课程名称：《矿井通风与安全》摘要第五章，风网中风流基本规律和风量自然分配第一节风网的基本术语和形式第二节风网中风流的普遍规律授课题目（章、节）第三节简单风网中风流的特殊规律第四节复杂风网中风流的稳定性第三节复杂风网中自然分配风量计算本讲目的要求及重点难点：【目的要求】通过本章的学习，要求学生了解和掌握矿井通风网路及网路解算。【重点】串并联网路、角联网路解算。【难点】角联网路解算和自然分配风量计算。内容【本讲课程的引入】矿井井下多条巷道相互交错，落实到采掘工程平面图上便构成了通风网路怎样来计算矿井总的通风阻力和总风阻呢？怎样计算不同采区的通风阻力和总风阻呢？这一章就是教我们解决这个问题的【本讲课程内容】第五章风网中风流基本规律和风量自然分配由若干风道和交汇点构成的通风网格叫风网。在全矿井的风网中，风量分配有两种，一种是按需分配，一种是自然分配。按需分配一一根据井下各个用风地点的实际需要进行分配的方法，为了保证这种分配，必须采取一系列的控制措施，井下大部分风路中的风量用这种方法分配。自然分配一一取决于风网中各风路的风阻比例关系，不加控制，任风量自然的进行分配的方法，多用于矿井的进风和回风风网中，但必须保证井下各个用风地点实现按需风配量。第一节风网的基本术语和形式一、基本术语1、节点：三条或三条以上风道的交点，断面和支护方式不同的两条风道
课程名称：《矿井通风与安全》 摘 要 授课题目（章、节） 第五章 风网中风流基本规律和风量自然分配 第一节 风网的基本术语和形式 第二节 风网中风流的普遍规律 第三节 简单风网中风流的特殊规律 第四节 复杂风网中风流的稳定性 第三节 复杂风网中自然分配风量计算 本讲目的要求及重点难点： 【目的要求】通过本章的学习，要求学生了解和掌握矿井通风网路及网路解算。 【重 点】串并联网路、角联网路解算。 【难 点】角联网路解算和自然分配风量计算。 内 容 【本讲课程的引入】 矿井井下多条巷道相互交错，落实到采掘工程平面图上便构成了通风网路， 怎样来计算矿井总的通风阻力和总风阻呢？怎样计算不同采区的通风阻力和总 风阻呢？这一章就是教我们解决这个问题的。 【本讲课程内容】 第五章 风网中风流基本规律和风量自然分配 由若干风道和交汇点构成的通风网格叫风网。 在全矿井的风网中，风量分配有两种，一种是按需分配，一种是自然分配。 按需分配――根据井下各个用风地点的实际需要进行分配的方法，为了保 证这种分配，必须采取一系列的控制措施，井下大部分风路中的风量用这种方 法分配。 自然分配――取决于风网中各风路的风阻比例关系，不加控制，任风量自 然的进行分配的方法，多用于矿井的进风和回风风网中，但必须保证井下各个 用风地点实现按需风配量。 第一节 风网的基本术语和形式 一、基本术语 1、节点：三条或三条以上风道的交点，断面和支护方式不同的两条风道
其分界点有时也可称为节点，如图b-e-d-c图5-12、分支：两节点间的联线也叫风道，用单线表示分支。其风流的方向用箭头表示。3、路：有若个方向相同的分支首位相接而成的线路，计谋一分支的末节点是下一分支的始节点a-b-c-e-f4、回路与网孔：是由若干方向并不都相同的分支首位相接而成的线路，其中有分支的叫回路，无分支的叫网孔。如b-c-e-d-b回路，b-c-d-b网孔。5、生成树：包括风网中全部节点何不构成回路或网孔的一部分分支。6、假分支：风阻为零的虚拟分支7、弦：在任意风网中的每棵树中，每增加一个分支就构成一个独立回路或网孔，这种分支就叫做弦。因此风路中独立的回路和弦相等。风路中的树枝数，J-1加上弦数M，等于风网中的分支数N。N=J-1+M.M=N-J+1(5-1),上式对任意形式的风网都使用。二、风网的形式1、串联风路：有两条或两条与上的分支彼此首尾相连，中间没有分支的线路。2、并联风路：两条或两条以上的分支自空气能量相同的节点分开到能量相同的节点汇合，形成一个或儿个网孔的总回路。简单并联风网只有一个网孔，复杂并联风网则由2个或2个以上网孔。3、角联风网：在简单并联风网的始节点和末节点之间有一条或几条风路贯穿得风网叫角联风网，贯穿的分支叫对角分支，单角联风网只有一条对角分支，多角联风网只有两条或两条以上的对角分支。4、复杂联风网比上述几种形势更复杂的风网三、风网图的绘制首先在通风系统图上，沿着风流方向对每个节点依次编号，作为确定风网图上每个节点顺序号的根据。有时可把空气能量相近的几个节点合成一个节点，以简化风网图，风网途中的分支事物尺寸的单线条，有时要在每条分支上分别注明风阻、风量、风压值，用不同的箭头去分开按需分配和自然分配的风流，需要时还可把某个局部地点的若干分支并为一条合成分支，而且合成分支上注明该地区的总风压、总风阻和总风量。规程规定，矿井必须绘制全矿井得风网图和图板。第二节风网中风流的普迹规律风流在风网中流动时，遵守质量守恒定律和能量守恒定律。这些规律对于任何形式的风网都能适用，因此叫普遍规律
其分界点有时也可称为节点，如图 b-e-d-c. 2、分支：两节点间的联线也叫风道，用单线表示分支。其风流的方向用箭 头表示。 3、路：有若个方向相同的分支首位相接而成的线路，计谋一分支的末节点 是下一分支的始节点 a-b-c-e-f 4、回路与网孔：是由若干方向并不都相同的分支首位相接而成的线路，其 中有分支的叫回路，无分支的叫网孔。如 b-c-e-d-b 回路，b-c-d-b 网孔。 5、生成树：包括风网中全部节点何不构成回路或网孔的一部分分支。 6、假分支：风阻为零的虚拟分支 7、弦：在任意风网中的每棵树中，每增加一个分支就构成一个独立回路或 网孔，这种分支就叫做弦。 因此风路中独立的回路和弦相等。风路中的树枝数，J-1 加上弦数 M，等于 风网中的分支数 N。 N=J-1+M. M=N-J+1 （5-1）， 上式对任意形式的风网都使用。 二、风网的形式 1、串联风路：有两条或两条与上的分支彼此首尾相连，中间没有分支的线 路。 2、并联风路：两条或两条以上的分支自空气能量相同的节点分开到能量相 同的节点汇合，形成一个或几个网孔的总回路。 简单并联风网只有一个网孔，复杂并联风网则由 2 个或 2 个以上网孔。 3、角联风网：在简单并联风网的始节点和末节点之间有一条或几条风路贯 穿得风网叫角联风网，贯穿的分支叫对角分支，单角联风网只有一条对角分支， 多角联风网只有两条或两条以上的对角分支。 4、复杂联风网 比上述几种形势更复杂的风网. 三、风网图的绘制 首先在通风系统图上，沿着风流方向对每个节点依次编号，作为确定风网 图上每个节点顺序号的根据。有时可把空气能量相近的几个节点合成一个节点， 以简化风网图，风网途中的分支事物尺寸的单线条，有时要在每条分支上分别 注明风阻、风量、风压值，用不同的箭头去分开按需分配和自然分配的风流， 需要时还可把某个局部地点的若干分支并为一条合成分支，而且合成分支上注 明该地区的总风压、总风阻和总风量。 规程规定，矿井必须绘制全矿井得风网图和图板。 第二节 风网中风流的普遍规律 风流在风网中流动时，遵守质量守恒定律和能量守恒定律。这些规律对于 任何形式的风网都能适用，因此叫普遍规律
一、风流平衡定律流入回路的风量等于流出回路的风量，一般取流入的风量为正，流出的为负，二、风压平衡定律任一回路或网孔中得风流遵守能量守恒定律，回路或网空中不同方向的风流，其风压或阻力必须平衡或相等。如上图：h2-4+h4-5+hs-7=h2-7即：h2-7-h2-4-h4-5-hs-7=0表明：回路或网空中，不同方向的风流，他们的风压或阻力的代数和等于零，去顺时针方向风流的的风压为正，逆时针方向的风流的风压位负。例：平口1，进风口2，在2-3风道上安装一台辅扇，Po=Po'+zp根据风流的能量方程hs=Po-(P+h,s)=Po-(P,+hs)=Po+Zpg-(P,+h,s)式中p3,hv3一分别是3点的绝对静压和速压。风路2-3段的风压式风道2-2"，和3°-3段的风压之和。h2=3=h2-2+hy-3=[p'-(P2+h2)+Zp'g]+[p3 +hy3-(p,+h)]式中：p2和p3一分别是辅扇进风口2"和出风口3'的绝对静压hv2·和hv3一分别是辅扇进风口和出风口的速压。因h,=P3+hr3-(p2+hy2.)则h2-3 = Pa+h, -(P, +hs)+Zpgh2-3 -hi-3 = h, +Z(p'-p)g因风到2-3于1-3构成散开并联风网，开并联风网内的自然风压为h,=Z(p'-p)g所以有hz-3-hi-3=h,+ h,或h2-3-hi-3-h,-h,=0此即在网孔或回路中有机械风压和自然风压时的风压平衡定律，上式表明：只要把开并联中的机械风压和自然风压加入计算，便可把两个能量不同的进风点用虚线联起来，形成概念上的网孔或回路。三、通风阻力定律如前所述，风网中得风流，绝大多数属于完全紊流状态，故其阻力定律遵守平方关系。即：h=RO(5-2)式中h,一风网中某条风路的风压或阻力R,一该条风路的风阻。9,一该条风路的风量。第三节简单风网中风流的特殊规律一、串联风路
一、风流平衡定律 流入回路的风量等于流出回路的风量，一般取流入的风量为正，流出的为 负， 二、风压平衡定律 任一回路或网孔中得风流遵守能量守恒定律，回路或网空中不同方向的风 流，其风压或阻力必须平衡或相等。 如上图：h2-4+h4-5+h5-7=h2-7 即：h2-7-h2-4-h4-5-h5-7=0 表明；回路或网空中，不同方向的风流，他们的风压或阻力的代数和等于 零，去顺时针方向风流的的风压为正，逆时针方向的风流的风压位负。 例：平峒口 1，进风口 2，在 2-3 风道上安装一台辅扇，P0=P0’+zρ 根据风 流的能量方程 ( ) ( ) ' ( ) h1−3 = p0 − p3 + hv3 = p0 − p3 + hv3 = p0 +Zg − p3 + hv3 式中 p3，hv3—分别是 3 点的绝对静压和速压。风路 2-3 段的风压式风道 2-2’， 和 3’-3 段的风压之和。 [ ' ( ) ' ] [ ( )] h2 = 3 = h2 − 2' + h3'−3 = p 0 − p 2' + hv2' + Z g + p 3' + hv3' − p 3 + hv3 式中：p2’和 p3’—分别是辅扇进风口 2’和出风口 3’的绝对静压 hv2’和 hv3’—分别是辅扇进风口和出风口的速压。 因 ( ) hf = p3' + hv3' − p2' + hv2' 则 h h h Z g h p h p h Z g f f v ( ' ) ' ( ) ' 2 3 1 3 2 3 0 3 3 − = + − = + − + + − − − 因风到 2-3 于 1-3 构成敞开并联风网，敞开并联风网内的自然风压为 hn = Z('−)g 所以有 h2−3 − h1−3 = hf + hn 或 h2−3 − h1−3 − hf − hn = 0 此即在网孔或回路中有机械风压和自然风压时的风压平衡定律，上式表明： 只要把敞开并联中的机械风压和自然风压加入计算，便可把两个能量不同的进 风点用虚线联起来，形成概念上的网孔或回路。 三、通风阻力定律 如前所述，风网中得风流，绝大多数属于完全紊流状态，故其阻力定律遵 守平方关系。 即： 2 hi = RjQi （5-2） 式中 i h —风网中某条风路的风压或阻力 Rj —该条风路的风阻。 Qi —该条风路的风量。 第三节 简单风网中风流的特殊规律 一、串联风路
1、风量关系式：Q=9,=Q2=Q3=.·.=0m3/s(5-3)即：串联风路的总风量等于各条分支的风量。Z2、风阻关系式：R=N-S2/m8(5-4)ZR,i=l(5-5)3、风压关系式：h=h,+h,+..+h即，串联风路的总风压等于其中各条分支的风压之和QeQsQ.4Q3QO,T图5-3图5-4二、并联风网1、风量关系式：Ee,m3/s(5-6)=1=1并联风网的总风量等于各条分支的风量之和。(5-7)2、风压关系式：h=h=h,=...=h,即并联风网的总风压等于各条分支的分压3、风阻关系式hh=h,=h,=..=h及h=RO?可推出或由Q=VR.2.2N-S2/m8(5-8)R.R=R2VTR)式中m一为1到n条风路中的某一条风路。表明，并联风网的总风组合各分支的风组成复杂的繁分数关系，对于简单并联风网(5-9)R=R/R.(1+4、自然分配风量的计算因h=hm有RQ2=RmQ代入（5-8）得：(5-10)O.=VR./R
1、风量关系式：Q = Q1 = Q2 = Q3 == Qn m3 /s （5-3） 即：串联风路的总风量等于各条分支的风量。 2、风阻关系式： = = n i R Ri 1 N·S2 /m8 （5-4） 3、风压关系式： h = h1 + h2 ++ hn （5-5） 即，串联风路的总风压等于其中各条分支的风压之和. 二、并联风网 1、风量关系式： = = n i Q Qi 1 m3 /s （5-6） 并联风网的总风量等于各条分支的风量之和。 2、风压关系式： h = h1 = h2 == hn （5-7） 即并联风网的总风压等于各条分支的分压 3、风阻关系式 由 i i i R h Q = 2 h = h1 = h2 = = hi及h = RQ 可推出 = = n i Ri R 1 2 ( 1 ) 1 或 = = n i i m m R R R R 1 2 ( ) N·S2 /m8 （5-8） 式中 m—为 1 到 n 条风路中的某一条风路。 表明，并联风网的总风组合各分支的风组成复杂的繁分数关系，对于简单 并联风网 2 2 1 1 (1 ) R R R R + = 2 1 2 2 (1 ) R R R + = （5-9） 4、自然分配风量的计算 因 h=hm 有 2 2 RQ = RmQm 代入（5-8）得： = = n i m i m R R Q Q 1 ( ) （5-10）
即，如已知并联风网的总风量Q和各条分支的风阻R.即可用上式算出某分支的自然分配风量Qm。在简单并联风网中，9=Q/+R/R）Q,=Q/1+/R/R）Q2=Q-Q1三、串联风路和并联风路的比较1、经济性比较如图所时，有两条分支分别构成并联风网和串联风路RL-R/4N-S2/m*设 Ri=R，则并联时 R,=—74[R.)(1+VR2即R，=R，/8，并联风网的总风阻是串联风路的总风阻的1/8倍，当通过并联风网和串联风路的总风量相等时，并联风网的总风压hp和串联风路的总风压h具有下列关系h,=R,g,=Rg°=h%78-8表明：在上述条件下，并联风网的总风压是串联风路的总风压的1/8。因此可以充分说明，并联风网比串联风路的通风经济性要优越得多。2、安全性（1）并联风网中各风路都有独立的新鲜风流，而串联风路的后一工作面则要吃前一工作面的污风和炮烟。（2）并联风网有利于风流的控制和风量的调节，容易做到按需分配分量，串连风路则无法做到。（3）并联风网在某分支万一发生事故时，易于隔绝，不致影响其它风路，串连风路则必然互相影响。因此，《规程》强调要用分区通风（即并联通风）而严格限制串连通风。第四节复杂网络中风流的稳定流由于矿井开采和运输的需求，井下复杂风网常常出现，其对角分支中风流的方向和风量有时出现不稳定的现象，必须注意预防。一、单角联风网中风流的稳定性二、如图所示：在单角联风网中，对角分支5的风流方向，随着其它两条分支中风阻值Rl，R2，R3，R4在大于零，小于无穷大范围内变化而变化。即有以下三种变化：图5-121、当Qs向上流动时，风压：h>hz,h,<h4
即，如已知并联风网的总风量 Q 和各条分支的风阻 Ri，即可用上式算出某 一分支的自然分配风量 Qm。 在简单 并联 风网 中， (1 ) Q1 = Q + R1 R2 (1 ) Q2 = Q + R2 R1 Q2=Q-Q1 三、串联风路和并联风路的比较 1、经济性比较 如图所时，有两条分支分别构成并联风网和串联风路 设 R1=R2，则并联时 4 (1 ) 1 2 2 1 1 R R R R Rp = + = N·S2 /m8 即 Rp = Rs / 8，并联风网的总风阻是串联风路的总风阻的 1/8 倍，当通过 并联风网和串联风路的总风量相等时，并联风网的总风压 hp 和串联风路的总风 压 hs 具有下列关系 8 8 2 2 s p p p s h Q Rs h = R Q = = 表明：在上述条件下，并联风网的总风压是串联风路的总风压的 1/8。因此 可以充分说明，并联风网比串联风路的通风经济性要优越得多。 2、安全性 （1）并联风网中各风路都有独立的新鲜风流，而串联风路的后一工作面则 要吃前一工作面的污风和炮烟。 （2）并联风网有利于风流的控制和风量的调节，容易做到按需分配分量， 串连风路则无法做到。 （3）并联风网在某分支万一发生事故时，易于隔绝，不致影响其它风路， 串连风路则必然互相影响。 因此，《规程》强调要用分区通风（即并联通风）而严格限制串连通风。 第四节 复杂网络中风流的稳定流 由于矿井开采和运输的需求，井下复杂风网常常出现，其对角分支中风流 的方向和风量有时出现不稳定的现象，必须注意预防。 一、单角联风网中风流的稳定性 二、如图所示：在单角联风网中，对角分支 5 的风流方向，随着其它两条 分支中风阻值 R1，R2，R3，R4 在大于零，小于无穷大范围内变化而变化。 即有以下三种变化： 1、当 Q5 向上流动时，风压： 1 2 3 4 h h ,h h