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。     

煤巷掘进过程中粉尘浓度影响因素分析

为了掌握煤巷掘进过程中粉尘浓度变化的影响因素,根据气固两相流理论,针对矿井掘进工作面的特点,采用计算流体力学的离散相模型（DPM）考察了掘进巷道风速、风筒直径、风筒出风口到掘进工作面距离以及风筒的悬挂高度对粉尘浓度变化的影响。结果发现：当掘进巷道风速为0.25-4 m/s时,提高巷道内的通风风速,可以降低巷道内的粉尘浓度,缩短呼吸性粉尘浓度达到稳定的时间,减小工作面粉尘的危害;有利于通风除尘的风筒相关参数为风筒直径0.4-0.6 m、风筒出风口到掘进工作面距离6-7 m、风筒悬挂高度2.0-2.2 m。     

综掘面尘源位置对负压抽风口位置的影响

为探究综掘机配套抽风口位置对巷道除尘效果的影响,利用FLUENT软件建立综掘巷道相似几何模型,开展粉尘从不同尘源位置释放时,压入式通风系统和综掘机配套抽尘系统的流场及粉尘场模拟研究。结果表明:综掘工作面压入式通风系统的粉尘扩散范围在距工作面1～2 m处;综掘机配套抽尘口位置在距工作面1 m时的风流特征最利于除尘且此时各个尘源位置巷道内的粉尘均得到明显改善;当采用综掘机配套抽尘技术后,综掘工作面各个尘源释放粉尘时,巷道内的总体粉尘质量浓度都得到降低,平均除尘效率在80%以上,最高可达93%,可以很好地满足煤矿井下的降尘要求。     

开放性粉尘时空分布的数值模拟研究

工程爆破常在开放空间中进行,因其产生的粉尘会对爆源周围环境造成影响,所以受到了广泛关注。为阐明工程爆破产生的粉尘的时空分布特征,基于相似性原理建立了二维几何模型,使用ANSYS Fluent仿真软件对爆破粉尘在不同环境风速下的时空分布进行了数值模拟。结果表明：在静风状态下,近尘源区域中的爆破粉尘自由缓慢扩散,空间分布范围小;当环境风速分别为1、2.45、5、10 m/s时,粉尘粒子均随气流扩散,且风速越大,粉尘粒子运移越快,空间分布范围越广;在近壁面区,受壁面摩擦影响,气流形成一涡旋卷吸区,涡旋卷吸区内粉尘浓度高,停留时间长,是高污染区,也是爆破粉尘防治的着力点。     

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.     

施工场地扬尘排放运移特征研究

施工场地内粉尘的运移规律对研究颗粒污染和净化等有很大作用,为有效解决施工中产生的粉尘污染问题,探究粉尘飘散规律,以某工程扬尘状况为研究对象,利用Fluent软件,运用欧拉-拉格朗日气-尘颗粒两相流动数学模型,模拟不同粒径粉尘在不同风速下受工地有无围挡阻隔的飘散效应。研究结果表明:无围挡作用时风速由1.6 m/s增大至6.7 m/s时,扬尘浓度显著提高;有围挡作用时形成较大负压,对后方粉尘扩散有抑制作用;围挡距离尘源扩大到10 m时,抑制作用最明显,且风速达到6.7 m/s以上时可以减弱扬尘向围挡后上方的扩散作用;所得结论为粉尘防治和相关人员的保护提供科学对策,现场应用效果较好。     

风门对矿井火灾烟气流动特性影响的数值模拟研究*

为研究巷道内风门开启程度对矿井火灾烟气流动特性的影响,使用火灾动力学模拟软件FDS模拟0.5,1.0,1.5,2.0,2.5,3.0 m/s 6种通风风速,以及风门开启1/4,1/2,3/4和全开启4种情况对巷道火灾烟气流动特征参数温度和能见度的影响。结果表明:风速0.5,1.0 m/s 时,风门开启1/4最有利于人员逃生;风速1.5 m/s时,风门开启1/2最有利于人员逃生;风速高于1.5 m/s时,风门关闭影响巷道内风流流动,因此不宜关闭风门;在风门全开启时,随着风速增大,火源上风侧的温度降低、井下能见度升高,烟气的逆退距离缩短,当风速2.5 m/s时各监测点温度最稳定。     

敞开式TBM施工隧道粉尘扩散及除尘系统研究

TBM掘进过程中产生大量粉尘，为了掌握粉尘的分布规律并优化除尘系统，以敞开式TBM为例，采用数值计算方法研究不同除尘风管位置，不同除尘风速和不同掘进面产尘量下的洞内粉尘浓度分布规律。研究结果表明:敞开式TBM隧道施工过程中，掘进面至除尘风管区域质量粉尘浓度较高，在除尘风管口后方区域下降到 2 mg/m3以下；除尘风管布置在距掘进面30 m位置处时，洞内沿程粉尘含量相对较大，除尘风管布置在距掘进面20 m位置处时洞内沿程及TBM支护区域粉尘含量相对较小；排风风速为15 m/s时，敞开式TBM支护区域粉尘质量浓度最小，排风风速为30 m/s时，该区域粉尘质量浓度最大；掘进面产尘量越大，洞内沿程及敞开式TBM支护区域粉尘质量浓度越大，不同产尘量下洞内粉尘浓度均在除尘风管后方达到规范限值以下。     

皮带输煤暗道通风排尘改造方案优化研究

为了解决皮带输煤暗道运输过程中粉尘污染严重及冬季供暖不足问题，对暗道通风供热系统进行了优化改造研究。以中煤平朔安家岭264输煤暗道为例，基于气固两相流理论，利用CFD模拟方法，对暗道内由风速对悬浮粉尘浓度分布的影响规律进行数值仿真。模拟结果显示:当输煤暗道排尘风速由0.25 m/s升至0.35 m/s时，粉尘浓度降为3.2 mg/m3，暗道最大通风阻力为245.94 Pa，最低换热量747.68 kW。基于数值模拟结果，从3种优化方案中选定一压一抽联合式通风除尘方案进行改造，现场实测除尘效果良好，表明所提出的输煤暗道通风除尘方案具有实践指导意义。     

综掘工作面压入式风筒出口有效距离研究

综掘工作面是井下粉尘的重要污染场所。对压入式通风综掘工作面而言,压入式风筒出口距掘进头的距离是一个非常重要的工况参数。如何在有效距离范围内提高减尘率也是一项值得研究的工作。采用气固两相流数学模型来研究掘进工作面的粉尘运移规律,采用基于欧拉-拉格朗日法的离散型模型(DPM)模拟粉尘在气场中的运动。采用三维立体模式,借助流体力学软件Fluent对综掘工作面压入式风筒出口距掘进头不同距离时的粉尘运移规律进行数值模拟。综合分析风筒出口距掘进头不同距离时的风速云图和粉尘粒子轨迹及其逃逸统计后发现,在风筒出口风速为12 m/s时,风筒出口距掘进头距离在5~10 m较合适,排尘效果较好;而综掘机安装上挡尘板后,风筒出口距掘进头距离在5~8 m较合适,且同距离情况下,运移到司机处的粉尘粒子较之前明显减少,控尘效果较好。现场应用结果表明,当压入式风筒出口距工作面煤壁距离为6.0~8.5 m时,安装挡尘板后综掘机司机处的粉尘质量浓度减尘率达21%,效果良好。     

铀矿区放射性核素氡在大气中的迁移研究

以堆浸场、废石场为污染源项,对铀矿区大气中放射性核素氡在复杂地形条件下的迁移情况进行了模拟研究.结果表明,风速对山谷地形的氡气流场的分布影响比较明显.风速为1 m/s时,在矿区内某居民点处没有涡流; 当来流风速为2 m/s和7 m/s时,产生了涡流,且涡流随风速的加快而加大.风速越大,污染物扩散越快,对居民点处的氡浓度的贡献越大.风速为1 m/s时,居民点处的氡浓度为5.4 Bq/m3,2 m/s时6.5 Bq/m3,7 m/s时达10 Bq/m3.对铀矿区内某居民点处的氡浓度进行了实际测量,测量值与模拟结果吻合较好.     

对喷流除尘技术在收集硫酸铵和硝酸铵粉尘中的应用研究

对喷流除尘技术利用粉尘颗粒在撞击区内来回振荡、相互碰撞并团聚的机理进行除尘.实验采用水平式对喷流除尘系统收集硫酸铵和硝酸铵的混合物粉尘,主要考察喷嘴气流速度、含尘浓度和喷雾化水润湿含尘气流对除尘效率的影响,并进行机理分析.实验表明,除尘效率随喷嘴风速的增大而升高,但喷嘴风速超过25～27 m/s后,反而下降;除尘效率随含尘浓度的增加而升高,但含尘浓度超过0 45～0.55 kg/m3后反而有所降低;喷雾化润湿含尘气流能显著提高除尘效率,最优耗水量为0.18～0.22 kg/kg粉尘,超过该值后无显著变化.实验确定的最优除尘条件为:喷嘴速度25～27 m/s、含尘浓度0.45～0.55 kg/m3、耗水量0.18～0 22 kg/kg粉尘,除尘效率最高可达96.8%.     

最小排尘风速

正确确定排尘风流参数,对矿井防尘工作具有重要意义。但这方面的理论研究工作还做得很不充分,对最小排尘风速的理解也不一样。例如,通常把最小排尘风速用下式来表达: v_(min)>v_f (1) 式中:v_(min)—巷道中的平均最小排尘风速,米/秒; v_f—静止空气中尘粒的自由沉降速度,米/秒。其实,这只能适用于垂直巷道的情况,它说明一定粒度的矿尘为上行或下行风流所排除。同时式中的自由沉降速度v_f是从矿尘为球形的条件下来确定的,显然它的实际意义不大。为了说明水平巷道中最小有效排尘风速参数,我们首先来研究平巷中的风流特性。井巷是一种具有粗糙壁的风道,风流一     

电除尘器对烧结灰除尘性能影响的试验研究

在电场断面面积为0.3 m 2(600m× 500 m)的电除尘器(ESP)实验系统上,采用正交试验法,确定电晕线型式、含尘浓度、电压值和风量(电场风速)4个试验因子,总除尘效率为指标值,进行电除尘器对烧结灰除尘性能的试验研究.研究结果表明,当气流含尘浓度从15g/m3提高到25g/m3时,ESP的总除尘效率η从96.87%降至87.55%;当电源电压值由85 kV增至96 kV后,ESP的总除尘效率从98.16%降至87.55%;当ESP的电场风速由0.62 m/s增至0.79 m/s,总除尘效率由96.87%降至92.46%;星型线ESP的除尘效率相对较低;尖端放电可改善ESP用于高比电阻粉尘时的操作性能,芒刺线、锯齿线ESP的除尘效率分别高达99.46%和99.55%.     

隧道钻爆法施工风流流场规律的数值模拟

为了解决公路隧道钻爆法施工粉尘浓度高的问题,以京昆高速公路辛庄隧道为研究背景,运用Fluent软件对风流流场分布规律进行数值模拟,并与现场实测的风速分布情况进行对比分析,模拟结果与实际数据基本一致。研究结果表明,当风筒出口风速为20m/s时,压入式风筒安装的最佳距离是距离掌子面40~50m,在这个范围内,最有利于粉尘的排出。     

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.     

可燃金属粉尘安全风速推导

为防控粉尘爆炸事故风险,基于金属粉尘本身固有球形颗粒自由沉降速度,采用公式验证铝镁粉尘安全风速的推导方法,研究不同金属粉尘在管道中应具备的安全风速,结果表明:锌粉尘的安全风速宜不低于37m/s,该结果能为后期的工程设计实践提供一定的理论参考依据.     

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.     

巷道木材火灾试验与数值模拟对比研究

通过应用煤炭科学研究总院重庆研究院某水平巷道全尺寸木材火灾实验和流体力学软件FULENT的数值模拟方法,研究风速为0.7m/s和1.1m/s时8,00kg木材燃烧以及风速为0.7m/s时,400kg木材燃烧火源下风侧各热物理参数变化规律。结果表明:3次燃烧试验和模拟均为富氧燃烧类型,验证了A.罗伯特燃烧判定准则的正确性。同时试验和模拟火源下风侧CO,CH4和H2危害性气体浓度和出口风门处温度,对比结果证明,巷道富氧类燃烧难以产生次生灾害。研究也表明,环境因素或巷道物理结构变化能改变巷道火灾燃烧类型。     

煤矿井下喷雾降尘影响因素的试验研究

为提高煤矿井下喷雾降尘效率和改善作业环境,研究相关影响因素与降尘效果间的关系.基于自行设计的喷雾降尘试验系统,采用粉尘质量浓度测定仪对井下常用的螺旋形压力喷嘴在不同喷雾压力、喷嘴直径、风流粉尘质量浓度及巷道风速下的降尘效果进行了系统的测定.结果表明,1)随喷雾压力增加,全尘和呼吸性粉尘的降尘效率均不断增加;但当喷雾压力增加至8 MPa后,继续提高喷雾压力,降尘效率的提高不明显.2)在相同喷雾压力下,随喷嘴直径增加,全尘降尘效率不断增加;而呼吸性粉尘降尘效率先增加后减小,在喷嘴直径为1.5 mm时达到最大值.在耗水量相同的情况下,随喷嘴直径增加,全尘和呼吸性粉尘降尘效率均下降.3)在井下喷雾降尘中,当耗水量不受限制时,为同时确保全尘和呼吸性粉尘的降尘效率,选择直径为1.5mm的喷嘴较为合适;当耗水量受限制时,宜选择直径为1.2mm的喷嘴.4)随风流粉尘质量浓度增加,全尘和呼吸性粉尘的降尘效率均有所提高.5)随巷道风速增加,全尘和呼吸性粉尘的降尘效率均呈现一定程度的下降,且巷道风速对呼吸性粉尘的影响更为明显.对于煤矿井下喷雾降尘,工作面风速对全尘降尘效率的影响并不明显,但对呼吸性粉尘降尘效率有较大的影响.