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：q_mi——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：q_vi——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：h_i——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：h_f——回路中通风机装置的静压，Pa；

h_n——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；

q_v——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。