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。     

抑尘液滴与尘堆表面之间的动态接触行为研究

水雾除尘效率来源于尘、雾颗粒之间的固-液动态相互作用,从细观角度出发,系统研究水雾液滴与尘堆表面之间的接触、碰撞行为规律.采用高速摄像、图像分析处理技术,从液滴行为、液滴接触角动态变化2个方面研究了液滴在尘堆表面的动态接触行为规律,并对比分析了液滴表面张力、黏度及尘堆粒径对动态接触行为影响的差异.结果表明,液滴在尘堆表面的动态接触行为分为碎裂直接铺展、回缩和回缩反弹3种模式,其接触模式主要取决于粉尘粒径、液滴黏度.在粒径不断减小的尘堆表面,相同理化性质的液滴的行为模式依次为碎裂直接铺展、回缩、回缩反弹.在保证液滴其他性质相同的条件下,增大液滴黏度会导致液滴回缩及回缩反弹行为模式在粉尘粒径较大的尘堆表面提前发生.伴随着液滴黏度增加或尘堆粒径减小,液滴在尘堆表面的接触角会发生动态波动,出现一定数量的波峰和波谷.     

压力旋流喷嘴雾化特性数值模拟

为了改善生产作业环境,针对喷雾降尘作业运用最为广泛的1.5 mm孔径压力旋流喷嘴进行模拟仿真以研究雾化压力对雾化效果的影响。研究表明:在压力旋流喷嘴的雾化场中,沿喷嘴轴线方向,随着轴向距离的增大雾滴粒径不断增大、雾滴速度逐渐减小;在距喷嘴一定距离的横截面上,雾滴径向速度由中心向边缘先增大后减小,雾滴粒径随着径向距离的增大而增大,但增幅较小;同一孔径的喷嘴,随着喷雾压力的增加,雾滴轴向速度、径向速度均不断增加,速度衰减速率也增大;雾滴粒径随着喷雾压力的增大而减小,当喷雾压力达到一定数值时,继续增大喷雾压力,雾滴粒径减小幅度较小。     

管式燃烧器烧嘴上方细水雾雾场特性的LDV/APV实验研究

运用三维激光相位多普勒（APV／LDV）测试系统．对管式燃烧器烧嘴上方细水雾的雾场特性进行实验研究，结果表明粒径和液滴沿轴向的速度都随着混合气流量的增大而增大，且随着与烧嘴距离的增大，速度先增大后稍微减小。可以近似地看作相等。实验结果合理。     

火焰羽流区细水雾利用效率及控制研究

为提高细水雾的灭火效能,研究细水雾对火焰的冷却性能。建立火焰区细水雾的运动、传热与传质模型,采用此模型全面评估影响细水雾穿透距离和汽化性能的因素,提出一种合理确定液滴初始粒径和初始速度的方法,以及能够提高细水雾利用效率的射流协流细水雾系统。结果表明:各因素影响作用由大至小排序为液滴初始粒径、传热温差、液滴初始速度、火焰羽流速度;该系统能够显著提高细水雾的穿透距离,增大细水雾的汽化率。     

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.     

水雾对气体火焰传播特性影响的实验研究

本文利用自行设计的传播火焰喷雾抑制实验系统研究了水雾对甲烷火焰传播特性的影响.结果表明,在一定范围内水雾对甲烷火焰传播的抑制效率随着水流量和火焰前方流场中水雾区流体速度的增加而增加.在甲烷爆炸反应过程中,水作为第三体或惰性液滴破坏其中的链载体,从而降低了甲烷爆炸的反应能力.     

飞轮转速对雾滴粒径影响的试验及数值模拟

为了研究飞轮造雾系统中飞轮转速对雾化液滴粒径的影响,搭建了飞轮造雾试验台。利用LS-2000分体式激光喷雾粒度分析仪测量了相同风速不同飞轮转速下雾化液滴的索特平均直径(D32),在试验的基础上,采用FLUENT软件对二维非稳态简化飞轮雾化模型进行数值模拟,得出了飞轮雾化液滴粒径的大小及分布。结果表明:在一定风速下,随着飞轮转速的提高,雾化液滴的索特平均直径减小;当飞轮转速为1 000 r/min时,雾化液滴的索特平均直径最小;超过1 000 r/min时,雾化液滴的索特平均直径又会增大;不同飞轮转速下雾化液滴的模拟结果与试验值相关性较好。     

筛板脱硫塔气液流动及运行参数的影响分析

基于筛板式脱硫喷淋塔的结构特点,研究了烟气流速、浆液循环量、液滴粒径和喷嘴形式对雾滴携带特性、筛板的整流效果、系统压损的影响。结果表明,烟气流速增加到3.6 m/s,液滴被携带的作用明显增加,烟气流速增加,除雾器入口的雾滴浓度明显增加,系统压损增大;而循环量对1 300μm雾滴携带没有明显影响,循环量增加,系统和整流层的压损明显增大;液滴粒径越小,其携带作用越弱,1 300μm以上液滴几乎没有被携带出脱硫吸收塔,而800μm以下液滴携带作用明显增强。液滴分级粒径由50μm增加到1 900μm,其系统压损由2 349 Pa降到975 Pa,除雾器段压损由361 Pa降到67 Pa,液滴粒径对塔内系统压损影响较大。对安装有五层喷淋层的吸收塔,在四层以上安装双向双头喷嘴对除雾器入口的雾滴浓度有明显增加,而三层以下是否安装对雾滴携带无明显作用,同时其携带作用增强,筛板的整流效果减弱。     

喷雾碰壁液膜蒸发三维数值模拟

针对喷雾过程喷注碰壁形成的液膜蒸发现象进行研究,通过理论分析和实验为数据建立了相应的数值计算模型。在典型浴盆型燃烧室内,采用一个四孔喷嘴进行高压喷雾,给定初始涡流比和燃烧室壁四温度,对包含液膜蒸发的喷雾过程进行详细的三维数值模拟,获得了液滴轨迹图以及空气运动速度的空间分布和时间进程,为研究空气运动和壁温等参数对喷雾过程和液膜蒸发过程的影响以及它们之间的相互耦合作用打下了坚实的基础。     

不同螯合剂对花生富集污染土壤中Co的影响

采用模拟Co污染土壤的方法,分别投加2.5 mmol/kg、5.0mmol/kg、7.5 mmol/kg的EDDS、NTA、CA和OA,研究了其对花生生长与吸收土壤重金属Co,以及对土壤中Co的活化能力的影响.结果表明:整合剂处理使花生的生物量降低,在高浓度整合剂处理时,降幅最大;EDDS的添加比NTA、CA和OA更显著地增加了土壤Co的有效态质量比,同时明显提高了花生的富集系数和转运能力;在螯合剂处理下,花生的转运系数最高达到0.916,具备了修复土壤重金属污染的能力;根系和地上部富集Co能力最强时分别达到58.64 mg/kg和46.33mg/kg,是对照组的1.29和3.63倍;各处理花生根系中的Co质量比要高于茎叶中的质量比,花生植株Co质量比与土壤有效态Co质量比呈显著(p＜0.05)或极显著相关(p＜0.01);综合来看,螯合剂的投加能有效活化土壤溶液中的Co,促进植物吸收、转运重金属.     

软质聚氨酯泡沫阴燃前期热解特性研究

采用DSC-TGA(差示扫描量热-热重分析)同步热分析仪对软质聚氨酯泡沫(聚氨酯软泡)在不同氧气体积分数(0、10％、30％、50％)和不同加热速率(10 K/min、20 K/min、50 K/min)下热解到800℃的过程及其对阴燃的影响进行了研究.结果表明,当氧气体积分数介于10％ ～ 50％时,聚氨酯软泡热失重DTG曲线只有1个峰;当氧气体积分数降低到10％时,DTG曲线开始逐渐分离为2个峰;当氧气体积分数降为0(即氮气气氛)时,DTG曲线已经明显分为2个峰.这表明氧气体积分数对聚氨酯软泡热解特性具有重要作用.氧气体积分数和加热速率降低均对聚氨酯软泡的热解有抑制作用,均能减小阴燃传播速率和向明火转化的可能性.加热速率降低主要是延长了聚氨酯软泡的热解周期,从而减小了热解可燃气体积分数和放热速率.氧气体积分数降低对聚氨酯软泡热解的影响相对复杂的多:当氧气体积分数从10％降低到0时,主要提高了聚氨酯软泡的分解温度,而对热解速率影响不大;当氧气体积分数介于10％～50％时,氧气体积分数减小主要会降低聚氨酯软泡的热解速率、放热速率和放热量而对热解温度影响相对不大.氧气体积分数和加热速率降低抑制了多元醇的分解,而多元醇是聚氨酯软泡维持阴燃或向明火转化的主要物质及能量来源.     

基于模糊可拓层次分析法的在役混凝土桥梁耐久性评估

对在役混凝土桥梁的耐久性研究是目前学术界的热点问题。使用科学的方法对其耐久性进行合理的评估,是解决该问题的关键。考虑到在役混凝土桥梁耐久性评估中的不确定性,利用改进的三标度层次分析法及模糊可拓理论,建立了基于模糊可拓层次分析法的在役混凝土桥梁耐久性评估模型。首先,根据桥梁的结构及所处环境的特点,建立了在役混凝土桥梁耐久性评估指标体系。其次,运用改进的三标度层次分析法确定指标权重。然后,使用模糊可拓理论确定耐久性等级。最后,通过具体的实例分析,证明了该评估方法的科学性和有效性。     

物流企业员工安全参与行为演化路径研究

为确定影响物流企业员工安全参与行为的因素与演化路径,推动对物流企业员工的安全监管,在员工和物流企业具有有限理性的前提下,从物流企业与员工之间的博弈机理出发,构建了员工安全参与行为的演化博弈模型。采用系统动力学方法分析模型的演化趋势,通过数值仿真分析物流企业员工安全参与行为及演化路径。结果表明,奖励力度、惩罚力度等参数影响着员工策略的变化,物流企业可加大对员工不积极参与安全行为的处罚力度,并适当提高奖励力度,从而提高员工的参与安全活动的积极性;物流企业还应建立奖励与惩戒相结合的管理制度,同时通过技术创新降低监督成本,实现对员工安全的有效监管。     

基于模糊层次分析法的编队内碰撞风险评价模型研究

编队内碰撞是编队飞行最大的安全威胁。为解决编队飞行灵活性与编队飞行安全的矛盾,建立了编队内各机碰撞风险评价模型指标体系,使用模糊互补判断矩阵确定了各指标的碰撞权重,实现了编队内各机碰撞的风险评估。以空军航空兵某部一架机型G与一架机型H混合双机编队为例进行了实证研究,结果表明,该模型简便易操作,可提高编队飞行训练效率。     

Y型通风沿空留巷巷道围岩活动规律研究

为掌握沿空留巷围岩活动规律,以谢桥矿12418工作面轨道顺槽为工程背景,采用多点位移计及钻孔窥视仪等设备进行实测研究,并结合数值模拟对其进行分析.结果表明:沿空留巷巷道表面围岩变形具有典型的近场效应,留巷前距工作面60 m以外的巷道基本无表面位移,随工作面的推进,巷道表面位移逐渐增大,距工作面10～15m范围内,表面位移变化速率显著增加,留巷后巷道表面位移与留巷前变形趋势类似,但表面位移量较留巷前有明显增加;从顶板钻孔窥视结果可以看出,留巷前仅在孔深2 m处发育单一离层裂隙,留巷后在孔深1.2m、2.4 m、3.8m和5.3m处发育多层离层裂隙,且随滞后工作面距离增加裂隙逐渐增大;尾巷充填体应力在充填材料固结后逐渐升高,并一直维持较高应力状态,因此,巷旁充填体既要确保有一定的强度和刚度,又要有一定的适应变形能力.     

井下有限空间内作业人员噪声危害调查

为研究煤矿井下环境相对封闭、空间相对有限的情况下,噪声对作业人员的影响及危害,通过问卷调查的形式,分别对开滦集团东欢坨及荆各庄2煤矿井下5个不同作业区人员进行了共计200份的噪声危害问卷调查。将问卷调查结果通过SPSS软件进行统计与分析,并将SPSS分析得到的数据用于分析井下噪声对作业人员的影响及危害,归纳出噪声对作业人员的影响因素,并对噪声、影响因素及症状之间建立了井下噪声对作业人员影响的理论关系模型。结果表明:在井下有限空间内,噪声对作业人员的危害最严重的症状是耳鸣,危害最轻的症状是畏惧感;参与调查的多为年龄较大、工龄较长的作业人员,噪声对工龄较长者的危害程度要大于对年龄较大者,且工龄与噪声危害之间存在Pearson相关性系数大于0的正相关关系。     

露天矿采空区爆破合理孔底填塞长度与起爆位置确定

为研究孔底填塞长度与起爆位置对露天矿采空区上覆岩石台阶爆破的影响,进行了数值模拟和工业试验。运用ANSYS/LS-DYNA软件构建了爆破模型,分析了存在采空区时台阶的爆破机理,通过对比分析不同孔底填塞长度、不同起爆位置下爆破时岩石拉应力及动能变化,揭示其对采空区爆破效果的影响,确定了采空区上覆岩石台阶的合理爆破方法,并通过工业试验进行了验证。结果表明:采空区的存在导致爆破能量的利用效率降低;中间起爆技术适合采空区上覆岩石爆破;孔底填塞长度在一定临界范围内时,爆破能量的利用效率是最佳的;确定了武家塔露天煤矿采空区上覆岩石台阶爆破采用中间起爆技术且孔底填塞长度为2 m。     

基于多传感器融合的林火监测

为了提高近距离火灾监测的准确率,建立了基于Arduino平台的多传感器实时监测系统.此系统安装在移动机器人身上以探测火灾.在林火发生期间,会产生CO、C02明火火焰及其他产物,并引起周围环境温度的升高.因此,选择合适的传感器,检测出以上参数,就有可能据此判断实际环境是否有火.通过在Arduino上搭建火焰传感器、温度传感器、气体传感器和烟雾传感器,可以实时监测环境参数.在无火和有火环境中进行了多次试验,进行数据采集,得到了大量原始数据.无火环境的数据是在不同的天气条件下测得的;有火环境由试验火堆模拟得到.在模拟的过程中,进行人为操作以模拟不同的火情.如通过浇湿底部的可燃物模拟预热阶段,试验数据因此更有代表性.数据分析表明,单个传感器的输出值波动大,且在有火环境和无火环境中的输出值有重叠.因此,用单一传感器来检测火灾的准确率很低.而同时分析3个传感器的输出值时,其输出值随所检测火堆的不同呈现出一致的变化规律.最后,利用神经网络进行多传感器数据融合.涉及5个输入变量,由神经网络实现对多变量的非线性问题进行模式识别.将前述试验所得数据划分为训练数据和测试数据,两类数据均包含一定比例的有火样本和无火样本.用训练数据对BP神经网络进行训练,可得到林火识别模型.用测试数据检验模型,结果表明,该BP神经网络对试验火的识别准确率为98.625％.     

基于生态毒性的再生水补给河流氨氮控制目标研究

再生水补给河流是解决城市景观用水缺乏的重要途径,但是再生水中的氨氮,特别是游离氨对水生生物的毒害作用也不容忽视.针对再生水补给河流的典型场景,根据物种敏感度分布法(Species Sensitivity Distribution,SSD),计算得到游离氨的属急性毒性基准最大质量浓度(Criterion Maximum Concentration,CMC)为0.093 mg/L.以保护95％水生生物为目标的河水氨氮控制目标分别为4.37 mg/L(水温T≤12℃)和1.73 mg/L(水温T＞ 12℃).根据再生水补给河流的不同比例(体积比),计算再生水的氨氮控制目标.当河流上游来水分别满足地表水环境质量标准Ⅳ、Ⅴ类水体要求和CMC值,再生水占混合后河水的比例为20％～100％且水温T＞ 12℃时,再生水氨氮控制目标分别为1.7～2.6 mg/L、0.6～1.7 mg/L和1.7 mg/L;当河流上游来水分别满足Ⅳ、Ⅴ类水体要求,再生水占混合后河水的比例为50％～100％且水温T≤12℃时,再生水氨氮控制目标分别为4.4～7.2 mg/L和4.4～6.7 mg/L.当河水全部由再生水组成时,推荐再生水的氨氮控制目标为1.7 mg/L(水温T＞12℃)和4.4mg/L(水温T≤12℃).