超音速虹吸式空气雾化喷嘴雾化影响因素实验研究*

为掌握超音速虹吸式空气雾化喷嘴雾化机理及特性,采用流体力学线性不稳定理论分析雾化机理,通过喷雾实验研究不同因素对雾化性能的影响及对比不同类型喷嘴的雾化效果。研究结果表明:随着距喷嘴出口距离增加,超音速虹吸式空气雾化喷嘴在雾滴破碎后碰撞聚合作用由强到弱,300 mm内雾滴粒径增长速率明显,300 mm外雾滴粒径增长速率较缓。随着供气压力增加,超音速虹吸式空气雾化喷嘴雾滴粒径逐渐减小,在实测距离内SMD（平均粒径）最小为17.5 μm。不同供气压力下,超音速虹吸式空气雾化喷嘴随距离增加,雾滴粒径增长趋势基本一致。有效射程内供气压力为0.1~0.5 MPa时,SMD仅为17.5~31.16 μm。对比实验中,超音速虹吸式空气雾化喷嘴SMD比内混式空气雾化喷嘴和X旋流型压力喷嘴小53.5%~74.0%。     

多层螺旋雾幕技术的喷雾模拟及降尘试验研究

为了解决掘进工作面传统喷雾除尘无法有效抑制粉尘扩散的问题,提出了一种将气动喷嘴呈螺旋状布置的多层螺旋雾幕除尘方法。采用k-ω湍流模型与K-H液滴破碎模型,通过Comsol多物理场耦合数值模拟,得出了多层螺旋雾幕速度场分布和粒子轨迹的变化规律,结合模拟结果搭建试验平台,并将多层螺旋雾幕与传统喷雾的除尘效果进行对比分析。以2层雾幕为例的模拟结果显示,喷雾2 s时就会形成明显的2层螺旋状雾幕,10 s后旋转水雾充满整个模拟区域,并且雾滴粒径较传统喷雾更小。试验表明多层螺旋雾幕的除尘效果明显强于自然降尘与传统喷雾,3 min后可将浓度470 mg/m3左右的粉尘降到4 mg/m3以下。     

基于数值模拟的细水雾在汽车涂装车间喷漆室的应用研究

采用FDS软件对细水雾扑救汽车涂装车间喷漆室火灾的灭火效能进行数值模拟分析,着重探讨了喷漆室纵向通风、细水雾雾滴粒径、雾滴喷射速度、汽车障碍物等对扑灭油漆火的影响。模拟结果表明:在细水雾与油漆火的相互作用过程中,细水雾对火源的表面冷却和隔氧窒息作用显著;为了防止室内氧气得到补充,在开启细水雾灭火的同时应当联动控制关闭纵向通风系统;在模拟工况条件下雾滴粒径为100μm~300μm的细水雾灭火效果优于粒径为400μm、500μm的细水雾;雾滴在一定喷射速度范围内速度越大灭火效果越好,喷射速度为10m/s的雾滴灭火效果明显优于3m/s和5m/s的雾滴,但是为了防止火焰横向蔓延,喷射速度不宜过高;在汽车障碍物火灾中部分微小的细水雾雾滴受到火焰的卷吸作用,可以绕过障碍物进入火区发挥冷却作用,细水雾灭火系统能够有效控制障碍物火灾,可以应用于汽车涂装车间喷漆室。     

受限空间气泡雾化尘-雾粒径耦合试验研究

为揭示细颗粒粉尘与雾滴粒径之间对位配置降尘规律,建立受限空间气泡雾化尘-雾粒径耦合试验系统,采用Spraytec粒度仪、直径为1.5 mm的内气外液型喷嘴等仪器,模拟风流扰动下无尘源、释放煤质尘源2种状态6种气液比(ALR)试验条件,测试研究粉尘粒径、雾滴粒径(XNS)及降尘效率之间的影响关系。数值拟合得到ALR、XNS分别与全尘效率(η)的Gompaertz、Parabola函数关系式,以及ALR、X_(NS)分别与4个粒径区间的分级降尘效率(η_(2μm)、η_(25μm)、η_(510μm)、η_(10μm))的Gompaertz函数关系式。模拟得出捕集呼吸性粉尘(Stokes直径d≤5μm)ALR、XNS分别为0.4~0.6、15~25μm,捕集可吸入类粉尘(5μm≤d≤10μm)ALR、X_(NS)分别为0.4~0.5、25~30μm。     

细水雾灭火技术在微重力环境下应用的可行性分析

针对细水雾灭火技术在载人航天器安全中应用的可行性,通过理论分析研究了微重力环境下液滴滞止距离与初始速度、粒径的关系,并利用Fluent模拟研究了水雾喷嘴雾场结构.理论分析结果表明,初始速度一定,水雾粒径越小,其滞止距离也越短;初始速度越大,其滞止距离越长.粒径小于50μm时,初始速度对滞止距离影响不大.数值模拟结果表明,微重力下的雾场分布与常重力下有明显差异,水雾主要集中在喷嘴附近,而且水雾蒸发速率较慢,液滴存活时间长.对比理论分析和模拟结果,模拟的迁移距离要小于理论值,这是因为理论分析中忽略了液滴的蒸发.为解决液滴滞止的问题,建议微重力环境下采取气体载运水雾的方式.     

基于烧结矿催化还原的烧结烟气脱硝试验研究

以烧结矿为催化剂对烧结烟气进行选择性催化还原(SCR)脱硝,研究了反应温度、NH3/NO物质的量比、空速和烧结矿粒径对烧结烟气SCR脱硝的影响.结果表明:烧结矿催化还原烧结烟气脱硝效果明显;烧结矿SCR脱硝的适宜窗口温度为350 ～ 450℃;随NH3/NO物质的量比增大、烧结矿粒径减小、空速(气体流速/催化剂体积)降低,脱硝效率提高;在反应温度为450℃、NH3/NO物质的量比为1.0、空速为3000h-1的条件下,用粒径为0.2～ 1.0 mm的烧结矿脱除烧结烟气中的NO,可以将NO质量浓度从400 mg/m3降到约260 mg/m3.     

旋线除雾器切向速度分布建模及除雾效率影响分析

旋线除雾器是一种利用高速旋转的纤维线(旋线)实现气液分离的除雾设备,其除雾机理是旋线与雾滴的惯性碰撞和旋线产生的旋流离心分离.为定量分析旋流的离心分离作用,必须给出切向速度分布的数学表达式.为此,利用Fluent 18.1软件对旋线除雾器内切向速度分布进行数值模拟.模拟结果发现,旋流切向速度随半径的变化近似呈线性关系,相关系数为0.984;随旋线转速和旋线根数的变化呈幂指数函数关系,相关系数均超过0.999.通过上述函数关系建立了切向速度分布数学模型,进而确定了旋线除雾器离心分离效率的计算公式.最后探讨了旋线除雾器除雾效率的主要影响因素.结果表明:旋线的惯性碰撞占主导地位,离心分离对除雾效率的贡献低.对于粒径20 μm的雾滴,惯性碰撞除雾效率为77％,离心分离除雾效率为5％;旋流段长度的改变对旋线除雾器的效率影响很小;增加旋线转速或旋线根数是提高旋线除雾器除雾效率的有效途径.     

气水喷嘴雾化特性实验研究

为研究不同类型气水喷嘴的雾化效果及气体流量和水流量对雾化效果的影响,基于实验室自行设计的气水喷雾实验系统,利用JL-3000型激光粒度分析仪及电磁流量计和转子流量计对气水喷嘴流量特性及最佳工况条件进行了实验研究。采用origin软件对数据进行分析得到雾化粒径及雾滴相对尺寸ΔS随气体流量及水流量的变化曲线,并以此衡量喷嘴的雾化效果。利用喷雾学、流体力学及多相流等理论对实验现象进行分析并得到喷嘴的最佳工况条件。实验结果表明:当水流量一定时,随着气体流量的增加,雾滴粒径减小速度由快变慢。当气体流量为80 L/min时,水流量为5 L/h即气液比为960时干雾喷嘴雾化效果最好,扇形喷嘴和锥形喷嘴气水流量分别为100 L/min,5 L/h和140 L/min,5 L/h,即气液比分别为1 200和1 680时其雾化效果最好。通过对比最佳雾化效果发现干雾喷嘴的雾滴粒径及雾滴相对尺寸最小,可以达到更好的雾化效果和经济效益。     

某火电厂FGD工艺及其运行现状分析

某火力发电厂FGD系统采用石灰石/石膏湿法脱硫工艺,FGD系统中设置有旁路挡板,在正常运行时,其脱硫效率可以达到90%以上,二氧化硫排放低于400 mg/m3,达到国家排放要求。FGD系统运行中异常主要表现在原烟气SO2浓度超标,增压风机、GGH、吸收塔除雾器等设备易发生故障,导致脱硫效率下降,不能够达标排放,在设备运行过程中应注意防范。     

一种细水雾喷雾除尘装置除尘性能影响因素数值模拟

为探究细水雾喷雾除尘参数对除尘性能的影响，构建欧拉气相-欧拉粉尘-离散雾滴相耦合的3相流计算模型，同时考虑除尘过程中雾滴蒸发的影响，在气液固3相耦合基础上加入蒸发模型。将建立的模型与文献中的试验数据进行对比校验，数据偏差在15%内，表明所建模型可靠。基于建立的模型，开展了雾滴粒径、雾滴速度、尘域环境温度、风机风速等参数对除尘性能影响的模拟研究。结果表明：1)在模拟范围内，考虑雾滴蒸发综合作用影响下，较大雾滴粒径时，喷雾除尘效率随雾滴粒径的减小而增大，当雾滴粒径小于20μm时，喷雾除尘效率随雾滴粒径的减小而减小；2)喷雾除尘效率随雾滴速度的增大而增大，但当雾滴速度增加到25 m/s以上时，喷雾除尘效率随雾滴速度的增大而减小；3)喷雾除尘效率随尘域环境温度的升高而下降；4)喷雾除尘效率随风机风速的升高而下降。研究结果可为细水雾喷雾除尘装置的设计与使用提供理论参考。     

狭长空间建筑内细水雾幕对顶棚射流火焰抑制效果试验研究*

为研究狭长空间内细水雾幕对顶棚射流火焰的抑制效果,通过全尺寸试验研究不同工作压力对射流火焰蔓延形态、雾幕隔热效果及烟气沉降的影响。研究结果表明:随着工作压力的增加,雾滴的动量随之增大,雾幕对射流火焰的扰动作用增强,强化雾幕对射流火焰的阻挡效果;同时,雾幕的隔热效率有明显改善,2.5 MPa时的细水雾幕的隔热效率可达0.75。然而,过大的工作压力会造成烟气层的沉降,工作压力大于2.0 MPa时保护区内烟气层高度低于1.8 m。因此,应综合考虑细水雾幕对射流火焰和烟气的作用,选择适当的工作压力。     

纵向风条件下隧道喷淋系统对烟气运动影响

基于FDS火灾模拟软件对不同纵向风速作用下隧道单喷淋与双喷淋灭火系统于烟气沉降作用研究分析。通过引入无量纲T/T_(aver)参数,对烟气层化强度和层化曲线进行分析。结果表明:喷淋系统对隧道降温作用明显,喷淋头位置、数量也会对烟气层的稳定带来影响,双喷头位于隧道两侧对烟气层稳定影响较小。同时风速大小会影响烟气层化强度和层化曲线,风速较低(0 m/sV≤0.5 m/s)时单、双喷淋工况烟气分层基本相同;当风速(1 m/sV≤2 m/s)时双喷淋层化强度最大、烟气分层效果更佳;当风速大于等于临界风速(V=2.3 m/s)时烟气层稳定遭到破坏,无明显分层现象。     

细水雾作用下烟气运动速度变化规律研究

在受限空间内通过模拟实验研究细水雾作用下烟气运动速度的变化规律.采用Vario Plus型烟气分析仪,测量了施加细水雾前后空间某点的压差和温度,并根据动压测速原理计算出该点处烟气运动速度.通过改变喷头类型和工作压力,研究了不同工况下雾滴速度和粒径等因素对烟气运动速度的影响规律,定量地表征了细水雾作用下烟气在水平方向和垂直方向上速度增量的变化规律,为细水雾灭火系统的优化设计提供了科学依据.     

湿法烟气脱硫机理与工程对策

烟气脱硫关注的是对流扩散.脱硫工艺根据双膜理论的基本概念所确定的相际传质速度关系,为传质设备设计的主要依据.烟气脱硫技术中大量采用化学吸收法.合理提高吸收塔内烟气流速,有利于提高系统传质速率,减少传质阻力;通过对塔局部优化设计,可增强系统传质性能.对石灰石-石膏法而言,液气比决定了石灰石的消耗量.烟气中的飞灰既在液相膜表面结壳,阻碍石灰石的溶解,又影响脱硫系统含尘量排放指标,降低石膏品质.石灰石粒径确定原则为在保证一定脱硫率的前提下,获取最优的经济指标.浆液的pH值是影响脱硫效率的重要因素.通过对系统操作、运行和设计中几个重要参数的分析,提出相应工程对策.     

侧部点式排烟模式下烟气分层特性研究

引入烟气掺混影响长度的概念,针对侧部点式排烟模式下不同火灾热释放速率、排烟流量等变化条件,对烟气层厚度、烟气层温度及水平流动速度随烟气水平蔓延的变化情况进行了数值模拟研究。结果表明:烟气掺混影响长度与排烟流量成正比例增长关系;排烟流量较小时,烟气存在明显分层,随着排烟流量的增大,烟气层与冷空气层剧烈掺混,烟气层变得紊乱,看不到明显的分层现象;同一纵向条件下排烟口附近上层烟气层的流速值随排烟流量增加呈现先增大后减小的趋势,不同纵向条件下排烟口外侧烟层流速较低,距离排烟口越远时,侧向排烟对烟气蔓延的抑制作用越弱;排烟流量对于烟气层稳定性的抑制作用主要集中在排烟口处及排烟口与隧道端部区段。     

水喷淋对热烟气冷却效应的模拟计算

分析了水喷淋液滴与热烟气传热传质的过程.采用场模拟方法对一系列假定的算例进行计算,探讨了水喷淋作用对热烟气的冷却效果.结果表明,水喷淋作用后烟气层的温度大大降低,烟气温度的变化受喷淋模式和喷头工作压力的影响.最后对水喷淋系统的设计给出了一些建议.     

城市污水管网污染物沉积与冲刷释放规律研究

为明确城市污水管网中污染物沉积、冲刷释放及微生物降解作用对有机物去除的贡献,以管网中城市污水为研究对象,通过建立有沉积与无沉积的模拟管道,在首次冲刷的理论基础上得到管道污染物沉积释放计算模型,进而研究了不同流量下有机污染物的沉积与冲刷释放规律,并对不同流量下进出水的粒径分布及颗粒组成进行分析。结果表明,在管道6 h水力循环条件下,当流速为0.32 m/s时,污水中有机物变化以沉积贡献为主;当流速增加为管网最小设计流速0.6 m/s时,污染物沉积现象得到显著改善,冲刷释放效应增强;当流速进一步增加为0.9 m/s时,冲刷释放成为主要作用,生物降解作用微弱。     

声波对室内模拟涂料燃烧烟气中颗粒物的去除研究

使用低频、高声强的声波作为声源,以聚醚多元醇燃烧模拟涂料燃烧烟气,研究了声波频率、声波强度和团聚时间对烟气中固体颗粒物去除的影响。在声波频率800 Hz、声波强度140 dB、团聚时间1～3 min的条件下,对烟气的固体颗粒去除效果明显,团聚后粒径为4～10μm,照度显著提高。结果表明声波对于室内火灾烟气中颗粒物有较好的去除作用,能有效提高火场能见度,有利于防灾减灾。     

气溶胶在全混通风小室中浓度衰减的试验研究

研究了通风小室内不同粒径气溶胶颗粒(0.3 ～ 0.5 μm、0.5～1μm、1～2μm以及2～5 μm)的沉积率在6种典型室内换气次数(6.51h-1、7.81 h-1、9.11 h-1、10.42 h-1、11.72 h-1以及13.02 h-1)下的变化情况.采用安装Laskin喷嘴的QRJ-1型气溶胶发生器产生气溶胶颗粒,使用BCJ - 1D型激光尘埃粒子计数器测量室内一点的气溶胶颗粒浓度变化.结果表明,在上述6种换气次数下,气溶胶浓度的衰减均与时间近似呈对数关系.相同换气次数下,气溶胶颗粒的沉积率随着粒径的增加而增加;对于同一粒径颗粒,气溶胶的沉积率随着换气次数的增加而增加.换气次数在9.11 h-1以下时,增加换气次数对颗粒沉积率的影响显著;换气次数在9.11 h-1以上时,增加换气次数对颗粒沉积率的影响较小.在较小的换气次数下,颗粒沉积率的增加快于换气次数的增加;而在较大的换气次数下,增加换气次效时,颗粒沉积率的增加速度与换气次数基本一致,而颗粒被排风带走的比例较稳定.     

细水雾特性参数对锂离子电池组灭火效果的影响

为了研究不同特性参数细水雾抑制锂电池组火灾的效果,利用计算流体动力学模型和火灾动力学模拟程序对不同特性参数细水雾灭火效果进行了分析.采用锥形量热仪在50 kW/m2辐射热条件下和100％荷电状态下对锂离子电池进行燃烧试验,获取其热释放速率曲线,热释放速率峰值为9.23 kW.在试验获得参数的基础上以6个18650型锂电池建立火灾模型,利用火灾场模拟软件FDS对不同雾滴直径、雾动量和喷雾强度的细水雾的灭火过程进行数值模拟.定量分析熄灭锂离子电池火的细水雾相对适宜的条件范围,研究细水雾的特性参数对锂离子电池组灭火效果的影响.结果表明:在细水雾雾滴动能不变的情况下,随细水雾雾滴粒径增大,灭火时间先波动后增大,在细水雾粒径为50～100μm的工况下系统抑制锂离子电池火效果最佳,灭火时间最短,耗水量最少;水雾动量变化在一定区间内增加对锂电池灭火有增强效果,当雾滴速度足以穿越火焰时,增加水雾动量对灭火效果影响不大;在规定范围内喷雾强度越大,细水雾能够气化的数量越多,吸收的热量也越多,越有利于灭锂离子电池火灾.