附录8 通风实验指导书.doc

附录八 矿井通风实验指导书 实验一 矿井空气中主要有害气体浓度的测定 一、 实验目的 （一）学习使用AQY-50型手动采样器测定CO、CO2和H2S含量的方法； （二） 学习使用比长式检测管测定CO、CO2和H2S含量的方法； 二、 实验要求 （一）掌握AQY-50型手动采样器的构造、原理和使用方法； （二）掌握比长式检测管测定CO、CO2和H2S的原理及方法。 三、 实验仪器和设置 （附表8-1） 附表 8-1 实验一所用的仪器和设备 序号 名 称 型号或规格 数量 生产厂家 1 手动采样器 AQY-50型 7 重庆煤矿安全仪器厂 2 秒表 普通 7 3 气普发生器 普通 1 4 CO检测管 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型 7 鹤壁式气体检测管厂 5 CO2检测管 Ⅰ、Ⅱ型 7 鹤壁式气体检测管厂 6 H2S检测管 Ⅰ型 7 鹤壁式气体检测管厂 7 长颈漏斗 普通 4 8 烧瓶 普通 4 9 烧杯 普通 7 10 广口瓶 普通 7 四、 实验内容及步骤 （一）仪器的构造和原理 1．检测管 检定管的构造与使用方法见第一章第二节。 检测管的工作原理是，当被测气体以一定的速度通过检测管时，被测气体与指示粉发生有色反应，根据指示粉的变色长度来确定其浓度。测定不同气体的检测管，其指示粉吸附不同的化学试剂。 一氧化碳检测管是以活性硅胶为载体，吸附化学试剂碘酸钾和发烟硫酸充填于细玻璃管中，两者反应生成的五氧化二碘吸附在硅胶上。当含有一氧化碳的气体通过检测管时，一氧化碳与五氧化二碘反应使碘游离，形成一个棕色环，随着气流通过，棕色环向前移动，移动的距离与被测环境中的一氧化碳浓度成正比。即 因此，当检测管中通过定量气体后，根据棕色环移动的距离，便可测得环境空气中一氧化碳的浓度。 硫化氢检测管也以活性硅胶为载体，而它所吸附的化学试剂为醋酸铅，当含有硫化氢的气体通过检测管时，便与指示粉反应，在玻璃管内壁产生一个棕色变色柱，棕色变色柱的移动距离与空气中硫化氢的浓度成正比。其反应式如下 根据变色柱的距离，便可测得环境空气中硫化氢的浓度。 二氧化碳检测管与上述两种基本相同，它是以活性氧化铝为载体，吸附带有变色指示剂的氢氧化钠充填于玻璃中，当含有二氧化碳气体通过检测管时，它与活性氧化铝上所载的氢氧化钠反应，由原来蓝色色柱变为白色色柱向前移动，其白色色柱的移动距离与被测环境空气中二氧化碳浓度成正比，于是根据移动距离，便可测得空气中二氧化碳的浓度。其反应式如下 2．吸气装置 吸气装置主要采用AQY-50型手动采样器 构造原理与使用方法见第一章第二节。 （二）测定方法和步骤 1．试样气体的制备 一氧化碳试样气体制备的方法如附图8-1所示，在长颈漏斗中盛蚁酸，圆底烧杯中盛浓硫酸并加热，其反应式如下 应预先测定容器中一氧化碳的浓度，以给学生选定检定管的规格。 附图8- 1 一氧化碳试样制备方式 硫化氢试样制备所用的设备与附图8-1相同，在长颈漏斗中盛盐酸，圆底烧杯中盛硫化亚铁，其反应式如下 二氧化碳试样的制备方法如附图8-2所示，在左边的广口瓶里放大理石小块，从长颈漏斗注入稀盐酸（为了防止气体从长颈漏斗逸出，需将漏斗下端插入液面以下），用向上排空气法可将CO2收集在右边的广口瓶中。其反应式如下 （附图8-2 二氧化碳试样制备方法） 2．测定方法 使用AQY-50型手动采样器时，先将三通阀把手置于水平位置，气嘴入口插入盛CO等被测气体的容器中，拉动活塞取样，然后将三通阀把手置于450位置，打开检测管，把浓度标尺“0”的一端插入采样器的接头胶管上，按规定的送气时间以均匀的速度送入检测管，最后从检测管浓度标尺上读出被测气体的浓度，填入实验报告中。 五、实验数据表格 附表8-2 实验室空气中 CO、CO2和H2S浓度记录表 检定 气体 检定管型号 吸气装置 环境温度 （） 吸气时间 （s） 浓度读数 （） 第一次 第二次 第三次 平均浓度 一氧 化碳 二氧 化碳 硫化氢 六、思考题 1、测定CO含量时，棕色环并没有出现，或者棕色环超过检定管最大量程，这是怎么回事请解释。 2、如果测量环境空气的一氧化碳、二氧化碳或硫化氢浓度较大或特小，如何利用比长式检测管测定其浓度 实验二 矿井大气主要参数测定 一、实验目的 （一）学习使用温度计、湿度计、气压计测量空气的湿度和密度。 （二）学习使用卡他温度计测量环境气候的卡他度和风速。 二、实验要求 一 掌握使用湿度计、气压计、卡他温度计测量矿井大气的温度、湿度、大气压力、风速及卡他度。 （二）掌握测算矿井空气密度的方法，会用卡他度值计算空气的平均风速。 三、实验仪器和设备 附表 8-3 实验二所用的仪器和设备 序号 名 称 型号或规格 数量 生产厂家 1 温度计 普通 7 2 水银大气 压力计 DYM1型 1 长春、上海气相仪器厂 3 空盒气压计 DYM-3型 6 长春、上海气相仪器厂 4 数字式气压计 WFQ-2型 1 冶金部安全研究所 5 手摇湿度计 DHM1-1型 7 长春气相仪器厂 6 风扇式湿度计 DHM2型 7 天津气相海洋仪器厂 7 卡他温度计 7 西安煤矿仪表厂 8 秒表 普通 7 四、实验内容及步骤 （一）空气温度的测定 使用普通温度计或湿度计中的干温度计测定空气温度，然后换算成绝对温度，记入实验报告中。 （二）大气压力的测定 1．使用水银气压计测定大气压力 在实验室测量大气压力，主要采用水银气压计。使用时，只需将其悬挂于待测地点，等候管内水银面稳定后，直接读其高度数值就是待测地点的大气压力，并将其数值换算成kPa记入实验报告中。 2．使用空盒气压计测定大气压力 在矿井井下测量大气压力主要采用空盒气压计。 空盒气压计出厂时要附一个检定证，检定证中给出了三种读数的订正值。 空盒气压计检定证（仪器号116750）如下 1）刻度订正如附表8-4所示。 附表8-4 空盒气压计刻度订正表（仪器号116750）（单位mmHg） 气压 订正值 气压 订正值 气压 订正值 800 -0.4 730 0.2 660 -0.6 790 -0.3 720 0.2 650 -0.5 780 -0.2 710 0.1 640 -0.5 770 -0.1 700 0.0 630 -0.5 760 0.0 690 -0.2 620 -0.4 750 0.1 680 -0.4 610 -0.3 740 0.1 670 -0.5 600 -0.2 2温度订正-0.03mmHg/C。 3补充订正0.6mmHg。 空盒气压计的读数要经过下述三种订正，才为实测大气压力值。例如读数为675mmHg，测定时的温度为16.5C，则 （1）刻度订正。从检定证中查出，当读数为675mmHg时，其订正值为-0.45mmHg。 （2）温度订正。从检定证中查出，温度变化1C时的气压订正值为-0.03mmHg/C，故温度订正值为 -0.0316.5 -0.5mmHg （3）补充订正。从检定证中查出，其订正值为0.6mmHg。 经上述三种订正后，实际大气压力为 p＝675-0.45-0.50.6＝674.65mmHg89.95kPa，换算成kPa后记入实验报告中。 注意每只空盒气压计必须使用它自己的订正值，切记不能互相代替。 3．使用数字式气压计测定大气压力 数字式气压计具有体积小、重量轻、测量参数多、数据准确、读数简便、使用寿命长等特点，目前，在实验室、煤矿井下测量大气压力多用数字式气压。使用时，只要按一下“总清”键，液晶显示就会显示当时当地大气压力值。换算成kPa记入实验报告中。 （三） 湿度测定 矿井大气的相对湿度一般用手摇湿度计或风扇湿度计（见教材第一章第三节）。它们的结构不同，但原理相同。都是由干温度计和湿温度计（水银球部包以湿纱布）组成。前者用手摇，后者有带发条转动的小风扇。用前者测量时，用大约120r/min的速度旋转60s，使湿温度计外包的湿纱布水分蒸发，吸收热量，湿温度计的指示值下降，根据两温度计上分别读出的干温度和湿温度值查表可得到相对湿度值。用后者测量时，首先上紧发条，然后开启风扇，此时小风扇吸风，在湿球周围形成2～5m/s的风速，60s后同样读出干温度和湿温度值查表得到相对湿度值。 上述温度、大气压力、相对湿度要读数3次，取其平均值计算。 （四） 按以下两式分别计算空气密度 1．精确式 2．近似式 式中符号意义参见第二章第一节。 （五） 卡他度测定 卡他计是检查气温、湿度、风速综合作用的一种仪器，如附图8-3所示，其下端是长圆形的贮液球，长约40mm，直径16mm，表面积22.6cm2，内贮酒精。上端也有长圆形的空间。以便在测定时容纳上升的酒精，全长约200mm。其上刻38和35，其平均值正好等于人体温度。 （附图8-3 卡他计） 测定时，将卡他计先放入55左右的热水中使酒精面开始升至仪器上部空间三分之一处，取出卡他计抹干，然后挂在待测点，此时酒精液面开始下降。记录由38下降至35所需时间，然后用下式计算卡他度。 H干＝ 式中 H干干卡他度，毫卡； F卡他常数（附于仪器上）； t温度由38下降至35所需时间，s。 测定湿卡他度时，仅需将贮液球包上湿纱布后，按上述方法进行。然后用下式计算湿卡他度H湿。 H湿＝ 用卡他度所测定的上述数据，可用以下两式分别计算风速 1． 当时 ，m/s； 2． 当时 ，m/s； 式中 v待测点风速，m/s； 卡他度的平均温度。即36.5减去该处的空气温度，； 其它符号意义同前。 五、 实验数据表格 附表8-5 大气压力记录表 仪器 类别 大气压力 读数 刻度订正值 mmHg 温度订正值mmHg 补充订正值mmHg 实际气压（Pa） 第一次 第二次 第三次 平均值 空盒气压计 水银气压计 数字气压计 附表8-6 空气湿度记录表 仪 器 类 别 测 定 次 数 空气 温度 平均干温度 平均湿温度 绝对温度K 相对 湿度 饱和蒸气压力Kpa 空气密度 （Kg/m3） 干 湿 手摇温度计 1 2 3 风扇湿度计 1 2 3 附表8-7 卡他度与风速记录表 仪器 类别 测定 次数 时 间 （s） 时间平均值 （s） 干卡他度（毫卡） 湿卡他度（毫卡） 环境温度 卡他 常数 平均风速（m/s） 干卡 他计 1 2 3 湿卡 他计 1 2 3 六、思考题 1．空盒气压计的读数为何要进行校正 2．为什么说卡他计是检查气温、湿度及风速综合作用的一种仪器 实验三 通风管道中风流点压力和风速的测定 一、实验目的 （一）学习用皮托管及压差计测定通风管道中的点压力，并了解皮托管及压差计的构造。 （二）学习用皮托管及压差计测定通风管道中某断面的平均风速并计算风量。 二、实验要求 （一）掌握用皮托管及压差计测定通风管道中某点空气的静压、动压和全压的方法，以巩固的概念。 二掌握用皮托管及压差计测定通风管道中某点平均风速、最大风速和速度场系数K的方法，并计算风量。 三、实验仪器和设备（附表8-8） 附表8-8 实验三所用的仪器和设备 序号 名称 型号或规格 数量 生产厂家 1 通风管道 大直径 1 自制 2 通风管道 小直径 6 自制 3 皮托管 AFP-8A 10 重庆煤矿安全仪器厂 4 皮托管 微型 15 自制 5 U型垂直压差计 10 6 U型倾斜压差计 AFJ-150型 7 重庆煤矿安全仪器厂 7 单管倾斜压差计 YYT-200；Y-61型 7 上海红宇电子设备厂 8 补偿式微压计 DJM9型 7 上海气象仪器厂 四、实验内容及步骤 （一） 管道中空气点压力的测定 1.原理 皮托管与压差计布置如附图8-4所示，左图为压入式通风，右图为抽出式通风。皮托管“”管脚接受该点的绝对全压p全，皮托管“-”管脚接受该点的绝对静压p静，压差计开口端接受同标高的大气压p0。所以1、4压差计的读数为该点的相对静压h静；2、5压差计为该点的动压h动；3、6压差计的读数为相对全压h全。就相对压力而言，h全＝h静h动；压入式通风为“”，抽出式通风为“-”。通过本实验数据可以验证相对压力之间的关系。 2．实验方法和步骤 （1）将U型垂直压差计和皮托管用胶皮管按附图8-4连接。先验证压入式通风相对压力之间关系。 （2）检查无误后，开动风机。 （3）当水柱计稳定时，同时读取h全、h静、h动。 （4）然后用同样的方法同时读取抽出式管道的h全、h静、h动。 （5）将实验数据填写于实验报告中。 （附图8-4 管道中空气点压力测定） （二） 测定管道中某断面的平均风速并计算风量 1.原理 风流在管道中流动时，各点的风速并不一致，用皮托管测得的动压，实际上是风流在管道中流动时，皮托管所在测试断面风流某点的动压值，而不是整个断面风流动压的平均值。在实际工作中，由于时间限制，逐点测定并计算平均值是比较困难的。通常只测量断面中心点最大动压值，然后用式计算平均风速。其中K是速度场系数。 求得测点断面的平均风速后，将平均风速乘以测点的管道断面积Si,即为管道通过的风量（Qi＝vi均Si）。 2．测定方法和步骤 1）测定速度场系数 速度场系数K即为管道断面的平均风速与最大风速之比值。因此，测算速度场系数，必须首先计算管道的平均风速。为了保证测值准确性，合理的布置测点是十分重要的。测点一般选择在管道的直线段，皮托管与压差计连接方法如附图8-5所示 （附图8-5 管道风速测定图） 在测点断面上，要布置若干个测点。对于圆形管道，一般将圆断面分成若干个等面积环，并在各等面积环的面积平分线上布置测点，如附图8-6所示 （附图8-6 测定风速时测点布置） 如果速度场纵横对称，也可在纵向或横向上布置测点。测取各点动压值后，计算平均风速，具体步骤如下 （1）确定等面积环个数。等面积环个数，一般按管道直径大小来确定，环数越多则精度越高，可按附表8-9选取 附表8-9 管道直径与等面积环个数关系 管道直径（m） 0.4 0.5 等面积环个数（个） 2～3 3～4 4～5 5～6 （2）计算各测点距中心点的距离ri。 式中 ri各测点距中心点的距离，m； r0管道的半径，m； i由管道中心点算起的等面积环编号数； n等面积环个数。 为了安装皮托管方便，一般将ri值换算成从管道一侧插到测点的深度li值如附图8-7所示,按下式计算 （附图8-7 ri与li换算图） （3）依次测定各点动压。先测定管道断面中心点的最大动压，然后依次测定各测点的动压，将测定结果记录在实验报告书中。应当强调的是，在测定的过程中风流应保持稳定，否则对各测点的动压最好用多支皮托管与压差计同时测定。 （4）测定管道中的空气密度。管道流动的空气密度与外界相对静止的空气密度有所不同，但差别不大，为了节省时间，可采用实验二的测定结果。 （5）计算中心最大风速、平均风速及速度场系数。 2计算通过管道的风量 根据管道直径计算管道断面面积Si,，按式Qi＝vi均Si计算管道风量。 五、实验数据表格 附表8-10 管道中某点空气相对压力值记录表 测量 次数 压入式通风 抽出式通风 h全（Pa） h静（Pa） h动（Pa） h全（Pa） h静（Pa） h动（Pa） 1 2 3 平均 附表8-11 管道中某断面动压记录表 管道直径D 测量次数 （Pa） （Pa） （Pa） （Pa） （Pa） 平均 风速（m/s） 最大 风速（m/s） 速度场系数（K） 管道 风量（m3/s） 1 2 3 平均 六、思考题 1． 从U型垂直压差计上如何判断风机的工作方法 2． 如何确定皮托管管脚 3． 管道中的风量大小对测定速度场系数有无影响 实验四 通风管道中摩擦阻力与摩擦阻力系数的测定 一、实验目的 学习测算通风阻力及摩擦阻力系数的方法，加深对矿井通风阻力的理解。 二、实验要求 （1） 掌握测定通风阻力、求算风阻、等积孔和绘制风阻特性曲线的方法。 （2） 掌握在通风管道中测算摩擦阻力系数的方法。 三、实验仪器和设备 同实验三所需的仪器和设备。 四、实验内容及步骤 一 原理 根据能量方程可知，当管道水平放置时，两测点之间管道断面相等，没有局部阻力，且空气密度近似相等时，则两点之间的摩擦阻力就是通风阻力，它等于两点之间的绝对静压差（）。 根据第三章内容可知，管道的摩擦阻力可用下式计算 Pa 风阻为 ， 等积孔为 , 摩擦阻力系数为 /m4 换算为标准状态的为 /m4 最大动压平均值为 平均最大风速为 管道平均风速为 管道风量为 二 测定方法和步骤 1. 将U型垂直压差计和皮托管用胶皮管按附图8-8连接，检查无误后开机测定。 2. 当水柱计稳定时，同时读取、记入实验报告书中。 3. 用皮尺量出测点1、2之间的距离，根据管道直径，计算出管道面积和周长，记入实验报告书中。 4. 根据上述数据计算风阻、等积孔、摩擦阻力系数，记入实验报告书中。 5. 计算时空气的密度和速度场系数用实验二和实验三的实验结果。 （附图8-8 通风管道中摩擦阻力测定布置图） 五、实验数据记录 附表8-12 管道参数与压差计读数记录表 测 量 次 数 Pa Pa Pa 测点间距离（m） 管道直径 （m） 周长 （m） 断面 （m2） 空气 密度 （Kg/m3） 速度场系数 1 2 3 平均 附表8-13 管道摩擦风阻与摩擦阻力计算结果表 平均 风速 （m/s） 风量 （m3/s） 管道风阻值 （） 等积孔 （m2） 摩擦阻力系数 （/m4） 摩擦阻力 系数标准值（/m4） 六、思考题 1. 如果改变实验管道的断面、长度、风量，对实验结果有无影响，为什么 2. 为什么要同时读取、