露天矿溜槽粉尘逸散规律试验研究

为探索露天矿用溜槽系统粉尘逸散的影响因素,阐明溜槽系统运输过程中粉尘的产生机理和运移规律,从而解决溜槽系统产生的粉尘污染问题,以抚顺西露天矿为研究背景,运用相似理论,建立溜槽模型,通过单因素试验和正交试验,分别研究物料粉岩质量分数、物料含水率、溜槽倾角对溜槽运行过程中粉尘质量浓度的影响。单因素试验结果表明,粉尘质量浓度随物料粉岩质量分数、溜槽倾角增大而逐渐增大,随含水率增大而逐渐降低,溜槽底部粉尘质量浓度受影响变化幅度较大,溜槽中部和上部变化较小。溜槽粉尘质量浓度分布规律为溜槽底部粉尘产生量最大,中部次之,上方最小。溜槽底部为粉尘污染防治重点区域。正交试验结果表明,物料含水率对粉尘逸散影响最大,其次是粉岩质量分数,溜槽倾角影响最小。     

粉尘密度对20 L球罐内粉尘分散规律影响

为分析不同粉尘因密度的差异对20 L球形爆炸装置球罐内粉尘分散过程流场变量变化和点火延迟时间的影响,利用CFD数值模拟的方法,研究了3种不同密度的粉尘在球罐分散过程中湍流动能、流场速度、粉尘浓度3种流场变量在球心处的变化规律。研究结果表明:在其他条件一致的情况下,粉尘密度越小,湍流动能的峰值越小,粉尘云浓度和流场速度的峰值则越大;粉尘密度对湍流动能的增值速率没有影响,而粉尘密度越小,流场速度和粉尘浓度的增值速率越快,粉尘浓度衰减至稳定值的时间也越短。表明粉尘密度越小,点火延迟时间也越小,因此,建议铝粉点火延迟时间在50~60 ms之间,锆粉和锌粉在60~80 ms之间。     

粉尘浓度对20L球罐内硫磺粉尘分散过程流场特性的影响

为了解不同浓度的硫磺粉尘在20 L球罐内分散过程流场特性的变化规律,采用CFD数值模拟方法再现球罐内硫磺粉尘分散过程,揭示粉尘浓度与湍流动能、流场速度、粉尘云浓度、最佳点火延迟时间之间的关系。研究结果表明:在其他条件一定时,喷入的粉尘越少,球罐内湍流动能和流场速度的峰值越大,球心处的粉尘云等效浓度的峰值越小,粉尘颗粒滞留在球心处的时间越短,即粉尘浓度越小,最佳点火延迟时间段越小;粒径为163μm、浓度为0.15,0.3,0.45 kg/m3的硫磺粉尘对应的最佳点火延迟时间分别是50~60,50~85,50~105 ms。     

地铁颗粒物在区间隧道内运动的受力特征分析

为了对地铁颗粒物进行数值模拟,讨论了不同粒径颗粒物的密度均值,重点分析了地铁颗粒物在区间隧道内运动的受力情况,计算和对比了各主要作用力。结果表明,地铁颗粒物的密度随粒径变化较大,采用平均值表示更为合适,其中PM1、PM2.5和PM10的密度均值分别为2.562 g/cm~3、3.766 g/cm~3和4.043 g/cm~3。由于地铁颗粒物独特的密度属性及区间隧道内特殊的流场环境,颗粒受力情况不能一概而论,当颗粒粒径为1μm时,主要作用力呈现明显的分化,仅需考虑Brownian力和曳力;当颗粒粒径为2.5μm时,重力占据了足够的份额而不能被忽略,需要考虑Brownian力、曳力和重力;当颗粒粒径为10μm时,Saffman力明显增大而不能被忽略,因此需要考虑Brownian力、曳力、重力和Saffman力。     

选煤厂暗道多热源叠加作用对通风排尘特性的影响

为探究选煤厂输煤暗道多热源叠加作用对粉尘颗粒瞬态扩散的影响,采用热-流-固三场耦合理论,利用Fluent软件对通风排尘供暖过程中空间温度分布情况和粉尘颗粒瞬态扩散过程进行模拟研究,并在平朔安家岭选煤厂2125暗道进行试验。模拟结果表明:在内部热源辐射散热的影响下,暗道空间内靠近热源区域形成了明显的温度梯度;热泳力加剧了粉尘颗粒沉积效果,粉尘颗粒更易积聚在设备表面或地面,下部区域粉尘质量浓度高达394 mg/m3。现场试验表明:暗道空间各测点温度的模拟值与实测值基本吻合,验证了热-流-固耦合方法分析封闭空间内多污染热源通风供暖排尘过程中热源散热、气流场流动和粉尘颗粒动力场的三场耦合关系是正确的;明确暗道空间粉尘颗粒逸散特征,对提高降尘效果具有重要意义。     

打磨车间细颗粒物空间分布规律研究

为探求打磨车间自然通风条件下的细颗粒扩散分布规律,以打磨车间为研究对象,根据气固两相流理论,基于fluent软件,利用数值模拟方法模拟自然通风方式下打磨车间1～10 m的钢尘颗粒的空间分布规律。研究结果表明：模拟结果与实际数据相对比,偏差为5.54%～7.76%,吻合度高;在自然通风条件下,作业人员长时间停留处呼吸带高度的粉尘质量浓度高达10.69～14.91 mg/m³;钢尘自打磨面脱离后随风流向车间上部运移,粉尘在接触车间顶部后发生偏移部分粉尘被储物区的涡流、回流流场捕获;相邻打磨台之间存在流场叠加效应;细颗粒粉尘因车间内风流与外界交换效率低而长时间滞留在车间。该研究可为控制打磨作业粉尘浓度、避免因粉尘浓度过高而引起职业病危害,并为设计最优的除尘方案提供基础数据。     

基于CFD-DEM模拟物料流在转运点处的流动特性

转运点处产生的大量粉尘严重危害生产人员健康及设备安全,为了减少物料颗粒流在该处的产尘量,对颗粒流在输送带转运点处的运动过程进行了数值模拟。模拟依据流体力学基本控制方程和颗粒运动方程的基础理论,其中湍流模型选用RNG k-ε两方程模型,方法采用CFD-DEM双向耦合。经颗粒运动分析和压力流场分析,结果表明:物料颗粒流在转运点处的运动过程呈现出3个运动阶段:弧形下落、碰撞反射、稳定运输。根据这3个阶段的颗粒流运动规律及流场变化情况,改进了一种符合气固两相流流动规律的弧形防尘罩及溜槽,维持物料稳定流动,降低了下落时的动能和产尘量。     

热喷涂粉尘质量浓度分布规律数值模拟及实验研究

基于气固两相流理论,采用仿真软件Fluent对热喷涂粉尘的扩散过程进行了数值模拟,分析了热喷涂车间气流速度对粉尘质量浓度分布的影响规律,并通过实验测定了车间呼吸层风速与粉尘质量浓度沿程分布,通过与模拟结果作对比分析,验证了数值模型的可行性。结果表明:粉尘颗粒自尘源处沿径向周围扩散,高质量浓度区域集中在尘源附近;车间气流速度越大,高质量浓度粉尘区域越小,车间粉尘质量浓度越低;当车间出风口风速为12 m/s时,除尘源区域外,呼吸层粉尘质量浓度已明显低于标准限值;通过对比分析,实测数据与数值模拟结果基本吻合,表明采用数值模拟方法研究热喷涂粉尘扩散规律是一种行之有效的方法。     

综掘面旋流风幕抽吸控尘流场数值模拟

针对目前井下巷道内综掘工作面产尘量大,煤尘浓度高,降尘效率低的实际现状,探讨了配有附壁风筒的综掘工作面旋流风幕抽吸控尘的新型降尘方式,建立气体-粉尘颗粒两相流动的数学模型,利用Fluent对巷道流场进行数值模拟,并分析了风流扩散规律、粉尘分布规律以及影响粉尘分布规律的因素.模拟结果显示,综掘面旋流风幕抽吸控尘系统可在机掘工作面的有限空间内形成一个具有屏蔽作用的旋转风幕,将粉尘基本封闭在距掘进面0～3m的范围内.抽风口距离掘进面越近,高浓度粉尘存在范围和巷道中的粉尘浓度越小;增加抽风口个数可以提高除尘效率.     

气流速度对地板送风房间颗粒污染物分布的影响

对于地板送风系统,空气从架空地板下直接送入人员呼吸区,送风气流卷吸地板附近颗粒物对室内颗粒污染物浓度有重要影响.为了研究气流速度对颗粒浓度的影响特性,建立了模拟空气流动和颗粒运动轨迹的模型,并且在4种不同气流速度下在一间全尺寸小室内进行试验,测试了不同粒径颗粒浓度的衰减.试验结果表明,随送风气流速度增大,室内较大颗粒浓度衰减比较小颗粒更快;另一方面,计算结果也表明,气流速度对不同尺寸颗粒的分布影响不同,特别是大于3 μm的颗粒随着气流速度增加,其悬浮寿命衰减比1μm以下的颗粒显著得多.计算与试验结果的趋势非常一致.结果对室内颗粒污染物的治理研究有一定意义.     

超细聚苯乙烯微球粉体的燃爆特性研究

为研究超细聚苯乙烯微球粉体的燃爆特性,通过粉尘层最低着火温度测试装置、MIE-D1.2最小点火能测试装置、20 L球形爆炸测试装置,对其最低着火温度、最大爆炸压力、最小点火能量(MIE)等爆炸特性参数进行测定,探讨了加热温度、点火延滞时间、粉尘质量浓度、粉尘粒径对粉体燃爆特性的影响。结果表明:超细聚苯乙烯微球粉尘层在350℃左右时会发生无焰燃烧,且加热温度越高,粉体粒径越小,粉尘层发生着火时所需的时间越短;当粉体质量浓度为250 g/m3时,最大爆炸压力达到0.65 MPa,质量浓度为500 g/m3时,最大爆炸压力的上升速率达90 MPa/s以上;随点火延滞时间增加,最小点火能表现出先缓慢减小再急剧增大的规律;随粉尘质量浓度增加,最小点火能逐渐降低,当粉尘质量浓度超过500g/m3后逐渐趋于稳定。     

石棉破碎车间粉尘质量浓度分布的数值模拟及实测

为改善破碎车间内部粉尘浓度超标的现状,掌握石棉选矿厂破碎车间内粉尘浓度的分布规律,依据气固两相流、气溶胶力学等相关理论,建立粉尘在空气内运动、扩散及沉降方程。以西南某石棉选矿厂破碎车间为研究背景,采用计算机流体力学的离散相模型,运用Fluent软件对石棉破碎车间粉尘质量浓度分布进行数值模拟,并与现场粉尘浓度实测数据比较分析。研究表明:模拟结果和实测数据相吻合;粉尘集中在胶带输送室和破碎机给料口附近,全尘浓度最大为86.24 mg/m3,纤维浓度最高为12.46 f/mL;粉尘浓度随着距破碎机入口的距离增加而逐渐变小;地面呼吸带高度粉尘浓度相对处于较低水平,维持在9~16 mg/m3区间。     

1m3粉尘环境模拟装置粉尘扩散数值模拟

在工业生产环境中,粉尘云会对工作人员产生职业危害,也会对生产设备造成危害,导致生产中断甚至安全事故.电气设备在工业生产中不可或缺,研究人员为研究工业电气设备的防尘性能开发了一种1 m3粉尘环境模拟装置.该试验装置的基本功能是利用持续气流使粉尘在罐体内形成相对稳定分布的粉尘环境,其内部空间可放置电气设备进行长时间的试验.为预测粉尘在装置中的分布,利用Fluent中的离散相模型对惰性粉尘进行了粉尘环境模拟装置内扩散的数值模拟研究.结果表明,粒径为1 μm、10 μm、30 μm、50 μm和70 μm的粉尘均可以在装置内部形成粉尘云,其罐体中心质量浓度可维持在0.2～0.5 kg/m3.不同粒径的粉尘分布截然不同,粒径越小的粉尘扩散的均匀程度越高,而较大粒径粉尘的运动稳定性更好,但分布均匀度较差,保持进气速度在40 m/s以上可以获得良好的粉尘扩散效果.     

一种新型电-袋复合除尘器的粉尘颗粒运动规律分析

针对一种新型电一袋复合除尘器.对环形电场巾的粉尘颗粒受力及运动规律进行研究.忽略粉尘颗粒形状等因素的影响,把粉尘颗粒视为理想球体,不考虑复杂流态,把气流视为层沉.通过列表计算,对不同颗粒直径和电场风速条件下颗粒所受离心力与其所受静电力进行对比.结果表明.颗粒直径大于或等于10μm且电场风速达到10 m/s以上时,离心力和静电力才能对粉尘颗粒的收集起协同作用.     

光散射原理在粉尘测量系统的应用研究

为预防呼吸性粉尘的危害,连续有效监测个体呼尘的质量浓度,根据光散射原理,研制以红外光发射光二极管作为光源的便携式个体呼吸性粉尘质量浓度监测试验样机,开发样机的气路控制电路和光路控制检测电路;将试验样机和对比仪器放于自制粉尘试验装置,并向试验装置通入流量为2 L/min、颗粒粒径5μm左右的粉尘气体。试验结果表明:粉尘质量浓度在0～150 mg/m3范围内,试验样机电压测量值随粉尘质量浓度的增大而增加,二者具有较好的线性关系;利用回归方程计算的试验样机质量浓度测量值与对比仪器的粉尘质量浓度测量值之间的相对误差在±4%范围内,该装置满足相关粉尘检定规程要求。     

玉米淀粉粉尘爆炸危险性研究

为研究玉米淀粉粉尘爆炸危险性,采用哈特曼管式爆炸测试装置和20 L球爆炸测试装置对200目(<75μm)以下的玉米淀粉粉尘爆炸危险性进行评估,基于静电火花和粉尘质量浓度对粉尘爆炸的影响,对玉米淀粉的静电火花最小点火能量、爆炸下限质量浓度、最大爆炸压力和爆炸指数进行了研究,根据试验结果对玉米淀粉爆炸危险性进行分级。试验结果表明:温度在25℃,喷粉压力为0.80 MPa,粉尘质量浓度在250～750 g/m3范围内,粉尘的最小点火能量随着粉尘质量浓度增加而降低,其最小点火能量在40～80 mJ之间;在点火能量为10 kJ时,粉尘爆炸下限质量浓度在50～60 g/m3之间;在粉尘质量浓度为750 g/m3时,爆炸压力达到最大,为0.66 MPa;在粉尘质量浓度为500 g/m3时,爆炸指数达到最大,为17.21 MPa.m/s,其粉尘爆炸危险性分级为Ⅰ级。     

综掘工作面风幕控尘除尘系统数值模拟及试验研究

针对综掘工作面掘进过程中粉尘污染问题,设计了一种新型高效的风幕控尘除尘系统,利用风幕风速衰减试验分析了风幕风速与距出口距离衰减的关系,当风幕末端风速达到2 m/s以上就能够有效控制呼吸性粉尘逃逸,另外,利用数值模拟的方法,对风幕控尘除尘系统工作原理进行了模拟,当风幕初速度为15 m/s、除尘风筒负压为-250 Pa时,风流到达巷道壁时的风速均达到了3m/s以上,风幕控尘除尘系统起到了很好的控尘和除尘作用.并对压入式通风+湿式除尘机除尘的方式进行了数值模拟,压入式通风的风流大部分被除尘风筒吸入,掘进头和压入式风筒与除尘风筒重叠段形成了无风区,大部分粉尘颗粒和瓦斯不能够及时排出,给生产带来了极大的安全隐患.     

基于两相流模型数值研究可燃颗粒燃烧爆轰的特性

粉尘爆炸是工业爆炸灾害的重要形式。建立可燃颗粒非均相系统的燃烧爆轰模型,基于Eulerian-Eulerian数值描述方法,采取有限差分方法编制非均相系统燃烧和爆轰发展的数值模拟程序,对封闭空间内两相非定常爆轰过程进行研究。数值分析可燃颗粒尺度、颗粒浓度对非均相系统燃烧、爆轰特性的影响。结果表明:在一定的范围内,当可燃颗粒的体积分数为10%,粒径0.5mm时,流场的燃烧爆轰效应最强。即10.6ms时刻,流场压力值达到28MPa,温度高达2600K,颗粒燃烧效率最高。     

巷道湿喷作业风流-粉尘运移规律的数值模拟

为了解决巷道湿喷混凝土作业粉尘污染问题,针对巷道湿喷作业现场的风流场和颗粒场特点,采用κ-ε模型并运用气固两相流理论建立了巷道湿喷作业风流-粉尘运移的数学模型,利用Fluent软件进行了数值模拟,通过与现场实测数据对比,发现模拟结果与实测数据相吻合.结果表明,湿喷产尘口下风侧0～6m区域聚集了大量的高质量浓度粉尘云团,基本扩散至整个巷道断面,最低质量浓度高达12 mg/m3,湿喷产尘口下风侧6 m以后,高质量浓度粉尘云团消失,粉尘逐渐向巷道其他区域分散运移,但局部粉尘质量浓度依然高达30 mg/m3,直至湿喷口下风侧16.4 m以后,粉尘质量浓度迅速降低至3 mg/m3以下.由此提出了“湿喷作业粉尘三区理论”,并提出将参与搅拌、上料等作业程序的设备和人员布置在“可接受粉尘区”为最佳.     

煤粉粒径对粉尘爆炸影响试验研究与数值模拟

为分析煤粉粉尘的爆炸特性,利用20 L爆炸球测试装置与Fluent软件,试验研究煤粉粒径、质量浓度对煤粉云最大爆炸压力、爆炸指数的影响。结果表明,当试验环境温度为293~303 K时,点火能量为10 k J,粒径为26,73和115μm等3种粉尘云的最大爆炸压力均随着粉尘质量浓度的增加先升后降,在350 g/m3处达到最大值。同一粉尘质量浓度下,最大爆炸压力、爆炸指数均随着粒径的减小而增大。在60~120 ms时间内,粒径为26μm、质量浓度为350 g/m3的粉尘颗粒在球体内能保持一定的稳定状态,60 ms左右扩散达到相对均匀状态。爆炸后,燃烧最高温度为2 060 K,未燃区温度由300 K上升至375 K。粒径为26μm的煤粉尘云爆炸危险性等级为Ⅱ级,粒径为73和115μm的煤粉尘云爆炸危险性等级为Ⅰ级。