矿井通风与安全课程实验指导书10.12

矿井通风/矿井通风与安全课程实验（共6学时）

实验一 大气参数测定

一、实验目的

1.掌握测定大气压P、空气湿度ψ的方法、测定原理及测试仪表的结构、使用方法； 2.计算湿空气密度ρ；

3.掌握风压测定仪表的构造和使用方法，风流点压力的测定方法；

4.通过实验更好地理解压入式通风和抽出式通风时风流任一点的全压、静压和动压的相互关系，以及风流某一断面上的风速分布。

二、实验原理

1.空气密度计算公式为：

0.378?PsP(1?) 273?tP??0.003484式中：P——空气的压力（绝对大气压），Pa；

t——空气的温度，℃；

Ps——温度t时饱和水蒸气的分压，Pa，（可从教材附录中查得）； φ——相对湿度，用小数表示（%）。

ht?P0?Pt2.抽出式 hs?P0?Psht?Pt?P0 压入式 hs?Ps?P0

hv?Pt?Ps?hs?hthv?Pt?Ps?ht?hs三、实验仪器及操作方法

实验用到的仪器设备及器材包括：空盒气压计；水银气压计；JFY-1型矿井通风参数检测仪；干湿球温度计；皮托管；胶皮管；JKTS－Ⅲ型通风实验装置；YYT-2000倾斜式微压计；扇风机管网系统；testo465红外转速仪。 1.大气压测定

测定大气压的仪器是：气压计，常见的气压计一类是水银气压计，一般用于室内测量，精度较高，另一类是空盒气压计，井下测定使用这种仪表。另外，还可用JFY-1型矿井通风参数检测仪测定气压值。 （1）水银气压计

水银气压计有动槽式和定槽式两种。

1

动槽式水银气压计（图1a）的主要部件是一根倒置于可动水银槽内的玻璃管，管的上端水银面上是真空的，槽内液面则通向大气，根据托理拆利实验原理，可知玻璃管内水银柱高度就表示了大气压力（毫米汞柱或毫巴）。

1215334214

1—气压计标尺；2—玻璃罐封闭端； 1—水银表面；2—指针；3—玻璃罐； 3—温度计；4—玻璃罐开口端 4—螺钉；5—水银池；6—游标旋钮

图1a 定槽式水银气压计 图1b 动槽式水银气压计

测定时，转动底部调节螺丝4，使槽内水银液面正好与象牙指针2触及，然后转动螺丝6，使游标1的下切口与水银顶面相切，有刻度尺和游标1读出大气压的读值（P

读

）。因为刻度尺是金属的，热胀冷缩，所以要进行读值的湿度校正，有温度计5读出

测定的温度，从表1查出温度校正值ΔP温，实际大气压:P0=P读＋ΔP温。

定槽式水银气压计（图1b）的下部水银槽是固定不动的，除不必调节槽内液面高低外，其余使用方法与动槽式相同。

表1 黄铜刻度尺换算到0℃时温度校正值

温度 ℃ 10 15 20 25 30

气压计读值（P读）mmHg 740 －1.21 －1.81 －2.41 －3.01 －3.61 750 －1.22 －1.83 －2.44 －3.05 －3.26 2

760 －1.24 －1.86 －2.48 －3.09 －3.71 770 －1.26 －1.89 －2.51 －3.13 －3.75 780 －1.27 －1.91 －2.54 －3.17 －3.80 当实测温度值与表中温度不符时，可用插值法求得温度校正值。 （2）空盒气压计

空盒气压计结构如图2所示，它是由一个波纹状金属真空盒和杠杆转动机构组成。大气压变化时，盒面变形值随之发生变化。变形值经杠杆机构传动并放大，带动盒面指针转动指出大气压值。

1—金属盒；2—弹簧；3—指针

图2 空盒气压计

空盒气压计使用前应当用水银气压计校正。校正时用小螺丝刀拧转盒背面（或侧面）的调节螺丝，使指针所示气压值与水银气压计一致。

测定时，将气压计水平放置，否则会产生误差，仪器完全垂直放置误差可达0.3mmHg，读数前，还应用手指轻轻敲击盒面数下，以消除因摩擦引起的滞后现象，一般应等待数分钟之后读数，读数应根据仪器所附检定证进行刻度、温度和补充校正例如某空盒气压计读数为770mmHg，查得其刻度校正值为ΔP刻=－0.1mmHg，温度校正为ΔP温=－0.03（mmHg/℃×15℃）=－0.45 mmHg，补充校正为＋0.6 mmHg，则实际大气压P计算如下：

P=P读＋ΔP刻＋ΔP温＋ΔP补=770－0.1－0.45＋0.6=770.05mmHg

（3）JFY-1型矿井通风参数检测仪

JFY-1型矿井通风参数检测仪是一种能同时测定井下绝对压力、相对压差、风速、温度、湿度以及时间的精密便携式矿井通风参数综合监测仪器。适用于煤矿井下，为均压防灭火，科学管理矿井通风以及测定矿井风网压能图提供了有效的测量手段。采用镉镍电池，可连续工作八小时和200次充电。如图3所示。

3

图3 JFY-1型矿井通风参数检测仪

测量范围及精度、分辨率如表2所示。

表2 JFY-1型矿井通风参数检测仪测量范围及精度、分辨率

参数 绝对压力 相对压差 温度 湿度 风速 测量范围 800～1200hPa ±400mmH2O -30～40℃ 50%～99%RH 0.4～15m/s 精度 ±1hPa ±1mmH2O ±0.5℃ ±4%RH 0.4～5m/s时≤0.20m/s 5～10m/s时≤0.30m/s 14.5m/s时≤0.40m/s 0.1m/s 测量分辩率 0.1hPa 0.1mmH2O 0.1℃ 1%RH 2.空气相对湿度的测定

煤矿井下空气相对湿度常用手摇湿度计和风扇湿度计测定。它们都由两支水银温度计组成，其中一支为干温度计（又叫干球），另一支水银球上包着纱布，叫做湿温度计（又叫湿球）。如图4所示为风扇湿度计。

12213

1－干球温度玻璃罐；2－湿球温度玻璃罐；3－湿球

图4风扇湿度计

4

测定前将湿球上的纱布用清水润湿。用风扇湿度计测定时，用小风扇罩上的锁匙将发条上紧，风扇转动，使空气以一定速度（1.7～3.0m/s）流经干、湿温度计的水银球周围，1～2分钟，两支温度计示数稳定即可读取。

根据测出的干球温度和湿球温度，查“湿空气线图”，可以得知此状态下空气的温度、湿度、比热、比焓、比容、水蒸气分压、热量、显热、潜热等资料。例如：干球18度，湿球15度时，其度差3度之纵栏与湿球15度之横栏交叉68度就是表示湿气为68%。

通过测的的数值，对照湿空气线图可以计算空气加热，冷却，加湿和减湿的状态变化。

绝对湿度：每立方米空气中所含水蒸气的质量叫空气的绝对湿度。其单位与密度单位相同，其值等于水蒸气在其分压力与温度下的密度，用符号ρv表示：

?v?式中：Mv——水蒸气的质量，kg； V——空气的体积，m3。

Mv V相对湿度（φ）：单位体积空气中实际含有的水蒸气量（ρv）与其同温度下的饱和水蒸气含量（ρs）之比称为空气的相对湿度，可用下式表示：

???v，即相对湿度=水汽分压/饱和蒸汽压（压力、温度一定的情况下）。φ值可?s以用小数表示，也可以用百分数表示。其大小反映了空气接近饱和的程度，故也称之为饱和度。）

空气密度计算公式为：

0.378?PsP(1?) 273?tP??0.003484式中：P——空气的压力（绝对大气压），Pa；

t——空气的温度，℃；

Ps——温度t时饱和水蒸气的分压，Pa，（可从教材附录中查得）； φ——相对湿度，用小数表示（%）。

3. 风流点压力测定 （1）扇风机管网系统

5

（3）根据测定压力值大小，选定仪器倾斜系数（选定时要有足够余量，以免酒精溢出。没有把握时，选最大系数，再由大向小调整，以增加精度。）

（4）旋动零位调节装置调节斜管中酒精液面，使之酒精弧面刚好与零刻度线相切。 （5）检查无误后，开动风机。（实验采用轴流式风机，风机正转作抽出式通风，反转作压入式通风）

（6）当水柱计稳定时，同时读取相对全压ht、相对静压hs和速压hv，改变风机转速和风门开启程度，再读取相应的ht、hs和hv值。（测完一种压力后，应将仪器控制开关置于校正位置后，更换胶管接法，按上述方法测定其余压力）

（7）按下风机反转按钮，工作方式变为压入式通风，用同样的方法同时读取相应的ht、hs和hv值。注意：测定压入式三个压力时，将出风口闸门关闭2/3。

五、注意事项

1.空盒气压计使用前应当用水银气压计校正。

2.用JFY-1型矿井通风参数检测仪测定各楼层绝对大气压力及各楼层之间的大气压力差时要注意，不要将仪器放在楼梯口，保证测定点不受风流干扰。

3.YYT-2000倾斜式微压计的使用

（1）使用前要进行气密性检查、气泡检查、积水检查、调平、0刻度调节。 （2）为了增加测定的准确性，仪器内的酒精必须经常更换，否则，使用前必须对仪器进行校正。

（3）实验者必须通晓仪器的原理及结构，具有判明仪器指示是否正常的能力。排出斜管中气泡时，要监视斜管液面，以免将酒精吹出。

（4）使用YYT-2000倾斜式微压计实测时，应根据压差选择档位，使读数值越大越好。

（5）测定点压力用胶皮管与皮托管连接要注意拔管子的顺序，必须正确判明压力大小，保证仪器“+”端，接高压力，“-”端接低压力，即高压接口（+）——液体——低压接口（-）。

（6）酒精内一般不宜添加颜色。

11

实验报告一

实验名称：实验一 大气参数测定

课程名称 任课教师 实验指导教师 成绩 同组学生姓名 实验类型：综合性；实验要求：必做；实验学时数： 学时；实验时间 月 日 节

一、主要实验项目

大气压力测定；温度测定；各楼层压差测定；风流点压力测定

二、实验目的

三、实验装置及主要仪器设备

空盒气压计；水银气压计；JFY-1型矿井通风参数检测仪；干湿球温度计；皮托管；胶皮管；JKTS－Ⅲ型通风实验装置；YYT-2000倾斜式微压计；扇风机管网系统；testo465红外转速仪。

四、实验装置布置图

不同通风方式风流中某点各种压力间关系图

五、实验主要内容及数据记录与处理

1．大气参数测定

分别用JFY－1型矿井通风参数检测仪、空盒气压计、水银气压计测定实验室中绝对大气压力，比较各仪器读数差别；用JFY－1型矿井通风参数检测仪测定各楼层之间的大气压力差和各自的绝对大气压力；用干湿球温度计测定实验室中的空气温度和相对湿度；计算出空气密度。

12

表1 室内绝对大气压力P0测定

仪器名称 单位 读数 矿井通风参数检测仪 空盒气压计 水银气压计 各仪器读数差别分析： 表2 各楼层之间的大气压力差和各自的绝对大气压力测定

楼层编号 1 2 3 4 5 绝对大气压力（单位） 与基准点压差（单位） 楼层间压差 楼层间大气压力差与楼层高度之间的关系分析：

表3 室内空气湿度测定

测定项目 单位 读数 干球温度 湿球温度 相对湿度 空气密度计算：

2．风流点压力测定

采用皮托管和胶皮管配合单管倾斜压差计、补偿微压计，分别测定风机作压入式和抽出式通风时管网中三个测点的相对全压ht、相对静压hs和速压hv；通过改变通风机转速和管网总风阻以改变管

网中的风量，测定出某一点的相对全压ht、相对静压hs和速压hv，分析其变化规律。

13

表4 抽出式通风时通风管网数变化时同一点风流点压力变化规律分析

通风管网变化情况 风机转速n1= n2= 相对全压ht 相对静压hs 速压hv 各参数变化规律 变化 n3= 系统总进风口全闭 变化 全开 半开

表5 压入式通风时通风管网变化时同一点风流点压力变化规律分析

通风管网变化情况 风机转速变化 系统总出风口全闭 变化 n1= n2= n3= 全开 半开 相对全压ht 相对静压hs 速压hv 各参数变化规律 六、心得体会及对本次实验的建议与设想（可另加附页）

14

实验二 通风阻力测定

一、实验目的

1.掌握巷道通风阻力的测定方法；

2.掌握风阻（R），摩擦阻力系数（α）的测定方法，加深对能量方程的理解； 3.掌握测压仪表的使用方法。

二、实验原理

1．通风阻力测定

如图1所示通风管网中，巷道1-2段通风阻力按如下公式计算：

hR1-2=（P1－P2）＋（hv1－hv2）＋Z1-2ρm1-2g

式中：P1、P2——1、2段面的风流静压，pa；

hv1、hv2——1、2断面动压，pa； Z1-2——1、2断面标高差，m；

ρm1-2——1、2断面风流平均密度，㎏/m3； g——重力加速度，m/s2。

由于风网模型水平放置，各断面之间高差为零，故上式第三项为零。故上式可改写为：

hR1-2=P1－P2＋（hv1－hv2）

实验时，用皮托管，压差计测1、2断面的静压差和1、2断面的动压。 2、摩擦风阻（Rf）和摩擦阻力系数（α）测定

hf?RfQ2??测LUS3Q2

式中 hf——摩擦阻力，Pa；

Rf——摩擦风阻，kg/m7或N s2/m8； Q——通风风量，m3/s； L——测点间的距离，m； S——风道的净断面积，m2； U——风道的周长，m；

α测——摩擦阻力系数kg/m3或N s2/m4。

15

由此可知，只要测出一段风道的摩擦阻力（hr）和风量就可以求出这段风道的摩擦风阻（Rf）。如果同时测量出这段风道的长度，净断面积和周长，就可以求出它的测定时的摩擦阻力系数（α测），再按下式换算为标准状态下（ρ=1.2kg/m3）的摩擦阻力系数（α0）：

?0?1.2?测?测

式中 ρ测——测定时的空气密度，kg/m3 。

三、实验仪器及操作方法

实验用到的仪器设备及器材包括：皮托管；胶皮管；JKTS－Ⅲ型通风实验装置；YYT-2000倾斜式微压计；扇风机管网系统。

进风口测点10测点9测点8测点7风门1测点11=111.9=380.5测点12测点24测点6测点23测点22风门6测点21测点13风门2测点14测点15=234.1=589.7测点19风门4测点20测点3风门5测点4测点5测点16风门3测点17测点2=265.8=565.2=291.8=621.4测点18测点1

图1 扇风机管网系统

16

操作方法见实验一。

四、实验步骤

在图1所示的管网系统中，在风道内选择1、2、3个测点，将单管压差计调平，分别在三个测点放置皮托管，用胶皮管将测点的静压分别接到压差计，测1-2、2-3、1-3断面风流各组的势能差（h测），再用皮托管和压差计分别测出各断面的平均风速，用皮尺和小钢尺量出间的距离和它们的周长。

根据风流的能量方程：

h1-2阻2v12均v2 ?h1-2测?（?1?均?2）22式中：h1-2阻——1-2段风道的通风阻力，Pa；

h1-2测——1-2段风道的势能差，Pa；

V1均、 V2均——分别为1和2断面的平均风速，m/s；

?1 、?2——分别为1和2断面的空气密度，kg/m3。

又 Q＝SV均

如果1-2段漏风较大，则Q为1、2两端面的风量的平均值，即

Q?Q1?Q2 22-3断面和1-3断面测算公式和方法同1-2断面。根据测定结果，计算模型风道的hr。测出的阻力、长度、净断面积和通过的风量，代入公式即可计算出摩擦阻力系数Rf和α。

五、注意事项

1.测定过程中，如果压差计出现异常现象，必须立即查明原因，排除故障，重新测定。故障可能是：

（1）胶皮管因有水、污物进入或打折而堵塞；胶皮管被扎有小眼或破裂。 （2）压差计漏气，测压管内或测压管与容器连接处有气泡。 （3）静压管放置在风流的涡流区内。

2.应尽可能增加两测点的长度，以减少分段测定的积累误差。

17

实验报告二

实验名称：实验二 通风阻力测定

课程名称 任课教师 实验指导教师 成绩 同组学生姓名 实验类型：综合性；实验要求：必做；实验学时数： 学时；实验时间 月 日 节

一、主要实验项目

通风阻力测定；通风网络风流流动规律探讨

二、实验目的

三、实验装置及主要仪器设备

JKTS-Ⅲ型通风实验装置；皮托管；胶皮管； YYT－2000型单管倾斜压差计；YJB－2500补偿微压计。

四、实验主要内容及数据记录与处理

1．通风阻力测定

在风机转速和管网总风阻不变的情况下测定各段的相对静压差、各测点的速压，计算测段的通风阻力、风阻和摩擦阻力系数；在改变风机转速和管网总阻力的情况下分别测定某一测段的静压差和通风阻力，总结上述实验数据的变化规律并分析其原因。

表1 各测段通风阻力测定

测段编号 1－2 2－3 1－3 静压差 hs1-2 1断面速压 hv1 2断面速压 hv2 通风阻力 hr1-2 测段风量 Q 测段风阻 R 测段长度 L 测段断面 S 测段平均周长 U 摩擦阻力系数 ? 由表1测定结果分析，可得出的结论：

18

表2 风机转速和通风管网变化对某测段通风参数的影响分析

通风管网变化情况 风机 转速 变化 n1= n2= n3= 全开 系统 变化 半开 全闭 通风阻力hr 五、通风网络角联分支风流流动规律测定分析

测定结果分析 六、心得体会及对本次实验的建议与设想（可另加附页）

19

实验三 通风机性能测定

一、实验目的

1．掌握风机特性测定方法，通过测定加深理解风机风量和风压、功率与效率的关系。

2．掌握风机性能测定的原理、仪器、数据整理、计算方法。 3．绘制风机特性曲线。

二、实验原理

反映通风机工作特性的基本参数有4个，即通风机的风量Q、压力H、功率N和效率η。每一台通风机，在额定转速的条件下，对应于一定的风量，就有一定的风压、功率和效率，风量如果变动，其它三者也随之改变。

表示通风机的风压、功率和效率随风量变化而变化的关系曲线，称为通风机的个体特性曲线。

1.通风机的风量Q

Q通表示单位时间内通过通风机的风量，单位为m3/s。 2.通风机的风压H

通风机的风压有通风机全压（H全）、静压（H静）和动压（h动）之分。 通风机的全压包括通风机的静压与动压两个部分，即：

H全＝H静＋h动，Pa

扩散器出口断面的动压等于通风机的动压。 3.通风机的功率N

通风机的输入功率P通入表示通风机轴从电动机得到的功率，单位为kW，通风机的输入功率可用下式计算：

P通入＝ 3UIcos??1000电传?kW

通风机的输出功率P通出也叫有效功率，是指单位时间内通风机对通过的风量为Q的空气所做的功，即：

20

H通Q P通出 ＝

10004.通风机的效率η

kW

通风机的效率是指通风机输出功率与输入功率之比。

通风机的效率越高，说明通风机的内部阻力损失越小，性能也越好。

三、实验仪器及操作方法

实验用到的仪器设备及器材包括：皮托管；胶皮管；JKTS－Ⅲ型通风实验装置；DKS-3型多功能空气动力学实验装置；YYT-2000倾斜式微压计。

图1 DKS-3型多功能空气动力学实验装置

采用进出气实验方案（即风机入、出口都有管路)。按国家标准，本实验风量测定，

21

使用入口集流器测定风量，用在入口整流网上贴纸片的方法调节风量(图纸片直径为60毫米)。每台设备1组。受用3、5测点，测定风机全压。

四、实验步骤

图2 风机性能测定

（1） 实验按图2所示布置测点。

（2） 将1、3点皮托管传压头置于风管中心，迎着风流方向，与风管中心线重合。 （3） 仪器调平、调零。

（4） 将出风口闸门全开（此时风量最大）。

（5） 开动风机测定集流器静压及3、5两段面静压差，并记录电流、电压表的读

数（曲线第一点数据）。

（6） 在入口整网上贴纸片1片。重测上述数据(曲线第二点数据)。 （7） 多次重复前项内容(曲线其余点数据)。 （8） 计算 ①风量计算式

Q?0.082hg

式中：Q——风量，m3/s；

K ——集流器系数，经标定，本实验所用集流器系数为0.082；

hg——集流器静压，水柱。 ②风机全压HQ

HQ?（P5-P3）+(hpd5-hpd3)-r(z5-z3)

22

式中 ——入排风管测点3、5间静压差，水柱； （P5-P3）(hpd5-hpd3)——入排风管间平均动压差，水柱；

r(z5-z3)——入排风管间位能差，水柱。 实际上即为风机全压HQ。 （P5-P3）③电机输入功率N

N=3IUcos?

式中 N——电机输入功率，千瓦；

I——线电流，安； U——线电压，千伏； cosφ——功率因数(0.85)。 ④风机效率η

??式中 η——风机效率，%；

Q——风机风量，m3/s； HQ——风机全压，水柱； N——电机输入率，千瓦；

Q?HQN??d?100%

ηd——电机效率(ηd=0.9)，%。

（9） 经过计算，绘制该扇风机的特性曲线。

五、注意事项

1.注意风机的运转情况，各部位是否有异常的现象，如有异常现象应立即关机检查排除。

2.测定过程中不要堵在风机入风口附件，防止影响测定结果。 3.及时清除风机内部的积灰和附着物。

23

实验报告三

实验名称：实验三 通风机性能测定

课程名称 任课教师 实验指导教师 成绩 同组学生姓名 实验类型：综合性；实验要求：必做；实验学时数： 学时；实验时间 月 日 节

一、主要实验项目

轴流式通风机性能测定、离心式通风机性能测定

二、实验目的

三、实验装置及主要仪器设备

皮托管；胶皮管；JKTS－Ⅲ型通风实验装置；DKS-3型多功能空气动力学实验装置；YYT-2000倾斜式微压计。

四、实验主要内容及数据记录与处理

1．轴流式通风机性能测定

（1）风机风量Qf换算公式： （2）风机装置静压Hfs换算公式： （3）风机装置静压功率Nfs换算公式： （4）风机装置综合效率?换算公式： （5）数据记录与处理：

测点 序号 断面平 均速压 hv Pa 1 2 3 4 5 6 风机 风量 Q m3/s 断面相 对静压 hs Pa 风机装 置静压 Hfs Pa 风机输 出功率 Nf W 输入电压 U V 输入电流 I A 功率 因数 COS? % 输入功率 Ni W 综合效率 ? % 测风断面面积S＝ 风机转速n＝

24

（6）风机特性曲线图绘制

（7）测定结果分析

2．离心式风机性能测定

（1）风机风量Qf换算公式： （2）风机装置全压Hft换算公式： （3）风机装置全压功率Nft换算公式： （4）风机装置综合效率换算公式：

25

（5）数据记录与处理

测点 序号 两断面 静压差 风机 风量 风机出口断面 相对静压 Hs0-1 Pa 1 2 3 4 5 6 7 Q m3/s Hs2 Pa hv2 Pa 速压 风机装置风压 Hft Pa 风机装置输出功率 Nft W U V I A 输入 电压 输入电流 功率 因数 输入 功率 综合效率 cos? Ni W ? % 1号断面面积S1＝ m2 2号断面面积S2＝ m2 （6）风机特性曲线图绘制

（7）测定结果分析

五、心得体会及对本次实验的建议与设想（可另加附页）

26

（5）数据记录与处理

测点 序号 两断面 静压差 风机 风量 风机出口断面 相对静压 Hs0-1 Pa 1 2 3 4 5 6 7 Q m3/s Hs2 Pa hv2 Pa 速压 风机装置风压 Hft Pa 风机装置输出功率 Nft W U V I A 输入 电压 输入电流 功率 因数 输入 功率 综合效率 cos? Ni W ? % 1号断面面积S1＝ m2 2号断面面积S2＝ m2 （6）风机特性曲线图绘制

（7）测定结果分析

五、心得体会及对本次实验的建议与设想（可另加附页）

26

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/d6ip.html