矿井通风实验指导书1.docx
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矿井通风实验指导书1
《矿井通风》
实验指导书
樊小利、张学博编写
河南理工大学
二〇一二年九月
前言
1、实验前必须认真预习实验指导书及实验内容,明确实验目的、步骤、原理、回答实验教师的提问,回答不合要求者,须重新预习,才能进行实验。
2、对规定实验外确属需要的内容,可先提出实验原理和方法,经教师或实验技术人员同意后,方可进行实验。
3、做实验时必须严格遵守实验室的规章制度和仪器设备的操作规程,服从教师和实验技术人员的指导。
4、爱护仪器设备,节约使用材料,使用前详细检查,使用后要整理就位,发现丢失或损坏应立即报告,未经许可不得动用与本实验无关的仪器设备及其它物品,不准将任何实验室物品带出室外。
5、实验时必须注意安全,防止人身和设备事故的发生,若发生事故应立即切断电源,及时向指导教师报告,并保持现场,不得自行处理,待指导教师查明原因并排除故障后,方可继续实验。
6、进入实验室后应保持安静,不得高声喧哗和打闹,不准抽烟,不准随地吐痰,不准乱抛纸屑杂物,要保持实验室和仪器设备的整齐清洁。
7、实验完毕后,经实验室工作人员检查仪器设备、工具、材料及实验记录后方可离开。
8、实验后要认真完成实验报告,包括分析结果、处理数据、绘制曲线及图表等。
对不合格要求的实验报告应退回重做。
9、对违反实验规章制度和操作规程、擅自动用与本实验无关的仅器设备、私自拆卸仪器而造成事故和损失的肇事者必须写出书面检查,视情节轻重和认识程度按规定处理。
10、在进入实验室前,务必搞好个人卫生,不得将脏物带入室内,有净化要求的实验室,进室必须换拖鞋。
实验一矿井气候条件的测定及有害气体浓度测定
实验类型:
验证实验学时:
2
实验要求:
必修实验房间:
安全437
一、实验目的
1、学习比长式CO检定管的原理,并掌握其测定方法。
2、了解DQJD-1型多种气体检定器及AQY-50型唧筒的构造,并掌握其使用方法。
3、学习空盒气压计、干湿球温度计等测定气候条件常用仪表的原理、构造,并掌握其使用方法。
4、掌握空气密度和卡他度的测算方法。
二、实验内容
1、空盒气压计
空盒气压计(图1)是由一个波纹形金属真空盒和一套杠杆传动机构组成,(真空合内实际还有50-60毫米水银柱的压力)。
大气压变化时,真空盒面变形,变形值经杠杆传动机构放大,传动到盒面使指针发生偏转,使用前需要用固定水银气压计来校正,校正时用小螺丝刀微微调节盒侧面调节孔内的螺钉,使其指针指示值与水银气压计一致。
(a)外形(b)结构示意
1-金属盒;2-弹簧;3-传递机构;4-指针;5-刻度盘;6-链条;7-弹簧丝;8-固定支点
图1
2、干湿球温度计
矿井空气的湿度一般用相对湿度来表示,测定相对湿度常用手摇湿度计(图2)和风扇式湿度计(图3)两种,它们的测定原理一样,湿度计是由两支温度计组成。
一支为干温度计,一支为湿温度计(在温度计的水银球面上包裹湿纱布)。
用手摇湿度计测定时,手握摇把以每分钟约150转的速度旋转1-2分钟后,立即读取两支温度计的读数(先读湿度计度数)。
湿球因其纱布上的水份蒸发吸热,它的示数值偏低,温度越低,蒸发吸热越多,干湿温度计数值差别越大。
根据干温度计(或湿温度计)读值(t℃)及干湿温度计差值(△t℃)查(通风安全学)附录三即可计算出空气的相对湿度(Φ)。
图2图3
3、卡他温度计及气候条件测量
气候条件是空气的温度、湿度和风速三者的综合结果,气候条件的优劣不能单从某个方面去衡量,必须测出其综合结果,测定气候条件一般采用卡他温度计。
卡他计(图4)是一种模似人体表面在空气温度、湿度及风速综合作用下散热情况的仪器。
它的下端为长圆形贮液球,长约40mm,直径为16mm,表面积为22.6cm2,内贮有色酒精,中部刻有38℃和35℃两个刻度,其平均值为36.5℃,恰似人体温度。
其上端也有长园形的空间,以便在测定时容纳上升的酒精,卡他计全长为200mm。
卡他计分为干卡他计和湿卡他计两种,前者只测出对流和辐射下的散热效果,后者是在卡他计的贮液球上包裹上湿纱布,能测出对流,辐射和蒸发的综合散热效果。
4、比长式CO检定管
(1)原理:
比长式CO检定管(图5)内装发烟硫酸及硅胶作载体吸附I2O5的指示剂,当CO和I2O5接触时,CO能使I2O5还原出游离碘。
1-外壳;2-杜塞物;3-保护胶;4-隔离层;5-指示剂;6-被测气体含量的刻度
图5
碘和SO3作用生成棕色化合物,反应式如下。
I2O5+5CO——→5CO2+I2
I2+S03——→棕色化合物
其变色长度与通过管内的CO浓度成正比,因此可从刻度上直接读出CO的浓度。
(2)规格:
西安煤矿安全仪器厂生产的CO检定管按其测定范围分为三种规格,即C1D型(0.0005~0.01%),ClZ型(0.005~0.1%),C1G型(0.05~1%),供测定不同浓度的CO选用。
鹤壁矿务局安全仪器厂生产的CO检定管按其测定范围不同分五种规格:
即一型0.0005~0.005%;二型0.001~0.05%;三型0.0l~0.5%;四型0.2~5%;五型0.5~15%。
5、DQJD-1型多种气体检定器
如图6所示,DQJD-1型多种气体检定器是由内弹簧的波纹形皮囊构成,皮囊的一侧有进气阀并与进气口相通,另一侧装有排气阀。
测定时将检定管插入进气口,用压缩皮囊,皮囊内的空气从排气口排出。
然后将手松开,皮囊在弹簧作用下以一定的速度均匀张开,吸入待测气体,多种气体检测器与比长式CO检定管可配套使用。
图6
6、AQY-50型唧筒
1-气体入口;2-检定管插孔;3-三通阀把;4-变换阀;5-垫圈;6-活塞筒;7-拉杆;8-手柄
图7
AQY-50型唧筒(图7)与比长式检定管配套使用,唧筒可抽取被测气体样品,并均匀送入检定管内,它由唧筒活塞④,吸气口①,排气口②和三通开关③组成,活塞杆上有0—50毫升的刻度,可控制取样数量和送气速度,三通开关用以控制气流方向,当开关把手与进气口平行时,唧筒与吸气口连接。
当开关把手与排气口平行时,唧筒与排气口连通,位于两者之间(45°)时,被测气体被封闭在唧筒内。
三、仪器设备
唧筒、多种气体检定器、酒精灯等。
四、所需耗材
一氧化碳检知管、酒精。
五、实验原理、方法和手段
1、空盒气压计
测定时,在测定地点将其水平放置,并用手轻轻敲击合面数次,消除指针的蠕动现象,待20分钟左右可读数,读数值还需根据仪器所附检定证进行刻度、温度和补充校正。
空盒气压计是一种携带式气压计,一般用于井上下非固定地点测大气压。
2、干湿球温度计
用风扇式湿度计测定时,用专用钥匙将小风扇的发条上紧,风扇转动,使空气以1.7~3.0m/s的流速经过干湿温度计的水银球面周围,待1~2分钟,两支温度计示数稳定后即可读值计算。
3、卡它计
测定时,将干卡它计先放在60-80℃的热水里使酒精上升至仪器的上部空间1/3处左右,取出抹干,将仪器置于测定地点用秒表记录酒精面从38℃下降到35℃所需要的时间t,可用下式计算卡他度:
式中:
H干——干卡他度,毫卡/厘米2秒;
F——卡他常数,其值为温度从38℃下降到35℃时每厘米2贮液球表面所散失的热量,毫卡/厘米2;
t——从38℃下降到35℃所经过的时间,秒。
如果测定对流、辐射和蒸发三者的综合散热效果,可采用湿卡他计测量,用纱布将干卡他计的贮液球包起来按上述方法进行,其计算公式如下:
式中符号意义同前。
对于从事井下中等劳动强度的工作人员,比较舒适的干、湿卡他度分别为8-10毫卡/厘米2秒和25-30毫卡/厘米2秒。
六、实验步骤
比长式CO检定管测定法
1、采取空气试样:
用唧筒取样时,在测定地点应该先将活塞往返抽送2-3次,使筒内原来存在的气体完全被试样气体所代替。
(注:
实验室CO的制取如图8所示)
图8
2、送入气体试样:
把检定管两端打开,将检定管所标注(进气方向箭头)进气一端插入唧筒排气插孔中,按检定管要求的推送时间均匀的把唧筒内50毫升试样气体送入检定管,此时将产生一棕色环。
3、读值:
棕色环所指的刻度即为CO的浓度。
七、实验结果处理
略。
八、实验注意事项
1、检定管应放置在阴凉处,两端切勿碰坏,使用时也不要过早打开两端。
以防影响测定效果。
2、比长式检定管的推送时间应根据厂家标定的标准时间均匀推送。
如鹤壁矿务局生产的检定管推送时间为100秒,西安煤矿仪器厂生产的检定管推送时间为90秒。
3、高浓度CO的测定
测定前应首先作好测量人员的防毒措施,然后按下述方法进行测定:
如果被测气体的浓度大于检定管最大刻度时,可以抽取一部分空气试样,然后用新鲜空气冲淡2~10倍,最后将所测结果乘以冲淡的倍数,即为所测CO的实际浓度。
其计算式如下:
CO真=检定管指示值×稀释的倍数
4、微量CO浓度的测定
当所测CO浓度低于检定管最小示值时,可采用延长推送时间或连续送气(50ml的倍数)的方法来测定,其结果要除以时间延长的倍数(与标准时间相比)或连续送气的次数,即可得出CO的真实浓度值。
其计算如下:
CO真=检定管指示值/时间延长的倍数或送气的次数。
九、预习与思考题
1、测定CO含量时,棕色环并没有出现,或者棕色环超过检定管最大量程,这是怎么回事?
请解释。
2、如果测量环境空气的一氧化碳浓度较大或特小,如何利用比长式检测管测定其浓度?
十、实验报告要求
无。
实验二风流点压力和平均风速的测定
实验类型:
验证实验学时:
2
实验要求:
必修实验房间:
能源111
一、实验目的
1、验证
,以巩固在不同的通风方式下三种压力的相互关系。
2、掌握某断面的平均风速的测定方法,并计算风量。
二、实验内容
(一)点压力测定
1、首先熟悉管网系统的风流方向,观看皮托管是否正对风流并量管道中心位置。
了解胶皮管与U形水柱计的接头是否正确,明确每台U形水柱计测哪一种压力。
(压入式与抽出式通风系统的测压布置如图1所示)
图1
2、点压力测定
全都检查无误并明确管网系统的布置方式,此时可开动风机待风机运转正常压、速压同时读出,填入表格,用空盒气压计或水银气压计测定大气压并填入表格。
3、验证
就相对压力而言:
抽出式
压入式
就绝对压力而言:
注:
压入式通风:
抽出式通风:
线路法测风定点法测风
图2
(二)断面平均风速测定
为了测得平均风速,可采用线路法或定点法(图2)。
根据测风员的站立姿势不同分为迎面法和侧身法两种。
迎面法需将测得的真风速乘以1.14的校正系数。
侧身法校正系数K由下式计算:
式中S——测风站的断面积,m2;
0.4——测风员阻挡风流的面积,m2。
三、仪器设备
矿山通风安全仿真实验系统、皮托管、U形水柱计、空盒气压计、风表、秒表。
1、U形水柱计:
U形水柱计如图3所示,它是由一根内径相同的玻璃管弯成U型水柱。
并在其中装入蒸馏水,在U形管中间有一刻度尺所组成,其测压原理是:
在测压前U形管两端的水面处于水平位置,当一端加入较大的压力时,此端液面下降,另一端液面上升,此时两端液面的距离若为L毫米时,就表明水柱计的两端压力差为L毫米水柱。
2、风表:
风表的种类有很多,本实验本实验采用叶片式风表(图4)测量风速。
叶轮式风表由叶轮、传动机构、表盘及外壳四部分组成。
按其测风范围又可分为微速(0.3~5m/s)、中速(1~10m/s)、高速(1~30m/s)风表三种。
风表的叶轮是风速感受部分,它在风流的作用下转动。
为了减少风轮轴与轴承之间的摩擦阻力、提高轴承寿命,轴承内镶有宝石。
叶片与旋转轴之垂直平面呈一定角度,常为45°左右。
风表的传动机构加上表盘、开关杆、回零杆等就形成了风表、机芯及计数部分。
为了减少传动摩擦阻力,使风表启动风速低、机械传动部分转动平稳,风表中采用了修正摆线齿形,其轮轴上装有指针,以便与表盘配合读出读数,这套齿轮传动由离合器控制,使之在规定时间内记录下叶轮转动的次数。
机械传动机构的传动比为1:
3600,即叶轮转动3.6圈,大针转动1小格;大针转动100小格,小针转动1小格。
指针指示的总格数除以从合上到打开的时间(通常为1分钟,用秒表计时),即得风表读数(格/分或格/秒)。
1-叶轮;2-蜗杆轴;3-表盘;4-开关杆;5-回零杆;6-表壳
图4
四、所需耗材
无。
五、实验原理、方法和手段
风表工作原理:
风流产生的压力作用在叶片上,使叶轮转动,叶轮通过一套齿轮传动机械带动指针转动。
由于风速与叶轮转速成正比,因而也与指针的转速成正比,而且是线性关系,即:
式中:
——真实风速,m/s或m/min;
——风表读数或称为表速,m/s或m/min(或格/秒、格/分);
、
——风表校正系数。
上述方程代表的直线成为风表校正曲线,每块风表都要通过实际校正得出该风表的校正曲线和曲线方程。
六、实验步骤
1、测量前关闭开关板闸,使风轮转动而指针不动,压下回零杆,使大小指针均回归“0”位,准备好一块秒表,也使秒表回零,准备使用。
2、为了克服风表运转部分的惯性抵抗力,将风表处于测风位置,在风吹动下空转20~30s,并调整风表的叶轮旋转面,尽量与风流方向垂直;
3、开始测风时,应使风表开关板闸与秒表同时动作,并且又不要太用力导致风表抖动。
执风表方法有两种:
一种为中指由下向上勾住提环,食指伸开抵住风表壳体右侧,无名指和小指并扰托住壳体左侧,起动、制动、回零全由拇指拨动离合闸板或推动回零杆来完成;另一种是中指由上向下勾住提环,食指抵在表头与壳体联接的右侧,拇指顶在壳体左侧,小指伸直在下部抵住壳体,无名指弯曲,食指用以打开离合闸板,拇指推顶回零压杆和制动离合闸板。
4、按测风要求,移动风表并计时,到达规定时间、走完规定路径,即制动风表指针,从表盘上读取格数,再由校正曲线上查处对应的实际风速。
风量计算:
Q=V均×S
式中:
S——管道断面积,米2。
七、实验结果处理
略。
八、实验注意事项
1、风表的测量范围要与所测风速相适应,避免风速过高、过低造成风表损坏或测量不准;
2、风表不能距离人体和巷道壁太近,否则会引起较大误差;
3、风表叶轮平面要与风流方向垂直,偏角不得超过10°,在倾斜巷道中测风时尤其要注意;
4、按线路法测风时,路线分布要合理,风表的移动速度要均匀,防止忽快忽慢,造成读数偏差;
5、秒表和风表的开关要同步,确保在1min内测完全线路(或测点);
6、有车辆或行人时,要等其通过后风流稳定时再测;
7、同一断面测定三次,三次测得的计数器读数之差不应超过5%,然后取其平均值。
九、预习与思考题
1、从U型垂直压差计上如何判断风机的工作方法?
十、实验报告要求
无。
实验三摩擦阻力系数和局部阻力系数测定
实验类型:
设计实验学时:
2
实验要求:
必修实验房间:
能源111
一、实验目的
1、学习测算摩擦阻力系数和局部阻力系数的方法。
2、掌握测定通风阻力,求算风阻,等积孔并绘制风阻特性曲线的方法。
二、实验内容
略。
三、仪器设备
轴流式风机及管网系统,皮托管、空合气压计、温度计、胶皮管、三通、倾斜U形水柱计,垂直U形水柱计。
四、所需耗材
无。
五、实验原理、方法和手段
1、摩擦阻力系数α的测定
《矿井通风与安全)第三章第二节可知,对某一段风道(实验室为管道)的摩擦阻力可按下式计算:
(1)
式中:
h摩——摩擦阻力,mmH2O;
α——摩擦阻力系数,kg•s2/m4;
L——风道长度,m;
S——风道断面积,m2;
Q——通过风道的风量,m3/s。
由1式可知,若要测出某段风道的摩擦阻力系数α,只要测出这段风道的摩擦阻力(h摩)和通过的风量(Q),同时把风道的长度(L)周边长(U)和净断面积(S)量出来,可计算出风道的摩擦阻力系数α。
(1)h摩的测定
根据风流的能量方程可知:
(2)
本次实验风道水平布置位压差为零(5-2)式改为:
(3)
测定布置时,在管道上选取两测点1和2,安装皮托管,将U型水柱计调平,三台U形水柱计分别测出h速1、h速2和h静l—2,代入5-2式即可求出h摩1-2。
空气重率,由下式求出:
式中:
ρ——空气密度(kg/m3);
P——大气压,毫米汞柱;
T——绝对温度,(273+t℃)
风量取1和2两点的平均风量:
(两点断面积S1、S2和动压校正系数k1和k2,已给)
(2)风阻R的求算:
(kμ)
(3)等积孔A的计算:
(m2)
(4)摩擦阻力系数α的计算:
换算到标准状态下的α值:
2、局部阻力系数ξ的测定
由于风流的速度和方向突然发生变化,导致风流本身产生剧烈的冲击,形成极为紊乱的涡流,从而损失能量,造成这种冲击涡流的阻力就叫局部阻力,可由下式求出:
毫米水柱(4)
1点距拐弯处4-6倍的管道直径,2点距拐弯处12-14倍的管道直径。
在小型管道拐弯的前后选择三个测点1、2、3。
测出1、3两点的通风阻力h阻1-3。
h阻1-3=h阻1-3+h局弯(5)
所以h局弯=h阻1-3-h阻1-3(6)
又
h阻1-3=(P1-P3)+(Z1ρ1-Z3ρ3)+(h速1-h速3)
因为管道直径相等又不漏风并水平位置,故位压差速压差均为零,因此
(P1-P2)、(P2-P3)分别由U形水柱计测出
则:
六、实验步骤
略
七、实验结果处理
略。
八、实验注意事项
略。
九、预习与思考题
无。
十、实验报告要求
无。
实验四通风机特性测定
实验类型:
综合实验学时:
2
实验要求:
必修实验房间:
安全437
一、实验目的
1、学会通风机主要工作参数风量Q、风压P、轴功率N、转速n(从而计算效率η)的实验测定方法。
2、通过实验得出风机的特性曲线(包括P—Q曲线,Pst—Q曲线,N—Q曲线,η—Q曲线)。
二、实验内容
1、通风机风量Q、风压P、轴功率N、转速n(效率η)等主要工作参数的测定。
2、风机的特性曲线(包括P—Q曲线,Pst—Q曲线,N—Q曲线,η—Q曲线)的绘制。
三、仪器设备
根据国家标准GB1236-85《通风机空气动力性能实验方法》设计并制作了本实验装置,本实验采用进气管实验法,装置分别如图1所示。
图1轴流式风机实验装置简图
1.支架2.风量调节手轮3.微压计4.U型压力计5.轴流式通风机6.电动机7.平衡电机力臂8.静压测压孔9.比托管及测压孔10.整流栅板11.温度计12.转速表
1、进口集流器2、节流网3、整流栅4、风管5、被测风机6、电动机
7、测力矩力臂8、测压管9、测压管
图2离心式风机实验装置示意图
试验风管主要由测试管路,节流网、整流栅等组成。
空气流过风管时,利用集流器和风管测出空气流量和进入风机的静压Pest1,整流栅主要是使流入风机的气流均匀。
节流网起流量调节作用。
在此节流网位置上加铜丝网或均匀地加一些小纸片可以改变进入风机的流量。
测功率电机6,用它来测定输入风机的力矩,同时测出电机转速,就可得出输入风机的轴功率。
四、所需耗材
无。
五、实验原理、方法和手段
空气经过调节风阀2入风管,在整流格栅10后部用毕托管9和倾斜式微压计3测试管内动压Pd,然后得出断面平均流速V和风量Q。
用U行测压计测定风机进口负压P´st,然后得出风机静压Pst。
用平衡电机6及平衡电机力臂测定轴功率N。
风机效率η是计算得出的,由测定的流量Q,风压P和轴功率N用下列公式算出效率η。
(1)
式中P—风机全压(Pa);
Q—风机风量(m3/s);
N—轴功率(kw)。
图2Pdi测点位置、测点半径
为了测定风量Q,将风管断面分成5个等面积的圆环,分别测定各圆环的动压值,Pdi测点位置、测点半径r1如图2所示。
在横向(或纵向)共测定10个点的动压Pdi
(2)
式中
—倾斜式微压计读值(mm);
—倾斜式微压计倾角正弦;
—倾斜式微压计内酒精密度(kg/m3),一般可取
=800kg/m3;
g—重力加速度(m/s2)。
然后将测得的动压按下式进行平均
(3)
由平均动压Pd计算断面平均流速V
(4)
式中
—空气密度(由测定的空气温度查出)(kg/m3),
20℃空气,
=1.205kg/m3;
风量Q由断面平均风速V和风管截面积A算出
(5)
式中D—圆截面风管直径(D=0.4m)。
风机静压
由风机进口U形测压计测得的进口负压
算出。
(6)
式中
—进口负压值(Pa),U形管内装水,测得的是毫米水柱(mmH2O),须将其换算成Pa,(1mmH2O=9.81Pa);
Δ—静压
测点至风机入口处的损失值,按标准规定取Δ=0.15Pd(Pa)
风机全压P为静压
与动压Pd之和。
(7)
风机轴功率N用平衡电机测定。
(8)
式中N—轴功率(kw);
n—风机转速(r/min);
L—平衡电机力臂长度(m);
G—风机运转时的平衡重量(N);
G0—风机停机时的平衡重量(N);
最后由测得的轴功率N,风量Q和全压P用公式
(1)计算风机效率η。
六、实验步骤
1、按实验数据记录表(表1)的要求记录实验常数和仪器常数。
2、按实验装置图(图1)接好各个实验设备和测试仪器(电源、微压计和毕托管系统,U形测压计,平衡电机系统等)。
3、将调节阀门调至全开状态,启动电机,记录各项实验数据。
4、逐渐关小阀门开度,每调节一次阀门称为一个工况,记录每个工况所有的实验数据,至少要做7—8个工况。
5、更换叶轮(每个叶轮的出口构造角β2是不同的),重复步骤1、2、3、4测得另一种叶轮出口构造角的风机特性曲线。
七、实验结果处理
1、在实验过程中按表1记录各项实验数据。
2、按表2对实验数据进行整理和计算,计算公式已在本实验指导书中列出(见实验装置与实验原理)。
3、将整理过的数据绘制成P—Q、Pst—Q、N—Q和η—Q曲线。
八、实验注意事项
轴流式风机的特点是风量越小,轴功率越大,所以本实验不做关闭阀门的工况点,更不要在关闭阀门时启动电机,以防电机过载而烧坏。
九、预习与思考题
1、试根据你做出的实验结果指出该风机的额定工况和风机最佳工作区。
2、用风机相似率换算该型号5#风机,1450r/min时的特性曲线。
3、根据你得出的特性曲线绘制该风机系列的无因次特性曲线(即
曲线,
曲线和
曲线)。
十、实验报告要求
1、完整记录实验测定相关数据;
2、按要求绘制出风机性能曲线。
实验五掘进通风技术测定
实验类型:
综合实验学时:
2
实验要求:
必修实验房间:
能源111
一、实验目的
1、掌握测定局部通风机性能的布置方式和方法。
2、学习并掌握用皮托管测定局部通风机供风量、有效风量率、漏风率、风筒百米风阻等参数。
二、实验内容
略。
三、仪器设备
局部通风机一台、胶皮风筒l00M(dP=600MM)、皮托管、U形水柱计、空盒气压计、风扇式干湿温度计、皮尺、胶皮管。
四、所需耗材
无。
五、实验原理、方法和手段
略。
六、实验步骤
1、局部通风机性能测定
局部通风机性能测定的目的是为了了解局部通风机运转是否合理以及运转时的工况,描述风机的整个特性,主要是测出风量与风压的关系,风量与功率的关系、风
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