Contents
1 Fundamental Concepts of Fluid Mechanics for Mine Ventilation . . .
1
1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
1.2 Fluid Statics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
1.2.1 Pressure Scales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
1.2.2 Laws of Perfect Gases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
1.2.3 Real Gases: van der Waals Equation . . . . . . . . . . . . . . .
4
1.2.4 Hydrostatic Pressure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
1.3 Fluid Dynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
1.3.1 Types of Pressure Present in a Moving Fluid . . . . . . . . .
6
1.3.2 Pressure Units . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
1.3.3 Energy Conservation: Bernoulli’s Equation . . . . . . . . . .
9
1.3.4 Continuity Equation and Bernoulli Effect . . . . . . . . . . . . 11
1.3.5 Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.3.6 Conservation of Linear Momentum . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.3.7 Viscosity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.3.8 Laminar and Turbulent Flow: Reynolds Number . . . . . . 15
1.3.9 Friction Losses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.3.10 Shock Losses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2 Environmental Conditions in the Mine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.2 Gases and Hygiene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.2.1 Air and Oxygen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.2.2 Mine Gases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.2.3 Occupational Exposure Limits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.2.4 Weight of Gases and Stratification . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.3 Gas Detection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
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1 Fundamental Concepts of Fluid Mechanics for Mine Ventilation . . .
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1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1.2 Fluid Statics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1.2.1 Pressure Scales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1.2.2 Laws of Perfect Gases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1.2.3 Real Gases: van der Waals Equation . . . . . . . . . . . . . . .
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1.2.4 Hydrostatic Pressure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1.3 Fluid Dynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1.3.1 Types of Pressure Present in a Moving Fluid . . . . . . . . .
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1.3.2 Pressure Units . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1.3.3 Energy Conservation: Bernoulli’s Equation . . . . . . . . . .
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1.3.4 Continuity Equation and Bernoulli Effect . . . . . . . . . . . . 11
1.3.5 Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.3.6 Conservation of Linear Momentum . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.3.7 Viscosity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.3.8 Laminar and Turbulent Flow: Reynolds Number . . . . . . 15
1.3.9 Friction Losses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.3.10 Shock Losses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2 Environmental Conditions in the Mine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.2 Gases and Hygiene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.2.1 Air and Oxygen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.2.2 Mine Gases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.2.3 Occupational Exposure Limits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.2.4 Weight of Gases and Stratification . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.3 Gas Detection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
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