靜壓。 P P全全P P靜靜h h動動3 3、相對壓力的測量及其相互關系、相對壓力的測量及其相互關系 風流中某點的相對壓力常用皮托管和壓差計測定，其布置方法如圖所示。 左圖為壓入式通風，右圖為抽出式通風。 1 1）壓入式通風中相對壓力的測量及相互關系）壓入式通風中相對壓力的測量及相互關系相對靜壓：h靜P靜P0 相對全壓：h全P全P0 動 壓：h動P全P靜 相對全壓：h全P全P0 （P靜h動）P0 （P靜P0）h動 h靜h動 結論：就相對壓力而言，壓入式通風風流中某點的相對全結論：

18、就相對壓力而言，壓入式通風風流中某點的相對全壓等于相對靜壓與動壓的代數和。壓等于相對靜壓與動壓的代數和。 2 2）抽出式通風中相對壓力的測量及相互關系）抽出式通風中相對壓力的測量及相互關系h h靜靜P P0 0P P靜靜 或或 - -h h靜靜P P靜靜P P0 0h h全全P P0 0P P全全 或或 - -h h全全P P全全P P0 0h h動動P P全全P P靜靜 h h全全P P0 0P P全全 P P0 0（P P靜靜h h動動） （P P0 0P P靜靜）h h動動 h h靜靜h h動動 結論：就相對壓力而言，抽出式通風風流中某點的結論：就相對壓力而言，抽出式通風風流中某點的相對全壓等于相對靜壓減去動壓。相對全壓等于相對靜壓減去動壓。 例1、在壓入式通風風筒中，測得風流中某點的相在壓入式通風風筒中，測得風流中某點的相對靜壓對靜壓h h靜靜1200Pa1200Pa，動壓，動壓h h動動100Pa100Pa，風筒外與，風筒外與該點同標高的大氣壓力該點同標高的大氣壓力P P0 098000Pa98000Pa，求該點的，求該點的P P靜靜、h h全全、P P全全分別是多少？分別是多少？解：解：（1）P靜P0h靜98000120096800 Pa （2）h全h靜h動12001001100 Pa （3）P全P0h全98000110096900 Pa 或P全P靜h動