空氣流動(dòng)基本理論-風(fēng)流壓力及風(fēng)流流動(dòng)方程（工業(yè)通風(fēng)）

風(fēng)流的壓力1靜壓2動(dòng)壓3全壓4位壓5風(fēng)流的全壓和機(jī)械能主要內(nèi)容一、靜壓風(fēng)流壓力：單位體積空氣所具有的能夠?qū)ν庾龉Φ臋C(jī)械能1.概念由分子熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的分子動(dòng)能的一部分轉(zhuǎn)化的能夠?qū)ν庾龉Φ臋C(jī)械能叫靜壓能，用Ep表示（J/m3）當(dāng)空氣分子撞擊到器壁上時(shí)就有了力的效應(yīng)，這種單位面積上力的效應(yīng)稱為靜壓力，簡稱靜壓，用p表示（N/m2，即Pa）工業(yè)通風(fēng)中，靜壓即單位面積上受到的垂直作用力一、靜壓2.特點(diǎn)3.（1）無論靜止的空氣還是流動(dòng)的空氣都具有靜壓力（2）風(fēng)流中任一點(diǎn)的靜壓各向同值，且垂直作用面（3）風(fēng)流靜壓的大小（可用儀表測(cè)量）反映了單位體積風(fēng)流所具有的能夠?qū)ν庾龉Φ撵o壓能的多少（1）絕對(duì)靜壓：以真空為測(cè)算零點(diǎn)（比較基準(zhǔn)）而測(cè)得的壓力，用p表示（2）相對(duì)靜壓：以當(dāng)?shù)禺?dāng)時(shí)同標(biāo)高的大氣壓力為測(cè)算基準(zhǔn)（零點(diǎn)）而測(cè)得的壓力，即表壓力，用h表示表示方法一、靜壓P0ABPAPPBPAPBhA(+)hB(-)真空(0)P0風(fēng)流的絕對(duì)靜壓（p）、相對(duì)靜壓（h）和與其對(duì)應(yīng)的大氣壓（p0）三者之間的關(guān)系（見圖）：h=p-p0二、動(dòng)壓1.概念其單位體積風(fēng)流的動(dòng)能所轉(zhuǎn)化顯現(xiàn)的壓力叫動(dòng)壓或稱速壓，用hv表示，單位Pa當(dāng)空氣流動(dòng)時(shí)，除位壓和靜壓外，還有空氣定向運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，用Ev表示，J/m32.計(jì)算設(shè)某點(diǎn)的空氣密度為ρi（kg/m3），其定向運(yùn)動(dòng)的流速即風(fēng)速為

i（m/s），則單位體積空氣所具有的動(dòng)能為：二、動(dòng)壓4.某斷面動(dòng)壓即為該斷面平均風(fēng)速計(jì)算值3.在同一流動(dòng)斷面上，由于風(fēng)速分布的不均勻性，各點(diǎn)的風(fēng)速不相等，所以其動(dòng)壓值不等2.動(dòng)壓總大于零。當(dāng)作用面與流動(dòng)方向有夾角時(shí)，其感受到的動(dòng)壓值將小于動(dòng)壓真值。故在測(cè)量動(dòng)壓時(shí)，應(yīng)使感壓孔垂直于運(yùn)動(dòng)方向1.只有做定向流動(dòng)的空氣才具有動(dòng)壓，因此動(dòng)壓具有方向性！3.特點(diǎn)三、全壓風(fēng)流中某一點(diǎn)的動(dòng)壓和靜壓之和稱為全壓，全壓也分為絕對(duì)全壓（pt）和相對(duì)全壓（ht）,在風(fēng)流中某點(diǎn)i的絕對(duì)全壓均可用下式表示：pti=pi+hvi由上式可知，風(fēng)流中的任一點(diǎn)的絕對(duì)全壓恒大于絕對(duì)靜壓；相對(duì)全壓有正負(fù)之分，與通風(fēng)方式有關(guān)三、全壓abPa真空P0PPbha(+)hbbP0PathvhathvhbtPbt抽出式通風(fēng)壓入式通風(fēng)壓入式通風(fēng)抽出式通風(fēng)a(-)四、位壓1.概念單位體積風(fēng)流對(duì)于某基準(zhǔn)面而具有的位能，稱為位壓，用hz表示物體在地球重力場(chǎng)中因地球引力的作用，由于位置的不同而具有的一種能量，叫重力位能，簡稱位能，用Ep0表示Ep0=MgZ2.計(jì)算abPiZ122211

位壓計(jì)算圖在圖所示的井筒中，求1-1、2-2兩斷面之間的位壓，取2-2點(diǎn)為基準(zhǔn)面此式是位壓的數(shù)學(xué)定義式。即兩斷面間的位壓的數(shù)值就等于兩斷面間單位面積上的空氣柱重量的數(shù)值四、位壓四、位壓3.位壓與靜壓的關(guān)系

當(dāng)空氣靜止時(shí)（v=0），如上圖的系統(tǒng)。由空氣靜力學(xué)可知，各斷面的機(jī)械能相等。設(shè)2-2斷面為基準(zhǔn)面1-1斷面總機(jī)械能:E1=Ep01+p12-2斷面總機(jī)械能:E2=Ep02+p2由E1=E2得：Ep01+p1=Ep02+p2由于Ep02=0（以2-2斷面為基準(zhǔn)面），Ep01=ρ12gZ12，又得p2=Ep01+p1=ρ12gZ12+p1此即空氣靜止時(shí)，位壓與靜壓之間的關(guān)系四、位壓4.位壓的特點(diǎn)1.位壓是相對(duì)某一基準(zhǔn)面具有的能量，它隨所選基準(zhǔn)面的變化而變化2.位壓是一種潛在的能量，不能像靜壓那樣用儀表進(jìn)行直接測(cè)量3.位壓和靜壓可以相互轉(zhuǎn)化，當(dāng)空氣由標(biāo)高高的斷面流至標(biāo)高低的斷面時(shí)，位壓轉(zhuǎn)化為靜壓；反之，當(dāng)空氣由標(biāo)高低的斷面流至標(biāo)高高的斷面時(shí)，靜壓轉(zhuǎn)化為位壓四、位壓根據(jù)能量的概念，單位體積風(fēng)流的機(jī)械能為單位體積風(fēng)流的靜壓能、動(dòng)能、位能之和，因此，從數(shù)值上來說，單位體積風(fēng)流的機(jī)械能E等于靜壓、動(dòng)壓和位壓之和，或等于全壓和位壓之和，即或E=pti+hZE=pi+hvi+hZ風(fēng)流流動(dòng)的基本方程風(fēng)流流動(dòng)連續(xù)性方程1風(fēng)流流動(dòng)能量方程2使用單位體積流體能量方程的注意事項(xiàng)3主要內(nèi)容一、風(fēng)流流動(dòng)連續(xù)性方程風(fēng)流在風(fēng)道中的流動(dòng)可以看作是穩(wěn)定流（流動(dòng)參數(shù)不隨時(shí)間變化的流動(dòng)）當(dāng)空氣從風(fēng)道的1斷面流向2斷面，且做定常流動(dòng)時(shí)（即在流動(dòng)過程中不漏風(fēng)又無補(bǔ)給），則兩個(gè)過流斷面的空氣質(zhì)量流量相等，即ρ1

1S1=ρ2

2S2

一、風(fēng)流流動(dòng)連續(xù)性方程Mi=const任一過流斷面的質(zhì)量流量為Mi（kg/s），則當(dāng)S1=S2時(shí)，空氣的密度與其流速成反比其通過任一斷面的體積流量Q（m3/s）相等，即：Q=

iSi=const風(fēng)道斷面上風(fēng)流的平均流速與過流斷面的面積成反比可壓縮流體01不可壓縮流體（密度為常數(shù)）02二、風(fēng)流流動(dòng)能量方程風(fēng)流在圖所示的風(fēng)道中由1斷面流至2斷面，其間無其他動(dòng)力源。設(shè)1kg空氣克服流動(dòng)阻力消耗的能量為LR，周圍介質(zhì)傳遞給空氣的熱量為q；設(shè)1、2斷面的參數(shù)分別為風(fēng)流的絕對(duì)靜壓p1、p2，風(fēng)流的平均流速

1、

2；風(fēng)流的內(nèi)能u1、u2；風(fēng)流的密度ρ1、ρ2；距基準(zhǔn)面的高度Z1、Z20021Z1Z2傾斜風(fēng)道示意圖二、風(fēng)流流動(dòng)能量方程0021Z1Z2傾斜風(fēng)道示意圖在1斷面下，1kg空氣具有的能量為：到達(dá)2斷面時(shí)的能量為：根據(jù)能量守恒定律：二、風(fēng)流流動(dòng)能量方程0021Z1Z2傾斜風(fēng)道示意圖二、風(fēng)流流動(dòng)能量方程例在某一通風(fēng)井巷中，測(cè)得1、2兩斷面的絕對(duì)靜壓分別為101324.7Pa和101858Pa，若S1=S2，兩斷面間的高差Z1-Z2=100米，巷道中

m12=1.2kg/m3，求：1、2兩斷面間的通風(fēng)阻力，并判斷風(fēng)流方向0021Z1Z2解：假設(shè)風(fēng)流方向1

2，列能量方程由于阻力值為正，所以原假設(shè)風(fēng)流方向正確，即1

2

由于風(fēng)道斷面上風(fēng)速分布的不均勻性和測(cè)量誤差，從嚴(yán)格意義上講，用實(shí)際測(cè)得的斷面平均風(fēng)速計(jì)算出來的斷面總動(dòng)能和斷面實(shí)際總動(dòng)能是不等的。實(shí)際測(cè)得的斷面平均風(fēng)速計(jì)算出來的斷面總動(dòng)能應(yīng)乘以動(dòng)能系數(shù)加以修正01在工業(yè)通風(fēng)中，一般其動(dòng)能差較小，式中ρm可分別用各自斷面上的密度來代替，以計(jì)算其動(dòng)能差02三、使用單位體積流體能量方程的注意事項(xiàng)風(fēng)流流動(dòng)必須是穩(wěn)定流，即斷面上的參數(shù)不隨時(shí)間的變化而變化，所研究的始、末斷面要選在緩變流場(chǎng)上03風(fēng)流總是從總能量（機(jī)械能）大的地方流向總能量小的地方。在判斷風(fēng)流方向時(shí)，應(yīng)用始、末兩斷面上的總能量來進(jìn)行04三、使用單