風(fēng)流的能量與能量的關(guān)系和公式井下風(fēng)流的流動(dòng)遵循能量守恒及轉(zhuǎn)換定律。本章結(jié)合礦井風(fēng)流流動(dòng)的特點(diǎn)，介紹了空氣的主要物理參數(shù)，風(fēng)流的能量與壓力， 壓力測量方法及壓力之間的關(guān)系，重點(diǎn)闡述了礦井通風(fēng)中的能量方程及其應(yīng)用。
空氣的主要物理參數(shù) 與礦井通風(fēng)密切相關(guān)的物理參數(shù)除了反映氣候條件的溫度、濕度以外，還有密度、比容、壓力、粘性等。
一、空氣的壓力（壓強(qiáng)）
礦井通風(fēng)中，習(xí)慣將壓強(qiáng)稱為空氣的壓力。由于空氣分子的熱運(yùn)動(dòng)，分子之間不斷碰撞，同時(shí)氣體分子也不斷地和容器壁碰撞，形成了氣體對容器壁的壓力。氣體作用在單位面積上的力稱為空氣的壓力，用P表示。根據(jù)物理學(xué)的分子運(yùn)動(dòng)理論可導(dǎo)出理想氣體作用于容器壁的空氣壓力關(guān)系式為：
P ＝ （2-4）
式中 n ——單位體積內(nèi)的空氣分子數(shù)；
——分子平移運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能。
上式表明，空氣的壓力是單位體積空氣分子不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的總動(dòng)能的三分之二轉(zhuǎn)化為對外做功的機(jī)械能。單位體積內(nèi)的空氣分子數(shù)越多，分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能越大，空氣壓力越大。
空氣壓力的單位為帕斯卡（Pa），簡稱帕，1 Pa=1N/m2。壓力較大時(shí)還有千帕（KPa）、兆帕（MPa），1MPa=103KPa=106 Pa。有的壓力儀器也用百帕（hPa）表示，1hPa=100Pa。其它舊的壓力單位及換算見表2-1所示。
表2-1 壓力單位換算表風(fēng)流的能量與能量的關(guān)系和公式
| 單位 名稱 | 帕斯卡(Pa) | 巴(Bar) | 公斤力/米2 mmH2O | 公斤力/厘米2（工程大氣壓） at | 毫米汞柱 mmHg | 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 atm |
| Pa mmH2O mmHg atm | 1 9.80665 133.322 101325 | 10-5 9.80665×10-5 1.33322×10-3 1.01325 | 0.101972 1 13.595 10332.3 | 0.101972×10-4 1×10-4 1.3595×10-3 1.03323 | 7.50062×10-3 7.35559×10-2 1 760 | 9.86923×10-6 9.67841×10-5 1.31579×10-3 1 |
注：英制壓力單位采用磅力/英寸2（1bf/in2），11bf/in2=6894.7 Pa。1k Pa=103 Pa；
1atm=101.325k Pa；1at=98.0665k Pa（千帕）；1bar(巴)=1000mbar（毫巴）
地面空氣壓力習(xí)慣稱為大氣壓。由于地球周圍大氣層的厚度高達(dá)數(shù)千千米，越靠近地表空氣密度越大，空氣分子數(shù)越多，分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能越大，所以大氣壓力也越大。此外，大氣壓力還與當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件有關(guān)，即便是同一地區(qū)，也會隨季節(jié)不同而變化，甚至一晝夜內(nèi)都有波動(dòng)。
二、空氣的粘性
任何流體都有粘性。當(dāng)流體以任**速在管道中流動(dòng)時(shí)，靠近管道中心的流層流速快，靠近管道壁的流層流速慢，相鄰兩流層之間的接觸面上便產(chǎn)生粘性阻力（內(nèi)摩擦力），以阻止其相對運(yùn)動(dòng)，流體具有的這一性質(zhì)，稱為流體的粘性。根據(jù)牛頓內(nèi)摩擦力定律，流體分層間的內(nèi)摩擦力為：
F =μS （2-5）
式中 F ——內(nèi)摩擦力，N；
μ——動(dòng)力粘性系數(shù)，Pa·s；
S——流層之間的接觸面積，m2；
dv/dy ——垂直于流動(dòng)方向上的速度梯度，s-1。
由上式可以看出，當(dāng)流體不流動(dòng)或分層間無相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，dv/dy =0，則F =0。需要說明的是，不論流體是否流動(dòng)，流體具有粘性的性質(zhì)是不變的。
在礦井通風(fēng)中，除了用動(dòng)力粘性系數(shù)μ表示空氣粘性大小外，還常用運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)ν（m2/s）來表示，與動(dòng)力粘性系數(shù)的關(guān)系為：
（2-6）
式中 ρ——空氣的密度，kg/m3。
流體的粘性隨溫度和壓力的變化而變化。對空氣而言，粘性系數(shù)隨溫度的升高而增大，壓力對粘性系數(shù)的影響可以忽略。當(dāng)溫度為20℃，壓力為0.1MPa時(shí)，空氣的動(dòng)力粘性系數(shù)μ=1.808×10-5 Pa·s；運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)ν=1.501×10
-5 m2/s。
三、空氣的密度
單位體積空氣所具有的質(zhì)量稱為空氣的密度，用ρ來表示。即：
（2-1）
式中 ρ——空氣的密度，kg/m3；
M——空氣的質(zhì)量，m；
V——空氣的體積，m3。
一般來說，空氣的密度是隨溫度、濕度和壓力的變化而變化的。在標(biāo)準(zhǔn)大氣狀況下（P＝101325Pa，t＝O℃， ＝O%），干空氣的密度為1.293 kg/m3。濕空氣密度的計(jì)算公式為：
ρ濕＝0.003484 （1－0.378 ） (2-2)
式中 P——空氣的壓力，Pa；
T——熱力學(xué)溫度（T＝273+t），K；
t ——空氣的溫度，℃；
——相對濕度，%；
P飽——溫度為t（℃）時(shí)的飽和水蒸氣壓力(見表1-9)，pa。
由上式可見，壓力越大，溫度越低，空氣密度越大。當(dāng)壓力和溫度一定時(shí)，濕空氣的密度總是小于干空氣的密度。
在礦井通風(fēng)中，由于通風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)的空氣溫度、濕度、壓力各有不同，空氣的密度也有所變化，但變化范圍有限。在研究空氣流動(dòng)規(guī)律時(shí)，要根據(jù)具體情況考慮是否忽略這種變化。
一般將空氣壓力為101325Pa，溫度為20℃，相對濕度為60%的礦井空氣稱為標(biāo)準(zhǔn)礦井空氣，其密度為1.2kg/m3。
四、空氣的比容
單位質(zhì)量空氣所占有的體積叫空氣的比容，用υ（m3/kg）表示，比容和密度互為倒數(shù)，它們是一個(gè)狀態(tài)參數(shù)的兩種表達(dá)方式。即：
（2-3）