《礦井通風(fēng)與安全》課程實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

安  全  工  程  教  研  室

實(shí)驗(yàn)一    空氣中有害氣體濃度測(cè)定

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

    學(xué)習(xí)并掌握檢定管法測(cè)空氣中有害氣體濃度的原理和方法。

二、實(shí)驗(yàn)儀器

    1、檢定管

    檢定管為裝有某種檢測(cè)用試劑的玻璃管，待測(cè)氣體通過檢定管時(shí)與該試劑發(fā)生化學(xué)反

應(yīng)，并呈現(xiàn)一定的顏色或變色長(zhǎng)度，從而測(cè)出該氣體的濃度。根據(jù)變色深淺測(cè)定濃度的叫比色法檢定管。根據(jù)變色長(zhǎng)短測(cè)定濃度的叫比長(zhǎng)法檢定管。煤礦常用的有CO、CO2、H2S和SO2檢定管。本次實(shí)驗(yàn)只用比長(zhǎng)法檢定管測(cè)CO或H2S濃度。

   （1）比長(zhǎng)法CO檢定管

    比長(zhǎng)法CO檢定管（圖1-1）內(nèi)裝有發(fā)煙硫酸及硅膠做載體吸收I2O5的指示劑，當(dāng)CO與I2O5接觸

時(shí)，發(fā)生如下的反應(yīng)：

碘與SO3作用成棕色化合物，它的長(zhǎng)度與通過檢定管得空氣中CO濃度成正比。根據(jù)棕色化合物的長(zhǎng)度由檢定管的刻度上可以直接讀出CO濃度。

       1   2  3    4   5            6

圖1-1比長(zhǎng)式CO檢定管

1－堵塞物　　2－活性碳　　3－硅膠　　4－消除劑　　5－玻璃粉　　6－指示劑　　

（2）比長(zhǎng)法H2S檢定管

    管內(nèi)裝有以陶瓷做載體吸附醋酸鉛和氯化鋇的白色指示劑。它與H2S發(fā)生下列化學(xué)反應(yīng)：    

  加入氯化鋇可生成一部分Pb2CI2S以增加色柱長(zhǎng)度，提高測(cè)定精度。

    2、取樣唧筒

    唧筒用采取被測(cè)氣體試樣并將AQY-50型CO檢定器唧筒。它由唧筒活塞4、吸氣口1、排氣口2和三通開關(guān)組成，活塞桿上有0-50毫升的刻度，可以控制取樣數(shù)量和送氣速度。三通開關(guān)用以控制氣流方向，當(dāng)開關(guān)把手與吸氣口平行時(shí)，唧筒與吸氣口連通，它與排氣口平行時(shí)，則連通排氣口。位于兩者之間時(shí)（450），各路都不通。

圖1-2 抽氣唧筒

1-；-氣體入口；2-檢定管插孔；3-三通閥閥把；4-活塞柱；5-比色板；6-溫度計(jì)

三、實(shí)驗(yàn)方法和步驟

    1、在測(cè)定地點(diǎn)將開關(guān)把手置于吸氣位置，并將唧筒往復(fù)推壓2-3次，以清洗唧筒，然后將活塞桿拉出，氣體試樣就被抽吸在唧筒內(nèi)了。再將開關(guān)把手置于（450）封閉位置。

    2、將檢定管兩端用小銼刀切斷，把進(jìn)氣端插入唧筒的排氣口上，再將開關(guān)把手置于排氣口位置，按照檢定管的使用說明書對(duì)送氣量和送氣時(shí)間的要求，使氣樣流過檢定管CO與指示膠起反應(yīng)，產(chǎn)生棕色環(huán)。

    3、讀數(shù)，由變色環(huán)上端指示的數(shù)字直接從檢定管上讀出CO濃度（PPM）。如果氣樣中CO含量超過檢定管測(cè)量上限，可減少通氣量，如通氣量為V mmL，則：

    測(cè)定結(jié)果=檢定管×（100÷V）（式中100指要求送氣量為100mmL檢定管）

如果氣樣中CO含量低于檢定管測(cè)量下限，可增加通氣次數(shù)，如果通氣次數(shù)為N，則：

    測(cè)定結(jié)果=檢定管讀數(shù)÷N

實(shí)驗(yàn)二    大氣壓、空氣濕度和空氣密度測(cè)定

一、試驗(yàn)?zāi)康?/p>

    掌握測(cè)定大氣壓（P）和空氣濕度的常用儀表的構(gòu)造、原理和使用方法，計(jì)算空氣密度。

二、試驗(yàn)儀表：

    1. 大氣壓測(cè)定

常用的儀表有水銀氣壓計(jì)和空盒氣壓計(jì)。

（1） 水銀氣壓計(jì)

常用的水銀氣壓計(jì)有動(dòng)槽式和定槽式兩種。

動(dòng)槽式水銀氣壓計(jì)的主要部件是一根倒置于可動(dòng)水銀槽內(nèi)的玻璃管，管的上端水銀面上是真空的，槽內(nèi)液面則通向大氣，所以玻璃管內(nèi)水銀柱高度就表示了大氣壓力（毫米汞柱或毫巴）。

測(cè)定時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)底部調(diào)節(jié)螺絲4，使槽內(nèi)水銀液面正好與象牙指針2觸及，然后轉(zhuǎn)動(dòng)螺絲6，使游標(biāo)1的下切口與水銀頂面相切，由刻度尺7和游標(biāo)1讀出大氣壓的讀值（P讀），因?yàn)榭潭仁墙饘俚?，熱脹冷縮，所以要進(jìn)行讀值的溫度校正，由溫度計(jì)8讀出測(cè)定的溫度，從表2—1查出溫度校正值P溫，則實(shí)際的大氣壓：

P0=P讀+P溫

定槽式水銀氣壓計(jì)的下部水銀槽是固定不動(dòng)的，除不必調(diào)節(jié)槽內(nèi)液面高低外，其余使用方法同上。

表2-1    黃銅刻度尺換算到0℃時(shí)的溫度校正值

溫度

℃

 大氣壓計(jì)數(shù)值（P讀）mmHg

 

740

 750

 760

 770

 780

 

10

 -1.21

 -1.22

 -1.24

 -1.26

 -1.27

 

15

 -1.81

 -1.83

 -1.86

 -1.89

 -1.91

 

20

 -2.41

 -2.44

 -2.48

 -2.51

 -2.54

 

25

 -3.01

 -3.05

 -3.09

 -3.13

 -3.17

 

30

 -3.61

 -3.66

 -3.71

 -3.75

 -3.80

 

（2） 空盒氣壓計(jì)

如圖2-1所示，空盒氣壓計(jì)由一個(gè)波紋狀金屬真空盒和一套杠桿機(jī)構(gòu)組成。大氣壓變化時(shí)盒面變形值經(jīng)杠桿機(jī)構(gòu)放大，帶動(dòng)盒面指針轉(zhuǎn)動(dòng)指出大氣壓值。

空盒氣壓計(jì)使用前應(yīng)用水銀氣壓計(jì)校正，校正時(shí)用小螺絲刀微微擰轉(zhuǎn)盒背面（或側(cè)面）的調(diào)節(jié)螺絲，使指針?biāo)練鈮褐蹬c水銀氣壓計(jì)一致。

測(cè)定時(shí)，將其水平放置，用手指輕輕敲擊盒面數(shù)次，消除指針的蠕動(dòng)現(xiàn)象，等待數(shù)分鐘后再讀值，讀值應(yīng)根據(jù)儀器所附檢定證進(jìn)行刻度和溫度的補(bǔ)充校正。例如，某空盒氣壓計(jì)讀值為770mmHg，查取它的刻度校正值為-0.1 mmHg，溫度校正為-0.03（mmHg /℃×15℃）=-0.45 mmHg，補(bǔ)充校正為+0.6 mmHg，則實(shí)際大氣壓為770-0.1-0.45+0.6=770.05 mmHg。

1-金屬盒；2-彈簧；3-指針

圖2-1  空盒氣壓計(jì)

2.空氣相對(duì)濕度測(cè)定

如圖2-2風(fēng)扇濕度計(jì)，它們都由兩支水銀溫度計(jì)組成，其中，一支為干溫度計(jì)（又叫干球），另一支的水銀球上包著紗布，叫濕溫度計(jì)（又叫濕球）。

測(cè)定前將濕球上的紗布用清水潤(rùn)濕。用風(fēng)扇濕度計(jì)測(cè)定時(shí)，用小風(fēng)扇罩上的鎖匙將發(fā)條上緊，風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，使空氣以一定速度（1.7～3.0m/s）流經(jīng)干、濕溫度計(jì)的水銀球周圍，1～2分鐘，兩支溫度計(jì)示數(shù)穩(wěn)定即可讀取。

三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1、分別用水銀氣壓機(jī)和空盒氣壓計(jì)測(cè)大氣壓。

2、風(fēng)扇濕度計(jì)測(cè)空氣的相對(duì)濕度，計(jì)算絕對(duì)濕度。

3、以水銀氣壓計(jì)和風(fēng)扇濕度計(jì)的測(cè)定結(jié)果計(jì)算空氣的密度。

實(shí)驗(yàn)三  微氣候狀態(tài)測(cè)定

一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

掌握用卡它計(jì)測(cè)微氣候狀態(tài)的原理和方法。

二、 實(shí)驗(yàn)儀器

卡它計(jì)、熱水瓶、秒表、溫度計(jì)、風(fēng)速計(jì)

卡它計(jì)（圖3-1）是一種模擬人體表面在空氣中的溫度、濕度和流動(dòng)速度三種因素綜合作用下散熱情況的儀器。它下端的圓形貯液器長(zhǎng)約40mm，直徑16mm，表面積約為22.6cm2，內(nèi)貯酒精。儀器中部刻有38℃和35℃兩個(gè)刻度，其平均值為36.5℃，恰好相當(dāng)于人體溫度。

卡它計(jì)有干卡它計(jì)和濕卡它計(jì)兩種，前者只能測(cè)出對(duì)流和輻射形式的散熱效果，濕卡它計(jì)的貯液器用紗布包起來，能測(cè)出對(duì)流、輻射和蒸發(fā)的綜合散熱效果。

三、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方法

用干、濕卡它計(jì)分別測(cè)定室內(nèi)的干、濕卡它度各二次，取其平均值，并測(cè)出這時(shí)的空氣溫度、濕度和速度。評(píng)述在該微氣候狀態(tài)下的自我感覺。

卡它度的測(cè)定：取干、濕卡它計(jì)各一支，記下各自的卡它常數(shù)F，將卡它計(jì)下部貯液器置于熱水瓶中，使酒精液柱水氣泡完全排出。酒精液面上升到上端園柱形空間內(nèi)的1/2～1/3處取出，若為干卡它計(jì)，則用布將儀器檫干，如為濕卡它計(jì)則將下端貯液器紗布內(nèi)過多的水分?jǐn)Q掉，將儀器置于測(cè)定地點(diǎn)，手持秒表，記錄酒精液面由38℃下降到35℃的時(shí)間t（秒），按下式求出卡它度：

   W/（S·m2）

式中：H——干或濕卡它度；

F——卡它常數(shù)，其數(shù)值為溫度從38℃降至35℃時(shí)每平方厘米貯液器表面所散失的熱量，W/m2；

t——酒精液面由38℃降至35℃所經(jīng)過的時(shí)間，秒。

實(shí)驗(yàn)四、 風(fēng)流點(diǎn)風(fēng)壓和點(diǎn)風(fēng)速測(cè)定

一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1 熟悉風(fēng)壓測(cè)定儀表的構(gòu)造和使用方法；

2 掌握測(cè)定點(diǎn)風(fēng)壓和點(diǎn)風(fēng)流的方法；

3 通過實(shí)驗(yàn)更好地理解壓人式通風(fēng)和抽出式通風(fēng)時(shí)風(fēng)流任一點(diǎn)的全壓、靜壓和動(dòng)壓的相互關(guān)系，以及風(fēng)流某一斷面上的風(fēng)速分布；

二、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀表

扇風(fēng)機(jī)管網(wǎng)系統(tǒng)，皮脫管，U型壓差計(jì)，單管壓差計(jì)，空盒氣壓計(jì)，膠皮管。

1、 扇風(fēng)機(jī)管網(wǎng)系統(tǒng)如圖4-1所示。

圖4-1 扇風(fēng)機(jī)和管網(wǎng)系統(tǒng)

2、  皮托管如圖4-2所示，它是傳遞風(fēng)流壓力的儀器，由內(nèi)外兩根細(xì)金屬管組成，內(nèi)管前端中心有孔與標(biāo)有“+”號(hào)的管腳相同。外管前端封閉，在其管壁開有4~6個(gè)小孔與標(biāo)有“-”號(hào)的管腳相同，測(cè)定時(shí)使管嘴與風(fēng)流平行，中心孔正對(duì)風(fēng)流傳遞測(cè)點(diǎn)風(fēng)流的絕對(duì)全壓（絕對(duì)靜壓與動(dòng)壓之和），而管壁上的小孔則只傳遞測(cè)點(diǎn)的絕對(duì)靜壓。

3、 U型壓差計(jì)如圖4-3，有一根彎成U型的玻璃管1（其中裝如蒸餾水或酒精），刻度尺2和支撐板組成，測(cè)定時(shí)，用膠皮管將風(fēng)流壓力接引（傳遞）到玻璃管內(nèi)，垂直U型管的兩液面差乘以工作液（U形管內(nèi)所裝液體）的比重，即為測(cè)定的壓差h（mmH2O），如為傾斜U形壓差計(jì)，它的壓差為：

H＝Lδsinα          mmH2O

式中：L——U形管內(nèi)的液面高差（mm）；

α——U形管的傾角（°）；

δ——工作液比重。

4、 單管壓差計(jì)

   單管壓差計(jì)工作原理如圖4-4所示。它是由一個(gè)具有大斷面的容器A（面積為F1）與一個(gè)小斷面的傾斜管B（面積為F2）互相連通，并在其中裝有適量酒精的儀器。若在P1與P2壓差作用下，具有傾斜度α的管子B內(nèi)的液體在垂直方向升高了一個(gè)高度Z1，而A容器內(nèi)的液面下降了Z2，這時(shí)儀器內(nèi)液面的高差為：

Z=Z1+Z2

由于A容器液體下降的體積與B管液體上升的體積相等，即：

              Z2F1=LF2

則            Z2=LF2/F1

并且          Z1=Lsinα

把Z1與Z2代入上式，得：

            Z=Z1+Z2=L（sinα+F2/F1）

故用此壓差計(jì)測(cè)得P1與P2之壓差h為：

            h=Zδ=Lδ(sinα+F2/F1)

式中：     δ——酒精的比重；

令：       K=δ(sinα+F2/F1)

則：       h=KL  mmH2O

式中：     K——儀器的校正系數(shù)；

           L——傾斜管上的讀數(shù)，mm。

圖4-5 Y-61型傾斜微壓計(jì)

圖4-5a，是Y-61型傾斜微壓計(jì)的結(jié)構(gòu)圖，在三角形的底座1上裝設(shè)容器2與帶刻度的玻璃3，并用膠皮管4將其連通。容器2的頂蓋上有注液孔螺絲5，三通旋塞6及調(diào)零螺絲7，儀器的底座上有水準(zhǔn)泡8和調(diào)平螺絲9。玻璃管3的傾角可借弧形板10與銷釘來調(diào)節(jié)。為了讀數(shù)準(zhǔn)確，玻璃管3上裝有活動(dòng)游標(biāo)11。零位調(diào)整螺絲下部是一個(gè)浸入液體的圓拄體，若轉(zhuǎn)動(dòng)螺絲就可改變圓柱體浸入液體的深度。三通旋塞如圖4-5b所示，當(dāng)反時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)其旋鈕至極限位置（圖4-5b左）時(shí)玻璃管3借膠皮管12與容器2連通，并經(jīng)三通旋塞孔與大氣相通，而標(biāo)有“+”、“-”兩管接頭則被隔斷，此時(shí)為調(diào)整零位位置，當(dāng)順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)其旋鈕至極限位置（圖4-5b右）時(shí)，管接頭“+”端與容器2相通，標(biāo)有“-”管接頭借膠皮管12通向玻璃管液面，此時(shí)三通旋塞孔與大氣的通路則被隔斷，此即為測(cè)壓位置。

  儀器的使用

（1） 注入酒精，將調(diào)整螺絲7置于中間位置，擰開注液孔螺絲5，把配置好的酒精（比重0.81）漫漫注入容器2內(nèi)，直到玻璃內(nèi)酒精液面在“0”附近為止。

（2） 調(diào)平儀器，將玻璃管按所測(cè)壓力大小固定到合適位置，用調(diào)平螺絲9將儀器調(diào)平，轉(zhuǎn)動(dòng)三通旋塞6至“調(diào)零”位置，玻璃管液面如不在“0”刻度上，則調(diào)整零位調(diào)整螺絲7使液面恰好位于“0”刻度上。

（3） 測(cè)壓；將高壓接到儀器的“+”接頭上，將低壓接到儀器的“-”接頭上，然后轉(zhuǎn)動(dòng)三通旋塞到“測(cè)壓”位置，管內(nèi)液面上升，待液面穩(wěn)定后，即可讀數(shù)，記作L，將其乘以玻璃管所在位置的校正系數(shù)K，即為測(cè)得的壓差。

三、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法

1).熟悉實(shí)驗(yàn)用儀表的構(gòu)造和使用方法。用比重計(jì)測(cè)酒精比重后（0.81），注入壓差計(jì)內(nèi)，將壓差計(jì)調(diào)平、對(duì)零，檢查皮托管，用嘴在皮托管的管腳上吹氣，從管咀尖端出氣的那個(gè)管腳為傳遞全壓的“+”管腳，另一則為傳遞靜壓的“-”管腳。

2).測(cè)風(fēng)流中任一點(diǎn)的風(fēng)壓；在風(fēng)道的平直段選定一個(gè)斷面，將皮托管插入風(fēng)道內(nèi)，管嘴位于斷面的中心并正對(duì)風(fēng)流方向。開動(dòng)扇風(fēng)機(jī)，作壓人式通風(fēng)，用膠皮管將皮托管的相應(yīng)管腳與壓差計(jì)連接，測(cè)該點(diǎn)的相對(duì)全壓，相對(duì)靜壓和動(dòng)壓。此外，將皮托管沿風(fēng)道斷面垂直上下移動(dòng)，觀察相對(duì)靜壓有無變化。將皮托管轉(zhuǎn)動(dòng)180°，開動(dòng)扇風(fēng)機(jī)，作抽出式通風(fēng)，測(cè)相對(duì)全壓、測(cè)相對(duì)靜壓和動(dòng)壓。用空盒氣壓計(jì)或水銀氣壓計(jì)測(cè)大氣壓力。用坐標(biāo)圖分析比較壓人式和抽出式通風(fēng)時(shí)，測(cè)點(diǎn)的絕對(duì)全壓、絕對(duì)靜壓、動(dòng)壓和相對(duì)全壓、相對(duì)靜壓、動(dòng)壓之間的關(guān)系。

3).測(cè)定風(fēng)道的斷面風(fēng)速分布；測(cè)點(diǎn)布置：為了準(zhǔn)確測(cè)得斷面風(fēng)速分布，必需合理的布置動(dòng)壓測(cè)點(diǎn)。通常是將圓斷面分成若干等面積環(huán)，并在各等面積的面積平分線上布置測(cè)點(diǎn)，如圖4-6所示為三等面積環(huán)的測(cè)點(diǎn)布置。如速度場(chǎng)縱橫對(duì)稱，也可以只在縱向（或橫向）上布置測(cè)點(diǎn)。等面積環(huán)數(shù)越多，測(cè)點(diǎn)越多，則測(cè)試精度越高。一般都按風(fēng)筒直徑大小確定等面積環(huán)數(shù)，可參考表4-1。

各測(cè)點(diǎn)距風(fēng)筒中心的Ri用下式計(jì)算：

          mm

式中：——從風(fēng)筒中心算起的等面積環(huán)的編號(hào)數(shù)；

     ——等面積環(huán)數(shù)；

    ——風(fēng)筒直徑，mm；

    ——風(fēng)筒半徑，mm。

表4-1    等面積環(huán)數(shù)查用表

風(fēng)筒直徑D（㎜）

 300

 400

 500

 ≥600

 

等面積環(huán)的數(shù)目n（i）

 2~3

 3~4

 4~5

 5~6

 

通常皮托管是從風(fēng)筒一側(cè)插入到測(cè)點(diǎn)的（如圖4-7），由可以算得皮托管插入深度。

圖4-6                            圖4-7

    風(fēng)速分布測(cè)定，在測(cè)定斷面直徑上，按三個(gè)等面積環(huán)布置七個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)各點(diǎn)的動(dòng)壓，計(jì)算各點(diǎn)的風(fēng)速。

                        m/s

式中——點(diǎn)的風(fēng)速，m/s；

——點(diǎn)的風(fēng)流動(dòng)壓，Pa；

       ——空氣密度，kg/m3

以縱坐標(biāo)表示測(cè)點(diǎn)位置，橫坐標(biāo)表示風(fēng)速，用坐標(biāo)紙按一定的比例繪制該斷面的風(fēng)速分布圖。

計(jì)算斷面平均風(fēng)速。

            V均 

式中：——分別為1、2、…n號(hào)測(cè)點(diǎn)動(dòng)壓測(cè)值，Pa；

                   n——測(cè)點(diǎn)總數(shù)。

注意；求平均風(fēng)速時(shí)，中心點(diǎn)的風(fēng)速不應(yīng)參與平均。

計(jì)算斷面的風(fēng)量Q和風(fēng)速分布系數(shù)Kv；

         Q=S*V均      m3/s

         Kv=V均/V中

式中： S——風(fēng)筒斷面積，m2；

       V——平均風(fēng)速，m/s；

      V中——中心點(diǎn)風(fēng)速，m/s。

實(shí)驗(yàn)五  風(fēng)道的風(fēng)阻摩擦阻力系數(shù)和局部阻力測(cè)定

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

掌握風(fēng)道的摩擦風(fēng)阻（R摩）、摩擦阻力系數(shù)()和局部阻力系數(shù)()的測(cè)定方法，通過測(cè)定加深理解能量方程在通風(fēng)中的應(yīng)用。

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器

扇風(fēng)機(jī)和管網(wǎng)系統(tǒng)（圖5-1）、單管壓差計(jì)、皮托管、空盒氣壓計(jì)、濕度計(jì)、膠皮管、皮尺、小鋼尺、酒精、液體比重計(jì)。

圖5-1

三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)方法

（1）摩擦風(fēng)阻（R摩）和摩擦阻力系數(shù)()測(cè)定：

風(fēng)道的摩擦阻力h摩：

式中：hf——風(fēng)道的摩擦阻力，Pa；

R摩——摩擦風(fēng)阻，NS2/M7；

Q——通過風(fēng)道的風(fēng)量，m3/s；

S——風(fēng)道的凈斷面，m2；

U——風(fēng)道的周界，m；

——風(fēng)道的摩擦阻力系數(shù)，kg/m3

由（5-1）式可見，只要測(cè)出一段風(fēng)道的摩擦阻力（hf）和風(fēng)量（Q）就可以求出這段風(fēng)道的摩擦風(fēng)阻（R摩）。如果同時(shí)測(cè)量出這段風(fēng)道的長(zhǎng)度、凈斷面和周長(zhǎng)，就可以求出測(cè)定時(shí)的摩擦阻力系數(shù)（），再按式（5-2）換算成標(biāo)準(zhǔn)空氣密度下（kg/m3）的摩擦阻力系數(shù)；

式中：——測(cè)定時(shí)的空氣密度，kg/m3。

測(cè)定方法：

在圖5-1所示的管網(wǎng)系統(tǒng)中，在鐵風(fēng)道（或木風(fēng)道）內(nèi)選擇A、B兩個(gè)測(cè)點(diǎn)，將單管壓差計(jì)調(diào)平，A、B在兩測(cè)點(diǎn)放置皮托管，用膠皮管將測(cè)點(diǎn)的靜壓分別接到壓差計(jì)，測(cè)A、B兩斷面風(fēng)流的勢(shì)能差（h測(cè)AB），再用皮托管和壓差計(jì)分別測(cè)出兩端面的平均風(fēng)速，用皮尺和小鋼尺量出間的距離和它們的周長(zhǎng)。

根據(jù)風(fēng)流的能量方程：

        （5-3）

式中：——AB段風(fēng)道的通風(fēng)阻力，Pa；

——AB段風(fēng)道的勢(shì)能差，Pa；

、 ——分別為A和B斷面的平均風(fēng)速，m/s；

 、——分別為A和B斷面的空氣密度，kg/m3。

又

如果AB段漏風(fēng)較大，則（5-1）式中的Q為A、B兩端面的風(fēng)量的平均值，即

根據(jù)測(cè)定結(jié)果，計(jì)算鐵風(fēng)筒或木風(fēng)筒的R摩和。

（2）局部阻力系數(shù)的測(cè)定

在鐵風(fēng)筒直角轉(zhuǎn)彎前后選擇兩個(gè)測(cè)定斷面C、D（圖5-1）測(cè)CD段通風(fēng)阻力h阻CD和平均風(fēng)速。

∵  

∴                （5-6）

又        （5-7）

式中：——測(cè)定的AB段鐵風(fēng)筒風(fēng)阻，NS2/M7；

——AB段長(zhǎng)度，m；

——CD段長(zhǎng)度，m；

——測(cè)定的鐵風(fēng)筒摩擦阻力系數(shù)，kg /m3。

∵  

∴  

根據(jù)測(cè)定結(jié)果計(jì)算90°角轉(zhuǎn)彎的局部阻力系數(shù)。

實(shí)驗(yàn)六   扇風(fēng)機(jī)特性測(cè)定

一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

掌握扇風(fēng)機(jī)特性測(cè)定方法，通過測(cè)定加深理解扇風(fēng)機(jī)風(fēng)量和風(fēng)壓、功率與效率的關(guān)系。

二、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與儀表

5.5KW軸流式風(fēng)機(jī)、風(fēng)筒、調(diào)節(jié)閘門、皮托管、U形壓差計(jì)、單管壓差計(jì)、電度表(或功率表、或電壓表、電流表與功率因數(shù)表)、秒表、空盒氣壓計(jì)、濕度計(jì)、膠皮管、酒精、皮尺、轉(zhuǎn)速計(jì)（本實(shí)驗(yàn)不測(cè)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速）。

三、 實(shí)驗(yàn)方法和計(jì)算

實(shí)驗(yàn)按圖6-1所示布置，用調(diào)節(jié)閘門由全開到全閉調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)工況7～9點(diǎn)，測(cè)定每一工況時(shí)的風(fēng)量、風(fēng)壓和電動(dòng)機(jī)功率，經(jīng)過計(jì)算，繪制該扇風(fēng)機(jī)的特性曲線。

（1）風(fēng)量測(cè)定

在扇風(fēng)機(jī)入風(fēng)側(cè)斷面I處用單管壓差計(jì)測(cè)得相對(duì)靜壓his后按下式計(jì)算風(fēng)量Q：

   m3/s       （6-1）

     m/s     （6-2）

式中：——I斷面的平均風(fēng)速，m/s；

 ——I斷面的面積，m2；

  ——測(cè)定時(shí)的空氣密度，kg/m3；

K ——集流器系數(shù)，，經(jīng)標(biāo)定，本實(shí)驗(yàn)所用集流器系數(shù)為0.95

——I斷面的相對(duì)靜壓，Pa。

（2）扇風(fēng)機(jī)風(fēng)壓測(cè)定

因

今

所以

又因I～I(xiàn)I斷面風(fēng)筒很短，其阻力可略去，故

式中：——扇風(fēng)機(jī)的全風(fēng)壓，Pa；

——扇風(fēng)機(jī)的靜風(fēng)壓，Pa；

——扇風(fēng)機(jī)所克服的通風(fēng)阻力，Pa；

， ， ——扇風(fēng)機(jī)出口，風(fēng)筒I斷面、II斷面的平均動(dòng)壓，Pa；

，——I、II斷面的相對(duì)靜壓，Pa。

由上式可知，只要測(cè)得I、II斷面的相對(duì)靜壓（，）即可算出扇風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓和靜壓。

（3）電動(dòng)機(jī)功率測(cè)定

本實(shí)驗(yàn)采用三相功率表讀出其表指針偏轉(zhuǎn)格數(shù)n后，用下式計(jì)算電動(dòng)機(jī)輸入功率N電。

N電＝0.04×n

（4）扇風(fēng)機(jī)效率計(jì)算

扇風(fēng)機(jī)全壓效率

扇風(fēng)機(jī)靜壓效率

（5）空氣密度測(cè)定

用空盒氣壓計(jì)測(cè)大氣壓，用濕度計(jì)測(cè)濕度，計(jì)算空氣密度。

（6）測(cè)點(diǎn)斷面積測(cè)算

（7）繪制扇風(fēng)機(jī)特性曲線

以風(fēng)量為橫坐標(biāo)，扇風(fēng)機(jī)的靜壓、功率、效率為縱坐標(biāo)，分別繪制Q—Hs、Q—N電、Q—s的關(guān)系曲線。

注：1.轉(zhuǎn)速測(cè)定可參閱教材的有關(guān)部分；

2.壓力讀數(shù)為mmH2O，應(yīng)換算為Pa帶入公式計(jì)算。

試驗(yàn)七  礦內(nèi)空氣中沼氣和二氧化碳濃度測(cè)定

一、 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

學(xué)習(xí)并掌握光學(xué)瓦斯檢定器的構(gòu)造，原理和使用方法。

二、 試驗(yàn)原理

煤礦井下普遍使用AQG-1型光干涉式瓦斯檢定器測(cè)CH4和CO2的濃度，它的外形和內(nèi)部構(gòu)造見圖7-1。

檢定器根據(jù)光干涉原理制成，它的關(guān)學(xué)原理如圖7-2所示。燈泡1發(fā)出的一束白光，經(jīng)光柵2和透鏡3變成一束平行光射到平行平面鏡4后，分成兩束光線。其中一束自平面鏡的a點(diǎn)反射，經(jīng)右空氣室，大三棱鏡和左空氣室回到平行平面鏡，再經(jīng)鏡底反射鏡面的b點(diǎn)，另一束在a點(diǎn)折射進(jìn)入鏡底后反射出來，往返經(jīng)過瓦斯室也回到平面鏡，于b點(diǎn)反射后與第一束光一同進(jìn)入三棱鏡6再經(jīng)90度反射進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡。這兩束光由于光程差（光程為光線通過的路程和所遇過的介質(zhì)的折射率的乘積），在透鏡7的焦點(diǎn)平面上就白色光特有的干涉條紋（通常稱“光譜”）條紋中有兩條黑紋和若干條彩紋。光通過氣體介質(zhì)的折射率與氣體密度有關(guān)，如果以空氣和瓦斯室都充滿新鮮空氣時(shí)干涉條紋的位置為基準(zhǔn)（即為零點(diǎn)），當(dāng)含CH4的空氣進(jìn)入瓦斯室時(shí)由于氣體密度的變化，光程也隨之發(fā)生變化，于是干涉條件產(chǎn)生位移，位移量的大小與CH4濃度的高低成線性關(guān)系。所以根據(jù)干涉條紋中任一條紋（通常為黑色條紋）的移動(dòng)距離的大小，就能直接測(cè)出空氣中的CH4濃度。

儀器的使用方法：

儀器使用前要進(jìn)行下列準(zhǔn)備：

（1）充填吸收劑水分吸收管中裝入氯化鈣（或硅膠），二氧化碳吸收管中裝入石灰，吸收劑顆粒過大不能充分起吸收作用，過小則阻塞氣路，吸收管兩端填以脫脂棉，以免煤塵及吸收劑進(jìn)入儀器內(nèi)部，吸收劑變質(zhì)時(shí)應(yīng)及時(shí)更換。

（2）氣密性檢查，堵住進(jìn)氣口，用手捏扁吸氣球，然后放松，球體不起表明儀器不漏氣，放開進(jìn)氣口，球體即膨起，表明氣路暢通可以使用。

（3）光路系統(tǒng)檢查，裝好電池后，按下光源電門8，由目鏡觀察并轉(zhuǎn)動(dòng)目鏡筒，調(diào)整到分劃板刻度清晰時(shí)，再看干涉條紋是否清晰，如不清晰可轉(zhuǎn)動(dòng)光源電門7，由微讀數(shù)觀測(cè)窗看微讀數(shù)電源是否接通。

 5 12

11

10

9

14 8

13 13

`

7

6

4

3 6 2 1

圖7－2　檢定器的光學(xué)系統(tǒng)

1－光源　2－光柵　3－透鏡　4－平行平面鏡　5－大三棱鏡　6－三棱鏡　7－物鏡　

8－測(cè)微玻璃　9－分劃板　10－場(chǎng)鏡　11－目鏡　12－目鏡保護(hù)玻璃　13－空氣室

14－瓦斯室

CH4濃度測(cè)定：

首先，在新鮮風(fēng)流中對(duì)零：按壓微讀數(shù)電門7，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)微調(diào)螺旋3，將微讀數(shù)調(diào)到零點(diǎn)，捏放橡皮球5～6次，使瓦斯室內(nèi)充滿新鮮空氣，按壓下光源電門8，由目鏡觀察干涉條紋的同時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)主調(diào)螺旋2，使條紋中的某一黑線正對(duì)分劃板的零點(diǎn)，蓋緊主調(diào)螺旋蓋15，就可以進(jìn)行測(cè)定了。

測(cè)定時(shí)，在測(cè)定地點(diǎn)捏放橡皮球5～6次，將待測(cè)氣體吸入瓦斯室，按下光源電門8，讀出黑基線位移后的整數(shù)值，再轉(zhuǎn)動(dòng)微調(diào)位螺旋3，使黑線遇到和該讀數(shù)重合，由微調(diào)讀數(shù)盤上讀數(shù)讀出小數(shù)，例如，位移的整數(shù)為2，微讀數(shù)為0.46，則CH4濃度為2.46％。

該儀器還可以用來測(cè)定其它氣體，但是必須加裝專門的吸收管并進(jìn)行測(cè)定結(jié)果校正。

CO2濃度的測(cè)定，空氣中同時(shí)存在CH4和CO2時(shí)，先測(cè)出CH4濃度濃度，然后取下吸收管，測(cè)出CH4濃度和CO2的混合濃度。因?yàn)镃O2的折射率（1.000418）與CH4濃度的折射率（1.000411）相差不大，一般測(cè)定時(shí)，后一讀數(shù)減去前一讀數(shù)即為CO2濃度。精度測(cè)定時(shí)，還要乘以校正系數(shù)k，kCO2＝0.952。

三、 試驗(yàn)內(nèi)容和方法

在掌握了儀器的構(gòu)造，原理和使用方法以后，分別由瓦斯缸內(nèi)取樣測(cè)缸內(nèi)濃度各二次，取其平均值。

實(shí)驗(yàn)八 空氣中礦塵濃度測(cè)定

一、 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

掌握重量法中慮膜測(cè)塵的方法

二、 試驗(yàn)原理和設(shè)備

慮膜法測(cè)塵是使一定體積的空氣通過特制的慮膜，粉塵被截留在慮膜上，由慮膜的增重(ΔW)和通過的空氣量算出空氣中的礦塵濃度。

式中—— 慮膜的增重，mg；

—— 通過慮膜的空氣量，L/min；

—— 采樣時(shí)間，min。

慮膜由直徑很細(xì)的合成纖維制成，有良好的靜電吸附作用，阻塵率高(97.3～99.8)，對(duì)空氣的阻力比集塵管低得多，吸濕性小，容易干燥，近年國內(nèi)廣泛采用這一方法測(cè)塵。

慮膜測(cè)塵的設(shè)備有：抽氣裝置、秒表、采樣器、膠皮管、采樣器固定架、萬分之一天平或扭力天平、干燥器等。

三、 試驗(yàn)方法

（1）慮膜稱重，用鑷子取下慮膜兩面的襯紙，將慮膜在分析天平上稱重后裝入慮膜夾。

（2）裝慮膜，扭下慮膜夾的固定蓋，將慮膜中心對(duì)準(zhǔn)慮膜夾的中心，鋪于錐形環(huán)上，套好固定蓋，將慮膜夾緊，倒轉(zhuǎn)過來將螺絲底座擰入固定蓋，放入樣品盒中備用。

（3）取樣，將慮膜夾放入采樣漏斗1內(nèi)（圖8-1），蓋好頂蓋2，擰緊。按圖8-2所示，將采樣器連接于流量計(jì)和抽氣裝置，采樣器應(yīng)置于產(chǎn)塵箱采料口（在現(xiàn)場(chǎng)，采樣器的高度應(yīng)在人的呼吸帶內(nèi)距底板1.3～1.5米）。

圖8-3    粉塵采樣系統(tǒng)

取出慮膜夾，使受塵面向上裝入樣品盒內(nèi)，準(zhǔn)備稱重。

為了保證測(cè)塵精度，要求在同一測(cè)定以相同流量平行采取兩個(gè)試樣，兩者之差不得超過20％。本實(shí)驗(yàn)只采取單獨(dú)試樣。

（4）稱重，仔細(xì)地將慮膜由夾內(nèi)取出，將含塵一面向里折2～3折。一般情況下，慮膜先放在干燥器內(nèi)干燥30分鐘后在稱量，如慮膜表面有小水珠，則置于干燥箱內(nèi)。每隔30分鐘稱重一次，直到相鄰兩次稱重差不超過0.2mg。

（5）計(jì)算空氣中礦塵濃度。