1. 由不可压缩流体到非稳定流体
众所周知,矿井通风机和自然风压联合作用.提供通风动力来克服风流流动阻力。自然风压(包括火风压)对于山区或深部矿井以及发生火灾时期矿井的通风状况均有很大影响。现在,许多矿井风网解算程序已计入空气密度变化对风量分配的影响。然而,由于自然风压的影响因素十分复杂,因此,在考虑风流流动过程中的可压缩性时,人们在对自然风压实质的理解及自然风压对风流状况的影响的认识等方面仍存在不足。长期应用的基于不可压缩风流流动特性的一些观点,影响了对矿井风流流动规律的认识和矿井风网解算技术的完善及实际应用。例如:
(1)混淆了不可压缩流动与稳态流动的区别。
(2) 手算风网主要回路自然风压,并将其加到回路某分支上参与计算,这种方法打断了风网解算的连续性,工作量大,且自然风压的人为分配带来较大误差,还不得不忽略许多回路自然风压对风流状态的影响。
(3)以矿井进出风井两端空气柱重力压强之差来定义自然风压。这种观点以自然风压产生的伴随现象或一种计算手段来解释自然风压的实质。因而,在处理分支自然风压、分析自然风压对风流状态的影响方面存在难以克服的困难。
(4) 认为矿井风网的分支位压差即是分支自然风压,形成位压差和自然风压概念上的混淆。
(5) 尽管加入自然风压计算,但未考虑到空气可压缩性对通风状况的影响将导致基于不可压缩风流而建立的观念发生变化。如两节点总压相等时,节点间仍可能有风流流动。
(6) 混淆了通过进出风井的回路自然风压、阻力和风阻与通风机所辖网络或矿井总自然风压、总阻力和总风阻的区别。
因此,矿井风网解算技术由针对不可压缩流体过渡到可压缩流体时,不仅要计入空气密度的变化对风量的影响,而且要在理论、技术和概念上作相应的变化。
2. 矿井风流的不可压缩流动、稳定流动和非稳定流动
矿井通风是矿井安全工作的基础,人们在应用矿井通风相关理论和技术来解决煤矿灾害防治实践相关问题时,经常接触风流不可压缩流动、稳定流动和非稳定流动的称谓。前两者和后者的区别较容易,但往往对风流不可压缩流动和稳定流动的概念产生混淆。三种类型流动实际上是流体力学中的基本概念。为便于读者理解,删去这三类流动的微分表达式,以文字简述其差别。
(1) 在不可压缩流动中,空气密度不随时间、空间变化,即井下任何地点、任何时刻的空气密度均为常数。
(2) 在稳定流动中,空气密度不随时间变化,但随空间位置变化,即空气密度在井下某一固定位置为常数,不随时间而变化,但不同位置空气密度不同。
(3) 在非稳定流动中,密度随时间、空间变化,在不同时刻(相同位置)或不同位置(相同时刻),密度均不同。
所以,不可压缩流动是稳定流动中流体密度不随位置变化的特例。