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.     

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。     

回风顺槽全断面车载气动喷雾联合雾幕控尘技术研究

为治理综采工作面采煤过程中回风顺槽粉尘污染问题，基于超音速气动雾化控尘原理，提出全断面车载气动喷雾联合雾幕控尘技术。以敏东一矿01工作面回风顺槽为例，采用离散元和有限元方法，利用COMSOL(COMSOL Multiphysics)仿真模拟软件中的k-ε湍流模块和流体流动颗粒跟踪模块，建立控尘技术装置三维数值模型。利用数值模拟方法分析技术装置气流场和液滴粒子轨迹的变化特征，以得到技术装置风流场及液滴粒子分布规律；搭建仿真试验模型，并通过仿真试验平台研究技术装置最佳抗风性能参数。结合现场试验对比分析，以验证控尘技术的高效除尘性能。结果显示：当雾幕装置气压为0.6 MPa时，雾化效果好且不会影响现场其他设备供压，捕捉小粒径粉尘能力强，但抗风性较弱；车载装置抗风性高，控尘能力强，但雾化效果较差且受气压的影响较小。2种装置有效地结合应用并形成了全断面车载气动喷雾联合雾幕控尘技术。该技术有效阻止了粉尘的运移，有效覆盖了全断面。呼吸性粉尘和总粉尘控制效率分别达到94.92%和96.53%,这为治理煤矿井下回风顺槽粉尘污染提供了相关理论支持和治理手段。     

选煤厂毛煤仓仓顶除尘方案设计

以准能公司选煤厂毛煤仓仓顶为例,对其生产工艺系统和毛煤仓仓顶污染机理进行分析.基于此,采用气固两相流理论和数值模拟相结合的方法,分析了2种可行除尘方案的控尘机理,比较了各自的除尘效果.结果表明,毛煤仓顶皮带单独设置导料槽的除尘方式不能完全抑制粉尘逸出;若配合适当型号的除尘器,可在该处产生合理负压,有效控制粉尘逸出.该研究方法和手段可为选煤厂的粉尘治理提供理论和实践指导.     

打磨车间细颗粒物空间分布规律研究

为探求打磨车间自然通风条件下的细颗粒扩散分布规律,以打磨车间为研究对象,根据气固两相流理论,基于fluent软件,利用数值模拟方法模拟自然通风方式下打磨车间1～10 m的钢尘颗粒的空间分布规律。研究结果表明：模拟结果与实际数据相对比,偏差为5.54%～7.76%,吻合度高;在自然通风条件下,作业人员长时间停留处呼吸带高度的粉尘质量浓度高达10.69～14.91 mg/m³;钢尘自打磨面脱离后随风流向车间上部运移,粉尘在接触车间顶部后发生偏移部分粉尘被储物区的涡流、回流流场捕获;相邻打磨台之间存在流场叠加效应;细颗粒粉尘因车间内风流与外界交换效率低而长时间滞留在车间。该研究可为控制打磨作业粉尘浓度、避免因粉尘浓度过高而引起职业病危害,并为设计最优的除尘方案提供基础数据。     

综放工作面转载破碎点PM5及PM10粉尘分布规律

为了对综放工作面转载破碎点提出有效的防尘措施，从宏观上研究PM₅和PM₁₀粉尘的分布规律。在进风顺槽内靠近煤壁侧布置10个测点，对PM₅和PM₁₀粉尘质量浓度进行实时监测，同时采用数值模拟的方法建立转载破碎点几何模型并解算，将模拟与实测结果进行对比分析并得到了转载破碎点及周围工作空间的整体污染状况。结果表明：转载机周围无论是呼吸性粉尘和还是可吸入粉尘变化都比较稳定且产尘较多，破碎机周围呼吸性粉尘的产尘速率相对较低，但由于扩散较慢使粉尘不断积累；前溜和后溜周围可吸入粉尘的占比相对较高，同时受风流影响，前后溜中部和后溜处粉尘质量浓度升高明显；实测和模拟结果的浓度变化趋势基本相同，而高浓度粉尘主要集中于离地面1 m左右，且一直蔓延到整个进风顺槽和工作面；转载机机头1 m处、破碎机处以及前溜和后溜处是综放工作面进风顺槽转载破碎区域的主要起尘点，且以呼吸性粉尘和可吸入粉尘为主，治理时应高度重视。     

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.     

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。     

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.     

基于CFD-DEM模拟物料流在转运点处的流动特性

转运点处产生的大量粉尘严重危害生产人员健康及设备安全,为了减少物料颗粒流在该处的产尘量,对颗粒流在输送带转运点处的运动过程进行了数值模拟。模拟依据流体力学基本控制方程和颗粒运动方程的基础理论,其中湍流模型选用RNG k-ε两方程模型,方法采用CFD-DEM双向耦合。经颗粒运动分析和压力流场分析,结果表明:物料颗粒流在转运点处的运动过程呈现出3个运动阶段:弧形下落、碰撞反射、稳定运输。根据这3个阶段的颗粒流运动规律及流场变化情况,改进了一种符合气固两相流流动规律的弧形防尘罩及溜槽,维持物料稳定流动,降低了下落时的动能和产尘量。     

燃煤发电厂粉尘危害及防治对策

粉尘是燃煤发电厂重点防治的职业病危害因素。以某燃煤发电厂2×330MW机组为例,调查和分析了燃煤发电厂中粉尘的种类、分布及防护设施,并对该燃煤电厂主要工种和作业场所粉尘浓度情况进行了检测、分析和讨论,提出皮带巡检工、灰库巡检工是燃煤电厂粉尘危害重点防护对象,而输煤皮带转载点、破碎机以及灰库卸灰操作位现场粉尘浓度超标严重,是燃煤发电厂粉尘危害防治的重点工作场所。在对该燃煤电厂粉尘浓度超标原因分析的基础上,从工程防护和管理等方面提出了燃煤发电厂粉尘危害相应的防治措施,为燃煤电厂粉尘危害防治提供参考和依据。     

综采面高压注水联合高压喷雾二级防尘技术研究

综采工作面的粉尘防治一直是煤矿安全工作的重点和难题之一。结合双鸭山矿区新安矿综采工作面的实际状况,采用现场煤层高压注水实验方法,研究了高压注水条件下煤体增湿的规律;运用注水实验数据进行反演数值试验,优化煤层高压注水数学模型内部参数,利用注水数值模拟试验确定了综采工作面煤层高压注水减尘技术的最优参数;运用了高压喷雾降尘效率模型数值模拟方法,分析确定了综采工作面采煤机外置高压喷雾降尘的最优参数,研发了孔径为1.2 mm的7孔高压集成喷嘴。新安二矿、三矿煤层高压注水联合高压喷雾二级防尘技术应用效果表明:通过二级联合防尘措施,工作面全尘去除率高达96%,呼吸性粉尘去除率高达94%。     

综采面高压注水联合高压喷雾二级防尘技术研究

综采工作面的粉尘防治一直是煤矿安全工作的重点和难题之一。结合双鸭山矿区新安矿综采工作面的实际状况,采用现场煤层高压注水实验方法,研究了高压注水条件下煤体增湿的规律;运用注水实验数据进行反演数值试验,优化煤层高压注水数学模型内部参数,利用注水数值模拟试验确定了综采工作面煤层高压注水减尘技术的最优参数;运用了高压喷雾降尘效率模型数值模拟方法,分析确定了综采工作面采煤机外置高压喷雾降尘的最优参数,研发了孔径为1.2 mm的7孔高压集成喷嘴。新安二矿、三矿煤层高压注水联合高压喷雾二级防尘技术应用效果表明:通过二级联合防尘措施,工作面全尘去除率高达96%,呼吸性粉尘去除率高达94%。     

锚喷粉尘受力及产尘机理分析

通过对锚喷粉尘的受力分析,基于粉尘颗粒的基本性质,运用牛顿运动规律、流体力学的紊流射流、两相流等相关理论,对锚喷产尘原因及运动规律研究,认为锚喷尘源产生的4种方式: 粉尘颗粒自身的特性及二次风流的影响,高速喷射气流带动周围的空气运动所产生的剪切作用,锚喷高速射流内部中团粒间的相互作用以及物料与受喷面的碰撞是影响锚喷产生粉尘的主要原因.     

卸载破碎区域气动喷雾联合抑尘网除尘的数值模拟研究

为了有效治理安家岭煤矿输煤系统中卸载破碎区域的粉尘污染,提出卸载坑外围设置柔性抑尘网及坑口处设置气动喷雾的防尘方案。采用现场测试与三维数值模拟相结合的方法,得出卸载坑粉尘逸散规律。通过对卸载坑气动喷雾的雾化效果和设置抑尘网后的风速分布的数值模拟,分析该方案的除尘机理,并通过在安家岭煤矿的现场试验,验证该方案的可行性。结果表明:坑口处的气动喷雾能有效抑制坑内粉尘飞扬,外围设置的柔性抑尘网能有效控制坑口处的风速,防止粉尘受外界气流影响,有效降低粉尘污染浓度,其降尘效率达到90%以上,该综合除尘方案为输煤系统卸载破碎区域的粉尘治理提供理论依据。     

基于CFD-DEM的旋风除尘器内气固流动特性研究

为了研究旋风除尘器内气固流动特性,采用CFD-DEM耦合算法研究不同入口气体速度下旋风除尘器内颗粒流态、静压、径向速度及轴向速度分布特征。结果表明:煤屑颗粒在离心力和径向曳力的作用下以螺旋颗粒条带靠近除尘器的壁面稳定向下移动,随着入口风速的增加煤屑颗粒条带变宽,条带与除尘器的第1次接触的拐点上移,螺距减小;除尘器内部压力轴向变化较小,径向变化较大,随着入口气体速度增加,除尘器壁面附近高压区范围和压力也随之增加,除尘器上方和下方的负压区变宽并朝轴向方向延伸;随入口气体速度增加,除尘器内径向速度和轴向速度逐渐增加,煤屑颗粒在除尘器中部聚集较多,煤屑停留时间变长,入口气体速度为15 m/s时,煤屑颗粒在除尘器内停留时间最长。     

选煤厂转载点诱导气流影响因素的实验研究

为了解决选煤厂转载点扬尘问题,结合煤矿生产现场的实际情况,自主设计了一套等比例缩小的转载点诱导气流实验装置系统,分析煤料在转载过程中单位时间下料量,煤料的下落高差,胶带运行速度等因素对产生诱导气流的影响。实验结果表明:导料槽内诱导气流的速度随着料仓下料量的增加呈现幂指数的增长趋势;同时,随着下料槽角度由30°增加到60°时,诱导气流的速度由0.55 m/s增大到0.7 m/s;转载点落差的有限性使煤料下落时处于一个加速阶段,且随着高差的增大,诱导气流增加明显;当单位时间下料量和下料高度相对较小时,胶带运行速度越大,胶带上煤料与周围空气之间的曳力作用越明显,并通过数据拟合出了单位时间下料量、下料高度以及胶带运行速度与诱导气流的定量关系公式。