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。     

采场爆破粉尘运移规律的Fluent数值模拟

在对爆破烟尘源及其特征分析的基础上,以西石门铁矿南二采区为研究背景,运用Fluent软件通过气固两相流数值模拟方法对爆破后粉尘的分布及扩散规律进行研究,得出在现有条件下爆破粉尘的运移规律.采场爆破后很快产生大量粉尘且浓度较高,粉尘的运移受风流流场影响较为明显.在现有通风条件下,粉尘的净化主要靠重力沉降,而难以沉降的呼吸性粉尘的排出则需要较长时间.这不利于生产,亟须改善通风条件或采取其他措施较快速降低爆破粉尘浓度.数值模拟结果与现场测量结果基本一致,爆破产尘量大,排尘耗时久.     

综放工作面转载破碎点粉尘分布特征研究

为了研究综放工作面转载破碎点的粉尘分布特征,对进风顺槽沿程粉尘分布进行了现场实测,得到主要产尘点为转载机机头1 m处、破碎机处和前溜及后溜处.进一步分析了主要产尘点的分散度和粉尘浓度变化规律,结果表明:转载机机头1 m处以5 μm以下呼吸性粉尘为主,PM5粉尘质量浓度呈现先高后低的趋势,PM10粉尘质量浓度变化与之相反,治理时尘源处要以呼吸性粉尘为主,还需关注扩散滞留的可吸人粉尘;破碎机处主要为10 μm以下可吸人粉尘,PM5粉尘质量浓度开始波动较小,一段时间后升高,PM10粉尘质量浓度表现为先高后低的趋势,治理时尘源处要以可吸入粉尘为主,还应关注呼吸性粉尘的扩散;前后溜区域粉尘颗粒分布比较均匀,PM5粉尘质量浓度呈间歇性波动,PM10粉尘质量浓度变化比较平稳,治理时除考虑呼吸性粉尘和可吸人粉尘外,还应注重风流的影响,后溜处还需考虑粉尘粒径分布的多样性.     

综采工作面粉尘运移和粉尘浓度三维分布的数值模拟研究

分析了综采工作面流场及粉尘分布的特点 ,视工作面含尘风流为气 粒两相流 ,建立了描述综采工作面风流中粉尘运动和浓度分布的数学模型。采用计算流体力学的有限容积法求解 ,编制了模拟计算综采工作面三维空间内风速和粉尘浓度分布的计算机程序     

水平弯管内硫沉积数值模拟研究

元素硫在集输管道中沉积会引起堵塞和腐蚀问题,而弯管是集输管道中较易出现硫沉积的部位之一。为此,采用数值模拟的方法研究水平弯管内的硫沉积问题,首先利用雷诺应力模型对流场进行模拟,其次采用Lagrange颗粒轨道模型对硫颗粒进行模拟追踪,研究不同因素对硫颗粒在弯管中沉积率的影响。结果表明:弯管内壁会出现负压区和低速区,气流速度和弯曲比会对流场产生影响;硫颗粒在弯管中的沉积率随流速、粒径和弯曲比的增大而增大;硫颗粒沉积是重力和离心力共同作用的结果,其中离心力是导致弯管中沉积率增大的重要原因。     

受限空间内粉尘流动的浓度分布模型及其数值模拟

受限空间内颗粒的流动规律对研究颗粒输送和净化等有很大的作用,在其基础上运用气固两相流动理论中的欧拉-拉格朗日离散相模型和湍流等模型,并以该模型为基础,采用计算流体力学的软件,以通风管道为例,对受限空间内粉尘浓度分布规律进行数值模拟。分析和讨论气体风速、管径的变化对通风管道内浓度分布的影响,同时对管道后底部附近的直线和点处浓度随进口风速变化进行模拟和监测。通过结果和对比表明该模拟较好地体现了粉尘等颗粒在管道等受限空间实际情况,具有重要的参考和借鉴作用。     

转载点粉尘颗粒扩散运动规律的数值模拟

为解决车间转载点粉尘污染问题,利用数值模拟方法计算小空间粉尘颗粒的扩散规律和颗粒运动轨迹,同时借助虚拟现实和现代计算机技术进行颗粒运动轨迹的再现.转载点气流一般处于湍流状态,很难掌握全部粉尘颗粒的扩散规律,只能进行单个粉尘颗粒的受力分析,建立颗粒的一般性运动方程,再利用Lagrange法研究颗粒的运动轨迹方程,然后通过编程语言和虚拟现实技术反映到计算机上,把粉尘扩散轨迹呈现出来.研究成果对转载点粉尘的处理具有一定的实用价值.     

抽出式通风煤巷掘进过程中粉尘浓度分布规律的数值模拟

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）对掘进工作面通风过程中粉尘浓度进行数值模拟，总结抽出式通风掘进巷道中粉尘浓度的沿程分布及变化规律。     

泄爆容器中粉尘爆炸的试验研究与数值模拟

为了解泄爆容器中粉尘爆炸的发展过程,采用试验和数值模拟相结合的方法对玉米淀粉在圆柱形容器内的泄爆过程进行研究。数值模型采用欧拉–拉格朗日方法模拟粉尘爆炸的两相流问题,通过求解非稳态的湍流两相反应流守恒方程对试验进行二维仿真。试验和模拟结果表明,点火位置对爆炸发展过程有明显影响,点火位置离泄爆口越远,容器中的最大泄爆压力Pred,max越高。在粉尘爆炸的安全防护设计中,应把点火位置作为重要影响因素之一加以考虑。     

锌冶炼烟尘中铅汞分布及形态研究

锌精矿脱硫焙烧烟气降温过程中,烟尘的性质及其中铅汞存在形态的变化规律是冶炼烟气重金属(Pb和Hg)污染控制的重要依据。通过电感耦合等离子体-原子发射光谱(ICP-AES)、激光粒度分析及筛分分析了不同降温收尘环节烟尘元素成分及粒度变化。烟尘主要含Zn、Fe、Ca、Cd、S、Pb元素,其累积质量分数达69.90%~77.62%,而Hg含量较低。烟尘粒径随烟气温度降低呈先增大后减小的变化规律,中位径由沸腾焙烧炉排出的28μm升至经余热锅炉降温后的36μm,再逐级降至经电收尘器后的5.6μm。据此,重点分析了Pb和Hg在烟气中的分布,并借助X射线光电子能谱(XPS)分析了其存在形态。结果表明,随烟气温度降低,烟气中Pb和Hg含量呈上升趋势,Pb由2.8%增至9.2%,Hg由4.8μg/g增至109.1μg/g。不同工艺环节的烟尘中Pb均以PbSO_4和含Pb—O键的复杂Pb配合物的形式存在。Hg变化较为明显,仅沸腾焙烧炉烟尘样品中能够检测到HgS与HgSO_4,其余工艺环节烟尘样品中无含Hg化合物的特征峰。     

磨粉机收尘系统污染原因分析及对策

针对焦作矿碳化硅车间磨粉机收尘系统存在的主要问题，采用理论计算方法进行原因分析，并提出相应对策，为该系统改造设计提供理论依据。     

改良MPS型抑尘剂在料堆防尘中的试验研究

阐述了改良MPS型系列抑尘剂在料堆防尘中的试验研究.该类抑尘剂既防尘又具有抗水性能,防尘期长且成本低廉,适合各种露天料堆、料场.     

电炉粉尘高效利用的实验室研究

电炉炉尘中富含Fe、Zn、Pb等元素,简单地将这些炉尘倾倒野外或填埋处理,由于粉尘中Pb等有毒元素会被雨水浸出,严重污染水土资源.而直接返回高炉炼铁,Zn在高炉内氧化富集则会缩短炉衬寿命、堵塞煤气管道.为减少电炉粉尘对环境的污染,实现其高效利用,采用含碳球团焙烧还原法处理该类粉尘.通过考察温度、时间等工艺因数的影响,得到了焙烧还原法合理工艺条件:碳过量系数为0.8～0.9、还原温度1 150℃、还原时间50 min.还原后的球团为半金属化球团,其全铁含量为67%左右,最高达69.8%;金属铁含量为63%左右,最高达66.5%;单个球强度在6 kN左右;收集所得氧化锌粉含ZnO 80%左右,初步实现了电炉粉尘的高效利用.     

城市污水处理厂初沉系统沉淀分离特性模拟

利用COMSOL软件模拟和分析了城市污水处理厂辐流式初沉系统三维流态及悬浮颗粒浓度分布状况,并探究颗粒物不同粒径(0.5×10-4m、1×10-4m、2 × 10-4m、3 × 10-4 m)、挡板不同位置(2.5 m、3.0 m、3.5 m、4.0 m)和挡板不同长度(1 m、2 m、3 m),对初沉系统沉淀效果的影响.研究结果表明:1)悬浮颗粒粒径大小对初沉系统内流场和浓度场影响较大,平均粒径愈大,相应的沉淀效果愈好;2)挡板与进水口中心的距离L和挡板长度H对系统的沉淀效果影响明显,当L=2.5 m,H=2 m时,模拟沉淀效果为最优.通过研究掌握初沉系统沉淀和分离特性,并指出可通过优化挡板的位置及长度,构建更为合理的初沉系统运行工况,对进一步指导和优化初沉系统设计革新和建造运行具有一定的实际意义.     

不同喷嘴类型静电旋风水膜除尘系统配置优化实验研究*

为对比加宽版吹风喷头、1 mm孔径广角实心喷嘴和组合型喷嘴配置下的静电旋风水膜除尘系统的除尘效果,对进口风速、静电电压和单位面积流量3个单因素进行实验。研究结果表明:借助SPSS软件正交实验设计得出各喷嘴最佳参数、除尘效率影响因素排序均为进口风速＞静电电压＞单位面积流量。在各喷嘴最佳参数下,除尘性能排序为组合型喷嘴>加宽版吹风喷头>1 mm孔径广角实心喷嘴。在组合型喷嘴最佳参数（进口风速12.03 m/s、单位面积流量1.02 L/(m2·s)、电压45 kV）下,当进口风速不变时,除尘系统的分级除尘效率随粉尘颗粒粒径的增大而增大,但增幅不断地变缓,粒径约为40 μm时分级效率近似达到100%;当粉尘颗粒粒径不变时,分级效率随进口风速的增大呈现递减的趋势,粒径越大下的分级效率越接近。     

Current status and expected future trends in dust explosion research

In spite of extensive research and development for more than 100 years to prevent and mitigate dust explosions in the process industries, this hazard continues to threaten industries that manufacture, use and/or handle powders and dusts of combustible materials. Lack of methods for predicting real dust cloud structures and flame propagation processes has been a major obstacle to prediction of course and consequences of dust explosions in practice. However, work at developing comprehensive numerical simulation models for solving these problems is now on its way. This requires detailed experimental and theoretical studies of the physics and chemistry of dust cloud generation and combustion. The present paper discusses how this kind of work will promote the development of means for prevention and mitigation of dust explosions in practice. However, progress in other areas will also be discussed, e.g. ignition prevention. The importance of using inherently safe process design, building on knowledge in powder science and technology, and of systematic education/training of personnel, is also emphasized.     

硬脂酸粉尘爆炸特性试验研究

为研究硬脂酸粉尘的爆炸特性,采用20 L球型爆炸仪对4个粒径范围的硬脂酸粉尘进行粉尘爆炸试验研究。结果表明:一定浓度范围内增大粉尘浓度能够提升硬脂酸粉尘的爆炸能量和燃烧速率。增大粉尘浓度,爆炸猛烈度先增强后减弱;减小粉尘粒径,能增强爆炸猛烈度和敏感度。粒径小于58 μm粉尘的爆炸猛烈度和敏感度最大,浓度500 g/m3时,该粉尘有最大爆炸压力1.12 MPa和最大升压速率142.00 MPa/s。     

巷道内皮带输煤系统粉尘运移规律数值模拟研究

针对巷道内皮带输煤过程中粉尘污染的问题,通过巷道内粉尘质量沿程分布测试,并利用数值模拟的方法,分别对不同风速下的粉尘颗粒运移、巷道底板沉积单个粉尘粒子扬尘、输煤皮带粉尘粒子运移进行了模拟.通过对以上3种模拟结果进行分析,得出了不同风速下巷道内皮带输煤系统粉尘运移规律,并与现场实测结果对比基本一致.     

金属粉尘湿法处理系统的设计和除尘效果分析

为改善金属抛光操作人员的工作环境、降低抛光金属粉尘的爆炸风险,设计一种金属粉尘湿法处理系统,并通过建立多相流动数值模型,探究其内部流场特征与金属粉尘运动规律,分析金属粉尘湿法处理系统的除尘效率。研究结果表明:大粒径的金属粉尘直接重力沉降至水槽中;小粒径(PM10)的金属粉尘易随气流进入风道,进而通过水雾脱除;采用洁净进气源,可以有效降低工人操作环境的粉尘浓度;增加细水雾,可以有效提高金属粉尘湿法处理系统的除尘效率,对PM10的除尘效率从30%提升至82%。