均直巷道通风能量耗散机理

摘要

为了深化对风流能量耗散的认识,基于流体力学相关原理,以均直巷道内稳定流动的风流为研究对象,首先分析了巷道风流分别为层流和湍流时的能量耗散,并指出了两者的异同,然后分析了平板间流体和圆筒壁间流体能量耗散,找到了无旋流动和有旋流动的本质,最后从细观角度对巷道风流层流流动和湍流流动(通风)的能量耗散产生原因及形成机理进行了分析,建立了巷道各项参数与通风能量耗散间的关系,特别分析了涡在湍流核心区能量耗散中的作用。发现单位长度巷道的层流能量耗散率与平均风速的平方及风流的动力黏度成正比,与巷道半径无关;单位长度巷道的湍流能量耗散率与平均风速的立方、沿程阻力系数、巷道半径及空气密度成正比。不论何种流体运动,从局部来看,其单位体积能量耗散率等于流体动力黏度与剪切速度梯度的平方的乘积。湍流流动与层流流动的本质区别在于,湍流中存在的涡旋使得局部剪切速度梯度增大,能量耗散率随之增大。湍流核心区能量耗散与巷道平均风速的立方成正比关系,是由于涡的初始动能与速度平方成正比,产涡频率与速度成正比。随着巷道壁面粗糙度的增大,层流底层边界上产生的涡的半径、初始动能及湍流核心区能量耗散也随之增大。