矿井通风网络解算程序编制通用规则

　　中华人民共和国煤炭工业部1996—03—08批准 1996—08—01实施

　　1 主题内容与适用范围

　　本标准规定了矿井通风网络解算采用的数学模型、数值计算方法、解算步骤和精度检验。

　　本标准适用于编制用数字计算机完成复杂通风网络解算的程序。

　　本标准不适用于编制非稳定风流分析、主要通风机优选和风量调节计算的程序。

　　2 术语

　　2．1 矿井通风网络

　　表示矿井风道的连接关系和风流方向的网络。

　　2．2 节点

　　通风网络中，两条以上风道的交汇点。

　　2．3 回路

　　通风网络中，由若干条风道首尾相接构成的闭合路径。

　　2．4 通风网络解算

　　运用通风网络中风流流动定律计算各风道风量自然分配的过程。

　　3 数学模型

　　3．1 节点风量平衡定律

　　单位时间流入一个节点的空气质量等于流出该节点的空气质量。习惯上，流入节点的质量流量取正值，流出节点的质量流量取负值。节点风量平衡定律由下列方程表示：

　　……………………………………………(1)

　　式中：qmi——连接到该节点的第i条风道的质量流量，kg／s；

　　n1——连接到该节点的风道数。

　　当进入矿井的空气视为不可压缩气体时，质量流量可用体积流量替代，方程(1)改写为：

　　……………………………………………(2)

　　式中：qvi——连接到该节点的第i条风道的体积流量，m3／s。

　　3．2 回路风压平衡定律

　　风流从一个节点经过不同路径到达另一节点所消耗的机械能相等。在一条回路上，设定回路方向后，当风道的风流方向与回路方向一致时，风道的风压取正值；反之，取负值。则回路风压平衡定律由下列方程表示：

　　……………………………………………(3)

　　式中：hi——构成该回路的第i条风道的风压，Pa；

　　n2——构成该回路的风道数。

　　当回路中有机械风压和自然风压时，方程(3)改写为：

　　……………………………………(4)

　　式中：hf——回路中通风机装置的静压，Pa；

　　hn——回路中的自然风压，Pa。

　　3．3 通风阻力定律

　　空气流经一条风道时消耗的机械能与通过风量的平方成正比。通风阻力定律由下列方程表示：

　　……………………………………………(5)

　　式中：h——风道风压，Pa；

　　qv——风道风量，m3／s；

　　R——风道风阻，N·s2／m8。

　　上述方程(1)(或(2))、(3)(或(4))和(5)组成通风网络(以下简称风网)解算的数学模型。

　　4 数值计算方法

　　风网解算的数学模型是非线性代数方程组，其数值计算方法有回路风量法和节点风压法。其中，回路风量法又有牛顿法和克劳斯法(又称斯考德—恒斯雷法)。

　　5 解算步骤

　　5．1 绘制风网图

　　在绘制风网图时。矿井的入、回风井口应合并为一个节点(使用同一节点编号)或用风阻为零的虚拟风道把它们连接起来，以构成闭合网络。

　　在风网图上，应对所有风道和节点分别编号，并对重要用风点及通风设施作出标记。

　　5．2 建立数据文件

　　按照所编制程序的要求，填写原始数据表，并输入到计算机外存设备中，形成可供风网解算程序调用的数据文件。

　　5．3 解算风网

　　在数字电子计算机上，运行所编制的风网解算程序，对风网进行解算，打印出解算结果。

　　在解算过程中，矿井主要通风机的工况点应始终落在正常运行工况区内。否则，风网解算程序应作出以下处理：中断解算进程，向用户提示所发生的问题；或者，继续解算进程，但在输出解算结果时，给出必要的信息，提示用户注意本次解算的质量。

　　5．4 分析解算结果

　　将得出的解算结果，如重要用风点的风量、重要节点的风压和主要通风机工况等数值填写到风网图上，以便作进一步分析。

　　6 精度检验

　　程序应包含一个检验解算精度的模块，以便在完成风量自然分配计算后，把解算结果回代到原数学模型中，计算节点风量闭合差和回路风压闭合差，并以这两个闭合差的最大绝对值，作为本次解算的精度。

　　附加说明：

　　本标准由煤炭工业部煤矿安全标准化技术委员会提出。

　　本标准由煤炭工业部煤矿安全标准化技术委员会通风技术及设备分技术委员会归口。

　　本标准由煤炭科学研究总院抚顺分院负责起草。

　　本标准起草人王振财。

　　本标准委托煤炭科学研究总院抚顺分院负责解释。