风网的基本形式

通风网络连接形式很复杂，多种多样，但其基本连接形式可分为：串联通风网络、并联通风网络、角联通风网络和复杂连接通风网络。

4．4．1 串联通风网络

由两条或两条以上的分支彼此首尾相联，中间没有分叉的线路称为串联风路，如图4．9所示。

在串联网络中，设Q为图中总风量，Q1，Q2，Q3，Q4分别为各分支的风量，它们的关系为

Q＝Q1＝Q2＝Q3＝Q4（4．33）

对于节点（1）来说：总风量为Q，根据风量平衡定律那么就有：Q＝Q1，对于节点（2），有Q1＝Q2，对于节点（3），有Q2＝Q3，以此类推：就可以得出Q＝Q1＝Q2＝Q3＝Q4；即式（4．33）成立。

设h为图4．3中的总风压，h1，h2，h3，h4分别为各分支的风压，它们之间的关系为

图4．9 串联风路

h＝h1＋h2＋h3＋h4（4．34）

由能量方程可以知道，串联风路的总阻力等于各风路的阻力之和，即：

h R＝h R1＋h R2＋h R3＋h R4

式中 h R——串联风路的总阻力；

h R1，h R2，h R3，h R4——分别为各风路的阻力，又因为通风压力与通风阻力大小相等方向相反，因此式（4．34）式成立。

设R为图中的总风阻，R1，R2，R3，R4分别为各支路的风阻，它们之间的关系为

R＝R1＋R2＋R3＋R4（4．35）

根据通风阻力定律：hi＝RiQ2i，则h1＝R1Q21，h2＝R2Q22，h3＝R3Q23，h4＝R4Q24，整理得：

即式（4．35）成立。

串联风网等积孔与图中各分支等积孔之间的关系：

有关系式：A＝1．19，因此可以得出hm＝1．192，带入式（4．36）中得：

化简即式（4．36）成立。

推而广之，可知：

（1）串联风路的总风量等于各分支的风量，即Q＝Q1＝Q2＝…＝Qn。

（2）串联风路的总风压等于各条分支的风降压之和，即

（3）串联风路的总风阻等于各条分支的风阻之和，即

（4）串联风路等积孔与各分支等积孔的关系：

4．4．2 并联通风网络

如图4．10，风流从a处分流，到b处又汇合。 这样若干分支有共同的始点和终点的风路，称并联风路。 它的性质如下：

（1）总风量等于各分支风量之和，即

由风量平衡定律对于节点a，有

Qa＝Q1＋Q2＋Q3＋Q4＋Q5

即并联通风网络中，总风量等于各并联的风量之和。

（2）总风压等于各分支分压，即

h＝h1＝h2＝h3＝…＝hn（4．39）

图4．10 并联通风网络

由风压平衡定律可知各并联风路的阻力相等，由网络结构可知，总风压同时作用于各条风路之上，因此总阻力与各分阻力相等，因此总风压等于各分支分压。

（3）并联风网总风阻与各分支风阻的关系

根据通风阻力定律hi＝RiQ2i得出：，又有Q＝Q1＋Q2＋…＋Qn＝Qi，且h＝h1＝h2＝h3＝h4＝h5得：

（4）并联风网等积孔等于各分支等积孔之和，即

因，则

由式（4．41）、式（4．42）可得：

（5）并联风网的风量分配

若已知并联风网的总风量，在不考虑其他通风动力及风流密度变化时，可由下式计算分支i的风量：

因h＝h1＝h2＝h3＝…＝hn，又

故：RiQ2i＝RQ2，所以：Qi＝Q，将式（4．44）代入上式可得各分支分配的风量：

由上式可见，并联风网中的某分支所分配到的风量取决于并联网络总风阻与该分支风阻之比，风阻小的分支风量大，风阻大的分支风量小。 若要调节各分支风量，可通过改变各分支的风阻比值实现。

4．4．3 串联风路与并联风网的比较

在任何一个矿井通风网络中，通常都存在着串联风路与并联风网。 在矿井的进、回风路中，各个分支间的关系多为串联风路关系，而采区内部分支的关系多为并联风网关系。

与串联风路相比，并联风网的优点如下所述。

①从提高采掘地点的空气质量以及通风安全性方面出发，采用分支并联风网具有明显的优点：一方面，通过相互并联的各个采掘面的均为新鲜空气；另一方面，当一条分支中出现灾情时，其污风风流不会通过与之相并联的其他分支井巷，因而比较安全。

②从有利于减小能耗的角度考虑，在同样的分支风阻和总风量的条件下，分支间并联时的风网总风阻小于分支间串联时的风网总风阻。

例4．3 若两条风阻相等的分支1，2风阻值R1＝R2＝0．04kg／m7，比较一下串联与并联后的总风阻，如图4．11所示。

图4．11 串联风路与并联风网的比较

解

由计算结果可知，RS，b＜RS，ch，即并联后的总风阻小于串联后的总风阻，两者的关系为

由此可见，在分支1，2具有相同风量的情况下，串联后的能耗为彼此并联后能耗的8倍。这充分证明，采用并联风网可以显著降低矿井的通风阻力。

4．4．4 角联通风网络

1）角联风网的基本概念

（1）角联风网

角联风网是指内部存在角联分支的网络。

（2）简单角联风网

简单角联风网是指仅有一条角联分支的风网，如图4．6所示。

（3）复杂角联风网

复杂角联风网是指含有两条或两条以上角联分支的风网，如图4．7所示。

2）角联分支风向判别

（1）角联分支风向判别原则

风网中角联分支的风向取决于其始、末节点间两风路的风压值。 角联分支风流也同其他分支风流流动规律一样，都是由风压高的节点流向风压低的节点；而当两节点风压相同时，风流停滞；当始节点风压低于末节点时，风流反向。

（2）判别式（以简单角联风网为例）

①如图4．12所示，分支5中无风时，Q5＝0，则

Q1＝Q3，Q2＝Q4（4．47）

由风压平衡定律知：

h1＝h2，h3＝h4（4．48）

根据阻力定律得：

R1Q21＝R2Q22，R3Q23＝R4Q24， （4．49）

可得出：

即

图4．12 简单角联图

图4．13 复杂角联风网

②当分支5中风向由2→3时，节点2的风压高于节点3的压力，则

同理：

整理得：

③当分支5中风向由3→2时，同理，由h1＞h2，h4＞h3可得

所以，改变角联分支5两侧的边缘分支的风阻就可以改变角联分支的风向。

综上所述，对于图4．13所示的简单角联风网可导出如下的角联分支风流方向判别式：