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。     

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。     

改善热轧降尘效率的雾化参数分析*

为提高热轧工作区的雾化降尘效率,研究尘雾颗粒碰撞相关理论,以热轧产生的氧化铁皮粉尘为研究对象,建立基于雾滴粒径、雾滴速度和液体流量多个雾化参数的降尘效率计算模型;分析单一雾化参数对降尘效率的影响;通过实验,测得不同气液压力组合下的雾化参数,运用响应曲面法,分析多个雾化参数耦合对降尘效率的影响。结果表明:降尘效率随着雾滴粒径的减小、液体流量增大而提高,雾滴速度对其影响不明显;多因素耦合时,通过调节气液压力组合来控制降尘效率,结合高温环境对雾滴存活时间的影响分析,当气压0.3 MPa、液压0.5 MPa时,粒径为21～27 μm的粉尘沉降效果最佳,降尘效率达到90%以上,可有效解决热轧车间粉尘污染问题。     

X形旋流压力喷嘴质量中值直径预测模型

X形旋流压力喷嘴是喷雾降尘常用的一类喷嘴,喷嘴雾滴粒径是重要参数.为了更好地指导喷雾降尘过程中喷嘴的选型,对工业现场常用的6种X形旋流压力喷嘴展开了雾化参数试验研究.通过试验获得了喷嘴水流量、雾化角和喷嘴MMD实测数据,结果表明,X形旋流压力喷嘴MMD随供水压力增大而减小,随喷嘴出口直径增大而增大.在此基础上,根据已有的压力喷嘴MMD经验公式,采用多元非线性回归的方法,建立了 X形旋流压力喷嘴MMD预测模型.经试验验证,模型预测值与试验值变化规律一致且平均相对误差仅约7％.所建立的预测模型可用于该类喷嘴MMD的理论预测,指导喷雾降尘工程应用中喷嘴的选型.     

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17.5μm。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17.5～31.16μm。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%。     

超音速气动液滴荷电雾化及降尘性能试验研究*

为探究煤炭生产过程中呼吸性粉尘难以捕捉且对人体造成伤害的问题,提出超音速水雾荷电降尘技术。基于荷电雾化机理,研究电极环直径、电极间距、电压3因素对超音速气动液滴荷电、雾化效果的影响。利用网状目标法测量雾滴群电流并计算荷质比,采用SPSS软件分析3因素与雾滴荷质比之间的相关性,并用激光粒度仪测量雾滴粒径。最后,采用最优荷电雾化参数进行喷雾降尘试验。研究结果表明:各因素对荷电效果的影响次序为:电压>电极间距>电极环直径;雾滴粒径随电压的升高而减小,随电极间距的增大先增大后减小,随电极环直径的增大先减小后增大;当电压12 kV,电极间距2.5 cm,电极环直径6 cm时,超音速荷电水雾降尘效果最佳,与普通水雾降尘相比,全尘降尘效率提高12.4%,呼尘降尘效率提高49.6%。     

磁化作用对水性质的影响规律及喷雾除尘性能优化研究

为研究磁化水除尘的最佳磁化条件,提高水的利用率,通过实验得出不同磁化条件下水的表面张力、黏度;然后采用ANSYS Fluent进行数值模拟得出磁化水降尘性能最佳时的喷雾压力和磁化条件。研究结果表明：当喷射压力为5 MPa时未磁化水的喷雾浓度较大、粒径较小;在此压力下,磁场强度为150 mT、磁化时间为80 s时,磁化水雾滴平均粒径减少39.6%,最大粒径减少16.4%,雾滴粒径小且分布较均匀,降尘性能显著提高。研究结果可为矿井下缓解粉尘污染问题提供理论指导。     

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.     

振弦栅与高压喷雾协同作用下除尘特性研究

为防治矿井排风口的粉尘对矿区周边大气环境的污染问题,基于流体动力学、气液耦合和喷雾降尘及振弦栅除尘理论,运用计算流体动力学(CFD)三维数值模拟方法,优化振弦栅与高压喷雾协同作用下除尘特性参数,研究不同雾化压力对雾滴粒径分布及质量浓度分布的影响,分析振弦栅直径及间距对雾滴拦截效果、风速对双层振弦栅水膜作用特征。结果表明:随着雾化压力增大,雾滴粒径逐渐变小且分布集中化,雾化压力超过8 MPa后雾滴粒径分布变化不明显;不同间距的振弦栅均对流场有截流作用并伴有严重回流现象,而间距为5 mm的振弦栅对粒径较小的雾滴拦截效果更好;当进口风速为3 m/s时振弦栅表面形成水膜效果最佳,更利于粉尘捕集;模拟数据与试验结果变化趋势基本一致。     

磁化荷电水雾最佳降尘参数确定实验研究*

为实现对煤尘的有效防控,进一步提高磁化水降尘性能,提出磁化荷电喷雾降尘技术,通过研究液滴在磁化、荷电情况下的受力,揭示磁化荷电喷雾降尘机理;通过自主搭建的动、静态综合除尘实验平台,研究不同磁化强度、荷电电压下溶液表面张力和雾滴粒径的变化规律,进而确定最佳雾化参数。研究结果表明:磁化荷电后的溶液表面张力和雾滴粒径随磁化强度、荷电电压的增大呈现先下降而后上升,最后趋于平稳。荷电电压为9 kV、磁化强度为350 mT时达到最佳效果,此时,与清水相比全尘降尘效率达到92.79%、提高69.63%,呼尘降尘效率达到78.59%、提高94.01%。磁化荷电的溶液表面张力降低,破碎时所做表面功更小,雾化后液滴粒径更小更均匀,与尘粒接触面积增大,可提高捕尘效率,改善矿井环境。     

喷嘴直径对降尘效果影响的试验研究

为提高喷雾降尘效率,以改善作业环境,有必要研究喷嘴直径与降尘效果间的关系。基于自行设计的喷雾降尘试验系统,采用马尔文实时高速喷雾粒度分析仪、高速摄像仪及粉尘浓度测定仪对不同直径喷嘴的雾化特性参数和降尘效率进行测定。结果表明,在相同喷雾压力下,随着喷嘴直径的增大,全尘降尘效率持续增加,而呼吸性粉尘降尘效率先增加后减小,并在喷嘴直径为1.5 mm时达到最大值;在耗水量相同的情况下,随着喷嘴直径的增大,全尘和呼吸性粉尘降尘效率均下降。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降尘效率,宜选择直径为1.5 mm的喷嘴;当耗水量受限制时,宜选择直径为1.2 mm的喷嘴。     

土壤重金属污染治理过程开放性粉尘控制技术

以开放性粉尘为研究对象,对重金属污染土壤产生粉尘的原因进行实验,明确了被重金属污染土壤的粉尘在堆料阶段和取料阶段的具体扩散状况,进而提出了一项以抑制粉尘逸散为目的的荷电喷雾降尘技术。并通过对该项降尘技术的喷雾压力测试和荷电电压测试,来检测该技术在不同喷雾压力和荷电电压环境下的使用效果。最终的测试结果表明:通过设置静电场使雾滴荷电,可以显著提升喷雾的降尘效率,且荷电喷雾对粉尘的降尘效率会随着喷雾压力的增加而增大,但喷雾压力和荷电压力在上升的过程中,降尘的效率会逐渐降低。     

土壤重金属污染治理过程开放性粉尘控制技术

以开放性粉尘为研究对象,对重金属污染土壤产生粉尘的原因进行实验,明确了被重金属污染土壤的粉尘在堆料阶段和取料阶段的具体扩散状况,进而提出了一项以抑制粉尘逸散为目的的荷电喷雾降尘技术。并通过对该项降尘技术的喷雾压力测试和荷电电压测试,来检测该技术在不同喷雾压力和荷电电压环境下的使用效果。最终的测试结果表明:通过设置静电场使雾滴荷电,可以显著提升喷雾的降尘效率,且荷电喷雾对粉尘的降尘效率会随着喷雾压力的增加而增大,但喷雾压力和荷电压力在上升的过程中,降尘的效率会逐渐降低。     

基于撞击法的喷雾射流粒径研究*

为解决我国光学法仪器价格昂贵,操作复杂,在消防领域未能大范围应用的问题。基于撞击法的采样原理,提出新测试方法,并将其应用于消防领域喷雾射流现场测试。在不同的喷孔数量条件下,通过改变喷雾射流出口压力,观察并统计水雾携带的雾滴在载玻片上留下的印记,根据其直径和数量得出雾滴粒径的分布。研究结果表明:喷雾射流雾滴粒径值与平均直径预测模型的预测值和马尔文粒度仪测得的粒径值相近,水雾粒径随着出口压力的增大而减小,研究结果可为喷雾水枪性能测试和优化改造提供技术支持。     

煤矿用喷嘴的优选方法研究与应用

喷嘴作为煤矿喷雾降尘技术的最重要元件之一,其优选问题一直没有统一的方法,在一定程度上影响了喷雾降尘技术的最佳效果。为此,在尘雾耦合沉降实验基础上,找出了雾滴沉降粉尘规律,确定了粉尘与雾滴粒径的关系:D尘≈0.1 D雾;结合喷嘴性能实验,建立一种以喷嘴雾滴粒径与各工序粉尘粒径关系为主、常规性能参数为辅的优选方法,力求进一步改善井下喷雾系统,并在高庄煤矿综放面进行了应用。通过现场实测,降尘效果有所提高。     

泡沫-细水雾雾场特性的试验研究

为了研究泡沫-细水雾与细水雾雾场特性的差异,建立了泡沫-细水雾和细水雾雾场测定系统.利用高速摄像技术、激光器偏光技术、激光粒度分析技术分别对中压工况下的泡沫-细水雾和细水雾雾场参数进行了试验研究.结果表明,雾场形态均保持标准的圆锥状,细水雾和泡沫-细水雾雾场边缘雾化效果较好,雾化效果向中心逐渐变差.系统工作压力对泡沫-细水雾的雾化锥角影响较大,工作压力为1.0 MPa时雾化锥角为51°,工作压力为3.5 MPa时增大到80°.不同压力下细水雾的雾化锥角变化较小,约为80°.泡沫-细水雾锥体中心处的雾流密度与系统工作压力成反比,压力越高,雾场的保护半径越大,雾滴分布越均匀.1.0MPa、1.5 MPa、2.0 MPa、2.5 MPa压力下泡沫-细水雾锥体中心处的雾流密度均大于细水雾锥体中心处的雾流密度.泡沫-细水雾雾滴粒径分布呈现随距喷头垂直距离增大而增大的总体特征,由于泡沫-细水雾雾滴的发泡作用,泡沫-细水雾雾场的雾滴粒径在喷头正下方10～100 cm处均大于细水雾雾场的雾滴粒径.     

有障碍物半开口管道内氢气燃烧数值模拟研究

基于有障碍物氢气燃烧实验装置进行数值模拟研究,采用Fluent软件分析了半开口管道内障碍物对氢气/空气燃烧特性的影响。结果表明:障碍物会促进实验管段内氢气火焰加速,随着障碍物阻塞率和数量的增加,火焰加速更快且燃烧压力峰值更大;在相同阻塞率下,障碍物形状对氢气火焰速度和燃烧压力峰值的影响很小;燃烧压力随障碍物间距的增大先增大后减小,障碍物间距为3倍管道内径时产生的燃烧压力峰值最大。     

20L近球形容器中甲醇喷雾液滴爆炸特性实验研究*

为了评估易燃液体喷雾的爆炸风险,借助喷雾粒度仪、高速相机以及喷雾爆炸实验系统,围绕2种粒径(表面积平均粒径:2.0 μm±0.5 μm;18.0 μm±0.5 μm)的甲醇喷雾,研究点火位置和延迟时间等因素对甲醇喷雾爆炸特性的影响。结果表明:甲醇喷雾粒径均随环境温度的增加而减小,当甲醇喷雾浓度较大时,环境温度对于甲醇喷雾粒径的影响更为显著;甲醇物料温度的改变对于其粒径的影响很小。随着点火延迟时间的增大,甲醇喷雾爆炸特性参数均呈现先增加后减小的趋势,在τ=120 ms时最大。受限空间内甲醇喷雾采用中心或上部点火方式,当甲醇喷雾浓度为356.4 g/m3(φ=1.8)时,甲醇喷雾爆炸特性参数均取得最大值;与上部位置点火相比,中心位置点火的甲醇喷雾爆炸特性参数值较大。     

喷吹压力与喷吹距离对长滤袋清灰效果的研究

为了得到长滤袋的最优化设计,自建脉冲喷吹试验装置,采用QSY8135型压力传感器测试长滤袋(直径160 mm×长6 000 mm涤纶针刺毡)的侧壁压力峰值和峰值达到时间。结果表明:长滤袋脉冲清灰效果达到最优化时的喷吹压力为0.1~0.3 MPa,喷吹距离为200mm;侧壁压力沿滤袋长度方向的总体变化规律为先增大后减小,到达滤袋底部又增大,侧壁压力峰值在滤袋1 m处达到最大;侧壁压力峰值到达时间沿滤袋长度方向的总体变化规律为在0~4 000 mm时增加,在4 000~6 000 mm时减小;沿滤袋长度方向的平均侧壁压力峰值为(喷吹压力为0.1~0.3 MPa)2.076 8 k Pa、3.292 1 k Pa和4.325 2k Pa。     

不同瓦斯压力和孔隙率的原煤电阻率和渗透率变化规律研究

为了解不同瓦斯压力和孔隙率下原煤的电阻率和渗透率变化及电阻率和渗透率的响应规律,以淮南矿区谢一矿51采区C15煤层煤体为研究对象,研究不同瓦斯压力和孔隙率下煤样三轴压缩全过程的电阻率与渗透率的变化规律。研究结果表明:孔隙率相同时,最小电阻率和最小渗透率随着瓦斯压力的增大先增加后减小,瓦斯压力在4 MPa时,最小渗透率基本为0;瓦斯压力相同时,最小电阻率和最小渗透率随着孔隙率的增大而增大;全应力应变过程电阻率和渗透率满足随应变的增大先减小后增大的规律,不同加载阶段电阻率变化和渗透率变化规律保持一致,渗透率变化幅度比-应变曲线拐点滞后于电阻率变化幅度比-应变曲线;可利用电阻率变化规律反映应力变化以及渗透率变化情况。