矿山通风安全仿真实验系统本科实验指导书lzl注.docx

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矿山通风安全仿真实验系统本科实验指导书lzl注

新版本科实验

实验一风流点压力和平均风速的测定

实验二摩擦阻力系数和局部阻力系数测定

实验三掘进通风技术测定

实验四矿井安全监控系统的组装与测试

实验类型：

设计实验学时：

2

实验要求：

必修实验房间：

能源111

一、实验目的

1、验证，以巩固在不同的通风方式下三种压力的相互关系。

2、掌握某断面的平均风速的测定方法，并计算风量。

二、实验内容

（一）点压力测定

1、首先熟悉管网系统的风流方向，观看皮托管是否正对风流并量管道中心位置。

了解胶皮管与U形水柱计的接头是否正确，明确每台U形水柱计测哪一种压力。

（压入式与抽出式通风系统的测压布置如图1所示）

图1

2、点压力测定

全都检查无误并明确管网系统的布置方式，此时可开动风机待风机运转正常压、速压同时读出，填入表格，用空盒气压计或水银气压计测定大气压并填入表格。

3、验证

就相对压力而言：

抽出式

压入式

就绝对压力而言：

注：

压入式通风：

抽出式通风:

线路法测风定点法测风

图2

（二）断面平均风速测定

为了测得平均风速，可采用线路法或定点法（图2）。

根据测风员的站立姿势不同分为迎面法和侧身法两种。

迎面法需将测得的真风速乘以1.14的校正系数。

侧身法校正系数K由下式计算：

式中S——测风站的断面积，m2；

0.4——测风员阻挡风流的面积，m2。

三、仪器设备

矿山通风安全仿真实验系统、皮托管、U形水柱计、空盒气压计、风表、秒表。

1、U形水柱计：

U形水柱计如图3所示，它是由一根内径相同的玻璃管弯成U型水柱。

并在其中装入蒸馏水，在U形管中间有一刻度尺所组成，其测压原理是：

在测压前U形管两端的水面处于水平位置，当一端加入较大的压力时，此端液面下降，另一端液面上升，此时两端液面的距离若为L毫米时，就表明水柱计的两端压力差为L毫米水柱。

2、风表：

风表的种类有很多，本实验本实验采用叶片式风表（图4）测量风速。

叶轮式风表由叶轮、传动机构、表盘及外壳四部分组成。

按其测风范围又可分为微速（0.3~5m/s）、中速（1~10m/s）、高速（1~30m/s）风表三种。

风表的叶轮是风速感受部分，它在风流的作用下转动。

为了减少风轮轴与轴承之间的摩擦阻力、提高轴承寿命，轴承内镶有宝石。

叶片与旋转轴之垂直平面呈一定角度，常为45°左右。

风表的传动机构加上表盘、开关杆、回零杆等就形成了风表、机芯及计数部分。

为了减少传动摩擦阻力，使风表启动风速低、机械传动部分转动平稳，风表中采用了修正摆线齿形，其轮轴上装有指针，以便与表盘配合读出读数，这套齿轮传动由离合器控制，使之在规定时间内记录下叶轮转动的次数。

机械传动机构的传动比为1：

3600，即叶轮转动3.6圈，大针转动1小格；大针转动100小格，小针转动1小格。

指针指示的总格数除以从合上到打开的时间（通常为1分钟，用秒表计时），即得风表读数（格/分或格/秒）。

1-叶轮；2-蜗杆轴；3-表盘；4-开关杆；5-回零杆；6-表壳

图4

四、所需耗材

无。

五、实验原理、方法和手段

风表工作原理：

风流产生的压力作用在叶片上，使叶轮转动，叶轮通过一套齿轮传动机械带动指针转动。

由于风速与叶轮转速成正比，因而也与指针的转速成正比，而且是线性关系，即：

式中：

——真实风速，m/s或m/min；

——风表读数或称为表速，m/s或m/min（或格/秒、格/分）；

、——风表校正系数。

上述方程代表的直线成为风表校正曲线，每块风表都要通过实际校正得出该风表的校正曲线和曲线方程。

六、实验步骤

1、测量前关闭开关板闸，使风轮转动而指针不动，压下回零杆，使大小指针均回归“0”位，准备好一块秒表，也使秒表回零，准备使用。

2、为了克服风表运转部分的惯性抵抗力，将风表处于测风位置，在风吹动下空转20~30s，并调整风表的叶轮旋转面，尽量与风流方向垂直；

3、开始测风时，应使风表开关板闸与秒表同时动作，并且又不要太用力导致风表抖动。

执风表方法有两种：

一种为中指由下向上勾住提环，食指伸开抵住风表壳体右侧，无名指和小指并扰托住壳体左侧，起动、制动、回零全由拇指拨动离合闸板或推动回零杆来完成；另一种是中指由上向下勾住提环，食指抵在表头与壳体联接的右侧，拇指顶在壳体左侧，小指伸直在下部抵住壳体，无名指弯曲，食指用以打开离合闸板，拇指推顶回零压杆和制动离合闸板。

4、按测风要求，移动风表并计时，到达规定时间、走完规定路径，即制动风表指针，从表盘上读取格数，再由校正曲线上查处对应的实际风速。

风量计算：

Q=V均×S

式中：

S——管道断面积，米2。

七、实验结果处理

略。

八、实验注意事项

1、风表的测量范围要与所测风速相适应，避免风速过高、过低造成风表损坏或测量不准；

2、风表不能距离人体和巷道壁太近，否则会引起较大误差；

3、风表叶轮平面要与风流方向垂直，偏角不得超过10°，在倾斜巷道中测风时尤其要注意；

4、按线路法测风时，路线分布要合理，风表的移动速度要均匀，防止忽快忽慢，造成读数偏差；

5、秒表和风表的开关要同步，确保在1min内测完全线路（或测点）；

6、有车辆或行人时，要等其通过后风流稳定时再测；

7、同一断面测定三次，三次测得的计数器读数之差不应超过5%，然后取其平均值。

九、预习与思考题

1、从U型垂直压差计上如何判断风机的工作方法？

十、实验报告要求

无。

实验二摩擦阻力系数和局部阻力系数测定

实验类型：

设计实验学时：

2

实验要求：

必修实验房间：

能源111

一、实验目的

1、学习测算摩擦阻力系数和局部阻力系数的方法。

2、掌握测定通风阻力，求算风阻，等积孔并绘制风阻特性曲线的方法。

二、实验内容

略。

三、仪器设备

轴流式风机及管网系统，皮托管、空合气压计、温度计、胶皮管、三通、倾斜U形水柱计，垂直U形水柱计。

四、所需耗材

无。

五、实验原理、方法和手段

1、摩擦阻力系数α的测定

《矿井通风与安全）第三章第二节可知，对某一段风道（实验室为管道）的摩擦阻力可按下式计算：

（1）

式中：

h摩——摩擦阻力，mmH2O;

α——摩擦阻力系数，kg•s2/m4；

L——风道长度，m；

S——风道断面积，m2；

Q——通过风道的风量，m3/s。

由1式可知，若要测出某段风道的摩擦阻力系数α，只要测出这段风道的摩擦阻力（h摩）和通过的风量（Q），同时把风道的长度（L）周边长（U）和净断面积（S）量出来，可计算出风道的摩擦阻力系数α。

（1）h摩的测定

根据风流的能量方程可知：

（2）

本次实验风道水平布置位压差为零（5-2）式改为：

（3）

测定布置时，在管道上选取两测点1和2，安装皮托管，将U型水柱计调平，三台U形水柱计分别测出h速1、h速2和h静l—2，代入5－2式即可求出h摩1－2。

空气重率，由下式求出：

式中：

ρ——空气密度（kg/m3）；

P——大气压，毫米汞柱；

T——绝对温度，（273+t℃）

风量取1和2两点的平均风量：

（两点断面积S1、S2和动压校正系数k1和k2，已给）

（2）风阻R的求算：

（kμ）

（3）等积孔A的计算：

（m2）

（4）摩擦阻力系数α的计算：

换算到标准状态下的α值：

2、局部阻力系数ξ的测定

由于风流的速度和方向突然发生变化，导致风流本身产生剧烈的冲击，形成极为紊乱的涡流，从而损失能量，造成这种冲击涡流的阻力就叫局部阻力，可由下式求出:

毫米水柱（4）

1点距拐弯处4－6倍的管道直径，2点距拐弯处12－14倍的管道直径。

在小型管道拐弯的前后选择三个测点1、2、3。

测出1、3两点的通风阻力h阻1－3。

h阻1－3＝h阻1－3+h局弯（5）

所以h局弯＝h阻1－3－h阻1－3（6）

又

h阻1－3＝（P1-P3）+（Z1ρ1－Z3ρ3）+（h速1－h速3）

因为管道直径相等又不漏风并水平位置，故位压差速压差均为零，因此

（P1-P2）、（P2-P3）分别由U形水柱计测出

则：

六、实验步骤

略

七、实验结果处理

略。

八、实验注意事项

略。

九、预习与思考题

无。

十、实验报告要求

无。

实验三掘进通风技术测定

实验类型：

设计实验学时：

2

实验要求：

必修实验房间：

能源111

一、实验目的

1、掌握测定局部通风机性能的布置方式和方法。

2、学习并掌握用皮托管测定局部通风机供风量、有效风量率、漏风率、风筒百米风阻等参数。

二、实验内容

略。

三、仪器设备

局部通风机一台、胶皮风筒l00M（dP=600MM）、皮托管、U形水柱计、空盒气压计、风扇式干湿温度计、皮尺、胶皮管。

四、所需耗材

无。

五、实验原理、方法和手段

略。

六、实验步骤

1、局部通风机性能测定

局部通风机性能测定的目的是为了了解局部通风机运转是否合理以及运转时的工况，描述风机的整个特性，主要是测出风量与风压的关系，风量与功率的关系、风量与效率的关系即Q－h、Q－N、Q－n三条曲线。

通风机个体特性曲线能全面反映每台风机的性能和特点。

这是选好用好风机必不可少的基础资料。

对于局部通风机扇一般测出Q－h曲线就可满足要求，根据本实验室的条件，只作Q－h曲线。

其操作步骤为：

（1）将皮托管放置管道中心并正对风流，用胶皮管将两台水柱计联接，一台测A点连压，一台测A点静压（注：

A点的动压校正系数为0.873）。

（2）将闸门3和4放下，打开闸门1和2。

（3）启动风机，利用闸门5调节，从全开到全闭调节风机工况8-10次。

每调一次记录一次h速中、h静然后换算出风机的风量Q和风压h，其计算式如下：

压入式通风：

h扇全＝h静＋h速均＝h静＋h速中·k

式中：

k——动压校正系数；

D——管道直径，米。

（4）测定空气密度ρ

空气密度测定，分别用空盒气压计、风扇式干湿温度计测量风流的绝对压力、干球温度和湿球湿度，然后按下式计算：

式中：

P——风流绝对压力，毫米水银柱；

T——绝对温度，273+t；

φ——相对湿度，％；

Psat——饱和蒸气压力，毫米水银柱。

（5）测算测点断面（已给）

（6）绘制Q-h曲线

以风量为横坐标，扇风机的全压为纵坐标绘出Q-h曲线。

2、风量测算及风筒测定

风筒测定包括风筒的风阻和漏风测定，其目的是求出有效风量率、漏风率和百米风阻，供掘进通风设计用，并为合理使用和选择风筒提供可靠资料，本次实验设备是11千瓦轴流式风机和100米柔风筒，局扇安装在地道下面。

（1）布置方式与测定

为了准确测出各断面的风量，动压测点按等环面积的原则布置，测定时注意皮托管嘴正对风流。

（2）资料整理

A、局扇供风量

，（m3/s）

式中：

Sl——为1点风筒断面积，（m2）

∑h速——1点断面上各测点动压之和。

B、有效风量即风筒出风口风量

，（m3/s）

C、风筒的有效风量率：

D、风筒全长的总漏风率：

E、风筒平均百米漏风率

（2）风阻计算：

A、1、2断面的通风阻力

式中：

h静1、h静2——断面1、2的静压，毫米水柱

——断面l、2的平均速压，毫米水柱；

S1、S2——1、2两点的断面积，m2

Q1、Q2——1、2两点通过的风量，m3/s

B、1、2断面的风阻

（kμ）

C、风筒百米风阻R100

（kμ）

D、摩擦阻力系数α

（kg·s2/m4）

式中：

D——风筒的直径，m

标准状态下的摩擦阻力系数α标和百米风阻R标100分别为：

（kg·s2/m4）

（kμ）

七、实验结果处理

略。

八、实验注意事项

略。

九、预习与