0 引言

巷道中的风流多属于湍流，湍流脉动会导致相同位置不同时刻的风流参数监测结果存在不确定性[1]，受巷道界壁和空气粘性作用，同断面不同位置的风速也存在很大差异[2]。巷道风流的脉动性和非均匀性使平均风速的单点精准测试成为一项技术难题。王英敏将巷道近似为圆形，推导出巷道断面时均风速分布的数学模型[3]，通过测量有代表性点位上的速度而得到平均风速。在此基础上，人们对矩形、梯形、拱形等非圆巷道内的风速分布规律进行了探索，重点研究巷道断面上哪一个点或哪些点的风速可以代表断面上的平均风速[4-8]。这类研究结果通常局限在特定的巷道模型内，所假定的模型不同，得到的代表点的位置也不同，在面对实际复杂多变的巷道模型时实用性并不高。近年来，一些以实验和数值模拟为主要手段的研究发现，断面上某点的风速与所在断面的平均风速呈线性关系，其线性相关系数可以作为测点风速与平均风速间的转换系数[9-12]。这种处理方法的工程实用性较强，但尚缺乏相对严谨的理论指导。此外，过去的研究忽视了湍流脉动对单点测风精度的影响。对此，文献[13]曾指出，由于巷道风流是湍流，即使测试仪器精度高，所反映的也并非巷道真实风速，矿井风量监测应力求取得真实数据。

本文从巷道风流的脉动特性出发研究精准测速方法以及点风速与平均风速的转换机制，为矿井风量在线监测为主的单点测风技术提供理论依据。

1 巷道湍流基本特征与统计测量方法

湍流运动中，流动参数是时间和空间的随机变量，想要获得任何有意义的测量结果只能依靠统计方法。常用的湍流统计方法有时均法、体均法和概率平均法。时均法可以对任意空间点上的变量在某一时域上积分，只能用来描述定常湍流；体均法可以对同一时刻不同空间点上的变量在空间域上积分，仅适用于均匀湍流；对于非定常、非均匀湍流一般采用概率平均法。矿井正常通风时风量变化不大，避开各种采掘作业的扰动影响可以近似视为定常流动，受巷道壁面摩擦和气体粘性作用，同断面风速各不相同。因此，井巷风流属于定常非均匀湍流，在研究和测量时只能采用时均法或概率平均法。

1.1 平均风速统计测量模型

矿井通风设计和管理中应用的风速一般指巷道断面的平均风速当针对空间某一点时，则指该点的时均风速这里的和都是标量，是风流沿断面法向速度分量的大小在巷道某一断面上的分布形成二维标量速度场。图1为巷道断面瞬时速度场和时均速度场结构示意图。如图1(a)所示，巷道某断面(x-y平面)法向瞬时速度场u=u(x，y，t)，则时均速度场为

 

(1)

式中，T为积分时域，理论上应取无穷大，t0为该积分时域的起点，当积分时域足够长时，运算结果与参照时刻t0无关。当瞬时风速的测量值为离散型随机变量时，时均法可以用概率平均法表示为

 

(2)

式中，u(x,y)j为第j个瞬时风速，m为积分时域T内采集的瞬时风速个数，当T→∞时，m→∞。

  

图1 巷道断面速度场结构示意图

根据定义，断面的平均风速为

3.2.5 皮肤的护理 由于腹股沟清扫术后的患者卧床时间较长，开始时又有沙袋加压，所以皮肤问题显得尤为重要。沙袋加压期间给予翻身垫，每次翻身的角度45°，2 h翻身1次，夜间减少为4 h 1次。骶尾部垫干燥的小毛巾，潮湿后及时更换。撤除沙袋后，患者可以自主翻身，翻身时动作轻、柔。尤其是护士在交接班时做到严密观察皮肤情况。

单位减排量价格往往是项目业主最关注的问题，但在目前二级市场价格不景气的情况下，我国的项目业主几乎没有议价的能力。有的认为只要项目减排量能卖出去，执行国家发改委最低价就可以，有的则一味追求高价而却忽视其他。在选择买家时，建议借助环境交易所平台或咨询公司的推荐，寻找多个买家报价。价格的确定不仅要看国际市场形势，还要综合考虑对方资信情况、不能交付的风险、支付风险、预付资金情况及违约风险、语言条件、管辖风险、法律适用风险等因素，因此未必选最高报价的买家，要选最合适的买家及报价。

 

(3)

如图1(b)所示，将计算断面离散成n个小面元，当n→∞时，面元内时均风速分布趋于均匀，此时第i个面元的平均风速等于该面元内任一点的时均风速用uij表示该点第j个瞬时风速，从而得到方程(3)的离散形式

 

(4)

由式(4)可见，想要准确测量平均风速，需要在整个断面空间布满传感器，并延长每个传感器的采样时间使采样数量趋于无穷。显然这种直接测量是不现实的。实际测量中一般采用速度场法，将式(4)简化为

《日照市物业管理条例》的一个核心内容，就是确立业主大会和业主委员会制度。王宝忠委员就此发问：“物业管理倡导和坚持业主为主导、服务第一的原则。从前期调研了解的情况看，我市业主委员会成立情况不是很理想，有的尽管成立了业主委员会，履职情况不尽如人意。请问，住建局作为主管职能部门，对此有什么打算？”

 

(5)

首先根据速度场结构采用一定算法(切贝切夫法、线性法、高斯法、牛顿-科特斯法等)计算出n个具有代表性的点位，再通过每个点位上的瞬时风速来计算平均风速。速度场法可以获得工程上相对满意的测量结果，但式(5)的简化处理忽视了湍流脉动的影响，导致单点风速测量结果由于缺乏时均特性而产生误差。

表3为试样力学性能正交试验结果．由表3可知：各因素影响顺序为浇注温度>压射速率>模具温度，其中浇注温度(所选温度范围内)对试验结果影响最大，模具温度(所选温度范围内)对试验结果影响最小；A2B1C2方案是最佳的工艺方案，即浇注温度为680 ℃、模具温度为180 ℃、压射速率为3.5 m/s，此时试样的力学性能最佳，抗拉强度达到235 MPa、延伸率达到5.25%、硬度为81.3 HBS．

1.2 单点风速时均化原则

速度场法利用较多的测点，在保证测量精度的同时也大大降低了测量效率，该方法只有在风量精度要求较高的测试中才被使用。减少测点数量特别是单点测试，可以提高测试效率，同时也对每个点的测试精度提出了更高要求。因此，单点风速需要屏蔽湍流脉动以确保时均特性。盲目延长测量时间来获取更多的数据是不科学的，合理的时间平均尺度是单点风速测量的关键。在随机过程中，时间平均与概率平均可以通过各态遍历定理建立起等价联系。对单点测速而言，瞬时风速采样数量满足湍流各态遍历假设时，时均值应与概率均值相等，即假设在时域T内采集的m个瞬时风速出现的所有可能状态能够在一次测量的相当长时间内以相同概率出现，此时随m取值增大，不再发生变化。对此，课题组采用激光多普勒测速仪(LDA)在模型巷道内进行了实验观测。图2示出了不同时间(概率)平均尺度下单点风速均值的变化情况，共采集瞬时风速信号n=2000个，耗时约3.8s。如图2所示，用n表征时间(概率)平均尺度，n=1表示未做平均处理，可以看出瞬时风速的时间序列极不规则，脉动幅度剧烈，脉动区间为2.20～5.33 m/s。n=10表示每采集10个风速信号统计一次，共转化输出200个时均风速，脉动区间缩小为2.70～4.95 m/s，脉动幅度和输出频率较未做平均处理时有所降低。当n=50时，脉动区间缩小为3.52～4.55 m/s，输出频率进一步降低，风速信号趋于平稳但仍有起伏，表明该时间(概率)平均尺度尚未满足湍流各态遍历假设。

令n=1，2……2000，分别按式(2)计算图3给出了随着时间(概率)平均尺度n增大，时均风速的变化曲线。可以看到，随着时间(概率)平均尺度增加，统计得到的时均风速由起初的震荡逐渐趋于平稳；当单次采样数量达到1800，采样时间达到3.4 s左右时，随采样数量(时间)增加，时均风速不再发生变化，表明该流动条件下，满足各态遍历假设的时间平均尺度约为3.4 s。

  

图2 不同时间(概率)平均尺度下的时均风速

  

图3 时均风速随时间(概率)平均尺度增大的变化曲线

1.1.6 静脉血栓 术后锁骨下静脉血栓形成发生率为 3%［9］。Trohman 等［10］认为，双腔起搏器(顺序起搏心房和心室)比单腔起搏器(只起搏心房或心室)更易导致静脉血栓。

上级党委要定期对农村党组织进行调研摸排，建立党员发展台账，有针对性的对各党组织进行对症下药，对于不能很好地发挥作用党组织书记进行组织谈话甚至组织调整，着重在年龄、性别、学历方面有较大的提高。

 

(6)

式中，mT为湍流各态遍历时间尺度内的瞬时风速采样个数。

实验模型为一90°矩形弯道。该矩形巷道是典型的非圆巷道同时也便于近代光学测量技术的应用；90°弯角使流动在模型一段距离内发生畸变，形成非充分发展流动。巷道模型采用有机玻璃粘结而成，水力直径D=0.2 m，转弯前巷道长度为5D与地面垂直(Y向)，转弯后总长为60D水平放置(X向)。

2 圆形巷道断面任一点风速与平均风速的关系

在准确测量断面上一点风速的基础上求断面的平均风速还需要对两者间的相互转化关系进行研究。

矿山井巷多为梯形、拱形、矩形或圆形，大体上近似圆形。为研究问题方便起见，以圆形巷道作为理论分析对象，从圆管充分发展的湍流速度分布出发推导断面上任一点风速与平均风速的关系表达式。

以普朗特混合长理论为基础可以导出圆管充分发展的湍流核心区的速度分布遵从对数规律

 

(7)

因为粘性底层非常小，所以在求时可以用风速分布的对数剖面代替真实剖面，产生的误差可忽略不计[14]，将式(9)代入式(10)得

 

(8)

设圆管半径为r，根据平均风速定义有

 

(9)

式中，为管内某点风速，χ、α为待定常数，y为管内某点距壁面的距离，ν为流体运动粘度，为摩擦速度，τw为壁面切应力，ρ为流体密度，此时雷诺数的影响已经包含在U*当中。尼古拉兹根据实验结果取χ=0.4，α=11.5，并将自然对数换成以10为底的对数得

 

(10)

对于水力粗糙管，尼古拉兹通过实验给出λ的经验公式为

 

(11)

根据摩擦速度定义可得到与U*的关系为

 

(12)

式中，λ为摩擦阻力系数，尼古拉兹给出水力光滑管的经验公式

采集了8种风速下的实验数据，利用式(8)和断面Ⅱ的测量结果计算得到平均风速分别为：0.78 m/s、1.68 m/s、2.5 m/s、3.3 m/s、4.1 m/s、4.68 m/s、5.4 m/s、6.2 m/s。不同风速下，分别在断面Ⅰ、Ⅱ上沿Y轴取距上壁面D/16、D/8、D/4、D/2位置的当地风速与平均风速按进行最小二乘线性拟合。图6示出两断面内点风速与平均风速的拟合曲线。从图中可以看出，任一点风速与平均风速呈线性变化，随风速减小，各直线有聚交于原点的趋势。拟合结果显示，与的线性相关系数均在0.99以上，表明在矩形巷道、湍流非充分发展条件下，点风速与平均风速仍近似呈正比关系。笔者利用类似的实验方法在半圆拱和梯形巷道模型内观测到了一致的结果，表明上述以圆形巷道为基础的理论研究结论在复杂的井巷湍流中仍然适用。

综上，单点瞬时风速时均化的重要原则是时间平均尺度不小于湍流各态遍历假设。在这一原则下，速度场法的测量精度可以得到进一步提高，可以作为平均风速测量和标定方法，其数学模型由式(5)演变为

(3)烧结硬度随着其致密度的上升而提高，在FeCrBSi添加量为3%时达到最大值75 HRB，而高于5%时由于晶粒长大变粗，硬度呈下降趋势．

λ=0.0032+0.221/Re0.237

(13)

将式(12)、(13)带入式(11)整理可得到断面任一点风速与平均风速的关系表达式

 

(14)

其中对于给定圆管和流体，温度不变时r、ν为常数，则

 

(15)

由式(15)可见，圆管截面上任一点风速与平均风速的比值k是和y的函数。当测点位置固定时，k与有关，显然与呈非线性正相关。然而由式(14)可以验证，当在0.25～15 m/s，Re在104～106的区间范围内变化时，比值k对于的变化是不敏感的，此时可以将k视为常数，则与可以简化为正比关系。

式(8)-式(10)整理得

λ=(2logΔ+1.74)-2

(16)

式中，为管道相对粗糙度。可以看出λ与雷诺数(风速大小)无关，仅决定于管道的相对光滑程度。对井巷而言，相对光滑度在一定时间内是不变的，这时λ可视为常数。将上述推导过程中式(13)替换为式(16)，则与呈正比关系。

综上，不同风速下湍流充分发展的圆形巷道中，同一断面内任一点风速与平均风速实为非线性正相关，但可以简化为正比关系，当在常见井巷风速范围内变化时，这种简化引起的误差十分微弱；当变化很小或流动属于水力粗糙管内的湍流时，简化误差趋于0。风流沿井巷流动多数属于水力粗糙管内的湍流，且一段时期内风速变化不大，因此圆形巷道中可以接受简化公式：并认为k的取值仅与测点位置有关。需要指出的是，与简化后为正比关系，是特殊的线性关系。

3 非圆巷道断面任一点风速与平均风速关系的激光多普勒实验

经理论分析，湍流充分发展的圆形巷道中，与可以简化为正比关系，但实际井巷内的风流多属于非圆管、非充分发展的湍流，这一结论能否适用有待实验观测。本文利用LDA在湍流非充分发展和充分发展流动环境下，分别对矩形、半圆拱、梯形巷道模型内任一点风速与平均风速的关系进行了实验观测，受篇幅所限，本文只给出了矩形巷道内的实验方法和测量结果。

3.1 实验装置

实验装置如图4所示。激光多普勒测速仪为丹麦DANTEC公司的后散射型三维LDA系统，测速精度：0.1%。实验中，激光探头固定在三维坐标架上，由计算机进行位移控制，移动精度可达0.1% mm。示踪粒子为燃香烟雾粒子，粒径小于2 um，可以满足流动跟随性要求。

根据时均化原则可以有效避免湍流脉动引起的“侧不准”现象，提高单点风速的测量精度，但同时也会降低信号输出频率。为此，传感器应提高数据采集速率以满足风速时均化原则。

3.2 测量方法

实验在吸风负压状态下进行，通过调节阀门开度改变入口风速。风流携带示踪粒子由入口沿Y轴正向进入模型，经转弯后流入水平测试段；沿X方向起初为非充分发展的湍流，在粘性和湍流应力作用下逐渐趋于充分发展流动。测量断面Ⅰ、Ⅱ分别设置在距离转弯5D(非充分发展湍流)和50D(充分发展湍流)的位置，断面内测点布置如图5所示。将测量断面划分为40×40个面积相等的面元，测点位于各面元中心，测点间距为D/40。对断面Ⅱ进行全断面测量，并利用式(6)计算平均风速；单点风速由2000个瞬时风速按式(2)统计获得；断面Ⅰ仅测量Y轴上的40个点位(图5中间Y轴标记)。

  

图4 实验装置

  

图5 断面测点布置

3.3 实验结果分析

(1) 断面上任一点风速与平均风速的关系

紫云举目无亲，从来上海的第一天起，就住进了蒋海峰的单身宿舍。她想找个工作，考过公务员，都没有下文。蒋海峰有点沉不住气，借酒发脾气。

一杭取出嘴里的颜料管。牙齿已经咬破铝皮，各色颜料在濡湿的餐巾纸上洇开，把他的唇也染成彩色，一杭一边用力地吐着嘴里的残纸和余彩，一边把范坚强绑在椅子上。雪萤从身上掏出一块手帕，递给一杭。说：“擦擦脸上的血和颜料，咱们快走！”

图3a、3b：引自htt p://www.waver l eytr ail.or g/index.ht ml；其余图片均由作者拍摄或绘制。

此外，由图6可见，同一断面内不同位置处直线斜率(k值)不同，反映出断面上风速分布的非均匀特征。对比子图(a)、(b)注意到，两断面的相应位置，直线斜率k亦有变化：断面Ⅱ中，巷道轴心(D/2)处斜率最大，由轴心向巷道壁方向斜率逐渐减小。而断面Ⅰ中各点斜率k的大小和分布与断面Ⅱ并不一致，由轴心向巷道壁方向呈现先减小后增大的趋势，表明k的分布规律与湍流发展状态有关。而某断面的湍流发展形态决定于该断面附近的流动边界条件，则说明k的关键影响因素是其所在断面附近的流动边界条件。

  

图6 不同位置点风速与平均风速的线性拟合

(2) k值的空间分布和变化规律

SPF级健康成年SD大鼠20只，雌雄各半，体质量220～280 g。随机分为模型组和注射用雷贝拉唑钠1 mg/kg组，每组5雄5雌。动物禁食不禁水约24h后，在异氟烷轻度麻醉状态下，仰卧位固定于固定板上，腹部手术区常规消毒。于腹部剑突下正中作切口，暴露胃及幽门，用细线缝扎幽门，同时于食管‐胃交界处纵行切开贲门肌约1 cm，分离至黏膜层完全暴露于视野中，以加强胃反流［7］。将胃轻轻送回大鼠体内，间断缝合腹壁肌肉和皮肤。

以巷道水力直径D为特征长度，Ⅰ、Ⅱ断面对于不同Y/D处的k值分布规律如图7所示。为使图像清晰，笔者只给出4组风速下k的分布情况。从图中可以看出，同一断面相同位置的k值几乎重叠在一处，在湍流充分发展段(图7b)k表现出在轴心最大，向两侧逐渐减小的对称分布特征；在湍流非充分发展段(图7a)，k的分布形态发生畸变，失去规则的对称结构，最大值偏离轴心，整体上呈波浪形分布。从图中可以看出，风速改变可以引起k的细微变化，同时注意到，随着风速增大，充分发展的湍流中k的分布剖面愈发饱满，而湍流非充分发展时，分布剖面的畸变程度愈发剧烈。进一步表明，在相对井巷风速而言很宽的范围内变化时，的变化十分微弱可以近似为常数，但随着变化范围的增大，与将逐渐呈现非线性趋势。

由数学表达式可知，k的物理意义为断面各点的无量纲风速。图7可以理解为无量纲速度场沿Y轴的剖面结构，则k在整个断面上的分布即为无量纲速度场结构的定量表征。图8给出了湍流充分发展条件下(x=50D)k在整个断面上的分布情况。可以看出，不同风速下k值的空间分布基本一致，其反应的速度场结构近似恒定，当k=1时，其分布构成与断面形状相关的环状结构，此时风速传感器获得的风速时均值与断面平均风速相等。

综上，当风速在很宽的范围变化时，某断面的无量纲速度场结构近似恒定，断面上任一点的k值不变；当断面附近的流动边界条件发生变化时，速度场结构改变，k的大小和分布规律也会随之改变。

  

图7 沿Y轴的无量纲速度剖面

  

图8 不同风速下k值的空间分布

4 单点测试中k值的标定方法

由于生产布局、采掘强度、瓦斯及二氧化碳涌出量的变化，巷道风速和风量也在不断调整和变化以满足风量配备需要。此外，构筑物的开闭，风机工况的调节、爆破气流等均会导致巷道风速的改变。根据上文所述，当井巷风速变化时，某断面的无量纲速度场结构近似恒定，即该断面上任一点风速与平均风速的比值k近似不变。根据这一原理，可以将某点的k值视为该点风速与断面平均风速长期有效的转换系数，当已知断面上点i的转换系数ki时，即可实现i点风速与所在断面平均风速的实时转换。k值的获取和标定可以采用本文提供的速度场统计模型测量和计算，方法如下：

(1) 根据式(6)测量各面元时均风速和断面平均风速

近几年来，互联网已经融入到生活的方方面面，基于消费和投融资行为产生了海量的互联网数据，为互联网企业开拓金融业务提供了数据支撑，针对第三方支付和投融资平台等互联网金融产品进行服务升级。同时由于互联网金融相比传统金融行业而言，具有便捷化和虚拟化等特点，打破了时间和地域的限制，但也使得人们忽视了互联网金融的风险，针对互联网金融的监管存有一定的空白。

(2) 选择面元i布置单点测风传感器

(3) 利用求面元i的转换系数

为确保转换系数的精度和时效性还需注意：(1)测量k值的过程中尽量避免外部扰动对风流的影响。(2)巷道方向、形状、断面积、支护方式等流动边界条件发生变化时会导致测量断面速度场结构变化，此时k值失效，需要重新标定。

5 结论

(1) 巷道断面上任一点风速与平均风速理论上为非线性关系，但在井下常见风速范围内，可以简化为正比关系。

(2) 井下常见风速范围内，巷道断面的无量纲速度场结构近似恒定，使单点风速与平均风速的转换系数不受风速变化影响，为平均风速的单点测试提供理论依据。

(3) 巷道断面速度场结构的关键影响因素是巷道方向、形状、断面积、支护方式等流动边界条件，当断面附近的流动边界条件不变时，速度场结构恒定，转换系数k不变。

朱天虎表示，当地受到尿素、磷铵等价格上涨的影响，复合肥企业急于在冬储期间消化库存。但目前市场启动相对缓慢，朱天虎告诉记者，当地经销商前三个季度销量普遍低于预期，产品出现一定积压。在经营压力下，经销商不敢涨价太多，销量增长并不明显，预计未来一段时间，肥价将保持平稳，或小幅度上涨，涨幅在50-100元/吨。

(4) 单点风速的时均化原则为时间平均尺度大于湍流各态遍历假设。新型智能传感器应提高数据采集频率以满足风速时均化要求。

参考文献：

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