煤矿井下高压喷雾雾化特性及其降尘效果实验研究

为分析煤矿井下高压喷雾雾化特性及其降尘效果,采用自行设计的喷雾降尘实验系统,对井下常用的螺旋型压力喷嘴在不同压力下的雾化特性及其降尘效果进行了系统的实验研究。结果表明：① 随着喷雾压力的提高,喷嘴流量不断增加,而雾化锥角不断减小。② 喷雾所形成的雾粒的粒径随着喷雾压力的增加而减小,但当压力增大至8 MPa时,继续增加压力,减小幅度有所减缓。③ 随着喷雾压力的增加,全尘和呼吸性粉尘降尘效率均不断增加。当喷雾压力增加至8 MPa后,若继续提高喷雾压力,降尘效率提高不明显。④ 依靠增加喷雾压力来提高降尘效率（特别针对呼吸性粉尘）具有一定的局限性,对于实验所选用的喷嘴喷雾压力选用8 MPa较为合理。⑤ 喷雾所产生的雾粒,对于跟雾粒平均粒径接近的粉尘颗粒降尘效果最好;对于粒径小于雾粒平均粒径的粉尘颗粒,降尘效率随着粉尘粒径的减小而减小;而对于大于雾粒平均粒径的粉尘颗粒,降尘效率随着粉尘粒径的增加而略有下降。     

内混式空气雾化喷嘴雾化特性及降尘效率研究

为了掌握内混式空气雾化喷嘴喷雾特性及降尘性能,借助自主研发的喷雾降尘实验平台,对内混式空气雾化喷嘴与X旋流型压力喷嘴流量、雾化角、射程、雾滴体积分数、雾滴粒径、雾滴速度等喷雾特性参数及降尘效率进行了实测,并对实验结果作对比分析。结果表明:随着供水压力的增加,内混式空气雾化喷嘴水流量和气流量分别呈指数形式递增和递减,气液质量流量比不断下/2次方成正比。随着供水压力的增加,2种喷嘴的雾化射程、雾滴体积分数及雾滴速度均增大。X旋流型压力喷嘴雾化角明显大于空气雾化喷嘴,其喷雾作用范围更宽;随着供水压力的不断提高,空气雾化喷嘴雾化角呈现先增大后减小的变化规律,而压力喷嘴则一直以较小的幅度不断减小。空气雾化喷嘴由于有压缩空气作为助力,在供水压力较低时能获得较为理想雾滴粒径,且随着供水压力的增大,雾滴粒径不断增大;普通压力喷嘴的雾化粒径随着供水压力的提高而减小,且需在较高的供水压力下才能获得理想的雾滴粒径。在相同的供水压力下,空气雾化喷嘴雾滴粒径和水流量均小于压力喷嘴,而雾滴体积分数、雾滴速度及降尘效率均高于压力喷雾。气水喷雾较压力喷雾具有明显的优势,获得相同的降尘效率,气水喷雾耗水量仅约为压力喷雾的一半。     

高压喷雾雾化特性及降尘效率实验研究

为了研究喷嘴的雾化特性和高压喷雾降尘效果,在模拟井下巷道降尘装置性能实验平台上开展了喷雾降尘实验.利用Spraytec马尔文粒径分析仪对孔径为1.0 mm的压力型雾化喷嘴进行了5种不同压力下的雾化粒径测量实验,得到了该喷嘴在不同压力下的雾滴粒径数据;通过对巷道喷雾段前断面和喷雾段后断面的粉尘浓度同步测量,得到了不同喷雾压力下喷雾降尘效率数据.实验结果表明:对于该型号的喷嘴,随着喷雾压力增加,喷嘴流量增加,雾化粒径减小,当压力达到一定值后,继续增加喷雾压力,雾粒减小的幅度减缓;在风速和发尘浓度一定时,全尘和呼吸性粉尘降尘效率随着压力的增加而增加,达到一定的压力值后增加的幅度减小;对于孔径为1.0 mm的喷嘴,降尘效果最佳的喷雾压力为8 MPa.     

采煤机外喷雾系统数值模拟研究

为提高采煤机外喷雾系统性能,改善工作面作业环境,基于Pro/E与GAMBIT联合建立了采煤工作面模型,选用标准k-ε湍流模型构造采煤机外流场数学模型,并通过FLUENT仿真得到巷道内风流平均速度为1.8 m/s左右,符合《煤矿安全规程》的规定;对采煤机外喷雾系统进行了数值模拟,通过改变喷嘴口径、喷雾压力和扩散角等参数,得到了不同喷雾参数下的雾滴粒径和雾化浓度的变化规律:随着喷雾压力的增大,雾滴粒径减小,喷雾浓度分布更加均匀;小口径喷嘴雾化浓度较高,大口径喷嘴雾化区域浓度均匀、捕集面积大;小雾化扩散角下的雾粒速度相对较大,大扩散角下的雾流浓度分布均匀,但其穿透力差。分析结果为提高采煤机喷雾降尘效率,降低采煤工作面粉尘浓度提供了依据。     

供气压力对流体型超声喷嘴雾化特性及降尘效率的影响

为了掌握供气压力对流体型超声雾化喷嘴雾化特性及降尘性能的影响,借助自主研发的煤矿井下喷雾降尘实验平台,对流体型超声雾化喷嘴流量、雾化特性及降尘性能进行了实测。实验所涉及的喷嘴雾化特性参数包括雾化角、射程、雾滴粒径等,降尘性能采用全尘降尘效率和呼吸性粉尘降尘效率进行评价。实验结果表明:随着供气压力的增大,喷嘴空气流量呈幂函数形式增大,而水流量呈指数函数形式下降,气液体积流量比不断增大;喷嘴雾化角和雾滴粒径随着供气压力的增大而逐渐缩小,而雾滴速度和射程则表现为随供气压力增大而逐渐增大的趋势;对于本次实验所选取的供水压力,供气压力由0.2 MPa增加至0.7 MPa,喷嘴空气流量约增加100 L/min,水流量约降低1.3 L/min,雾化角和雾滴粒径分别约减小75°和60μm,而雾滴速度和射程分别约增加7.5 m/s和210 cm。喷嘴全尘降尘效率和呼吸性粉尘降尘效率均随着供气压力的增大呈现先增加后减小的变化规律,并在某一个供气压力下获得最高值。供水压力p_L不同,获得最高降尘效率所对应的供气压力p_(air)亦不同,喷雾降尘效果较优的气水压力组合有1号(p_L=0.2 MPa,p_(air)=0.3 MPa),2号(p_L=0.3 MPa,p_(air)=0.4 MPa)和3号(p_L=0.4 MPa,p_(air)=0.5 MPa)。煤矿现场应采用以上气水压力组合,既可获得较为理想的雾滴粒径,同时能以较低的耗水量获得较高的降尘效率。     

司马煤业有限公司掘进机外喷雾喷嘴雾化特性及降尘性能研究

为掌握山西潞安司马煤矿综掘工作面掘进机外喷雾喷嘴的雾化及降尘性能,利用自行设计搭建的喷雾性能测试平台,对当前掘进机外喷雾喷嘴在不同工况下的雾化特性及降尘效率进行试验研究.研究结果表明:喷嘴的水流量随着供水压力的增大而增大,且不同压力范围内水流量变化幅度不同;喷嘴的雾化角及射程随着供水压力的增大表现出逐渐增大的趋势,喷嘴雾化角变化幅度较小,射程变化较大;随着供水压力的增加,雾滴粒径逐渐减小,雾滴粒径大小约在100μm;同时,喷嘴降尘效率随供水压力增加表现出逐渐增大的规律.综合考虑各种因素,得到该喷嘴的最适供水压力为1.5 MPa,此时喷嘴降尘的全尘效率为73.34％,呼尘效率为52.82％.     

X旋流压力喷嘴雾化锥角实验研究

为研究X旋流压力喷嘴的性能和参数,基于自行设计的喷雾实验系统,采用高速摄像仪成像方法,设计了5种不同喷嘴直径分别对应8种不同喷嘴供水压强的喷雾实验。实验结果表明:当X旋流压力喷嘴直径小于1.5mm时,喷雾雾化锥角随着喷嘴供水压强的上升而上升;当喷嘴直径大于1.5mm时,喷雾雾化锥角随着喷嘴供水压强的增加而减小;在相同供水压强下,喷雾雾化锥角随着喷嘴直径的增大而增大,且增大的幅度随着直径的增大而减小。     

湿式弦栅水膜除尘试验研究及效率优化

为了探究湿式弦栅水膜净化细微粉尘的效率及优化方法，制备了平均粒径约为10μm的实验粉尘，借助自主搭建的实验平台开展了压力喷嘴雾化特性和湿式弦栅水膜除尘特性实验，研究了喷嘴雾化参数与除尘效率之间的因变关系，验证了增大供水压力和弦栅表面疏水改性能提高湿式弦栅水膜净化细微粉尘效率的可行性。结果表明：3种压力喷嘴的喷雾流量随着供水压力的增大而增大，雾化粒径随着供水压力的增大而减小。在风道风速为3 m/s的实验条件下，空心圆锥形喷嘴的雾化效果优于方锥形和实心圆锥形喷嘴，供水压力由0.3 MPa增大至1.3 MPa,喷雾流量和雾化角分别增大了1.19 L和5.2°,雾化粒径降低了44.1μm。湿式弦栅水膜的全尘除尘效率与压力喷嘴喷雾流量呈正相关，与雾化粒径呈负相关；选用空心圆锥形喷嘴的除尘效果最好，5种供水压力工况的湿式弦栅水膜全尘除尘效率依次为67.16%、68.56%、70.29%、73.80%、75.89%。湿式弦栅水膜除尘段阻力随着风道风速的增大线性增大，阻力系数为13.14。通过增大供水压力的方法优化除尘效率的效果并不显著，供水压力由0.7 MPa增大至1.3 MPa,湿式弦栅水膜的全尘...     

不同喷雾压力下雾化场气液两相流数值仿真

为解决煤矿喷雾降尘效率低和喷雾用水量大易造成巷道水害问题,依据气液两相流理论,应用Fluent软件对雾滴在不同喷嘴压力作用下粒径分布和运移规律进行数值模拟,得到雾粒浓度和粒径分布情况。研究表明:喷雾压力影响雾粒的分布范围。压力过大,雾粒在巷道内的分布面积逐渐减小。同一喷嘴压力下雾粒粒径分布不均匀,在横截面上呈现中间粒径小,两边粒径大的规律。当喷雾压力为3 MPa时,雾粒的分布利于降尘且距喷嘴2.8 m处雾化效果最好。     

大采高综采面液压支架喷雾降尘方法改进与应用

针对大采高综采工作面粉尘污染严重的问题,基于相位多普勒激光干涉仪PDI200MD的雾化特性试验,分别测定6种喷雾降尘常用喷嘴在8 MPa喷雾压力下的宏观雾化特性,以及1.2 m/s扰动风流下的雾滴粒径分布,并根据试验结果设计了文丘里负压喷雾器以及液压支架喷雾降尘方法,最后通过现场粉尘浓度测定考察其应用效果。结果表明:孔径为2.2 mm的含X形导流芯混合式广角实心圆锥形喷嘴的雾化特性最佳,其在8 MPa喷射压力下,雾化角为73.5°,有效射程为5.3 m,流量为7.05 L/min;在1.2 m/s扰动风流影响下,特征粒径D_(0.5)、Sauter平均粒径D_(32)以及Herdan平均粒径D_(43)分别为38.541、33.951、41.162μm,雾滴轴向速度为26.415~57.468 m/s。液压支架喷雾降尘方法应用后,工作面采样点的总尘及呼尘浓度较传统喷雾降尘方法均出现明显降低,其平均总尘降尘率为86.4%,平均呼尘降尘率为82.5%。     

金属矿山爆破微细粉尘云雾除尘机理及试验研究

为降低金属矿山爆破微细粉尘浓度，提出了巷道全断面云雾除尘技术，净化回风流中的粉尘。利用自行设计的雾化实验平台，分析了云雾喷嘴的雾化效果及气压、水压对雾化效果的影响，获得气流量、水流量随气压的变化规律，认为当气压为0.5 MPa，水压为0.2 MPa，水流量为35 L/h，气流量为2.65 m3/h时，云雾雾滴中值粒径D50最小，约6.0 μm。基于云雾喷嘴雾化特性及最佳工况条件，以云雾除尘主机和气水源处置为主体，研发了巷道全断面云雾除尘技术，并在梅山铁矿进行了现场试验。结果表明：爆破落矿后，经云雾除尘装置净化后，回风流中全尘、呼吸尘的降尘效率分别为96.89%、96.04%，表明云雾与粉尘粒径匹配效果好，可有效降低沿风流方向的微细粉尘浓度，提高降尘效率，取得较好经济效益和社会效益。     

出口直径对内混式空气雾化喷嘴雾化特性及降尘性能的影响

为了掌握喷嘴出口直径对气水喷雾降尘的影响,基于自行设计的气水喷雾降尘实验平台,对不同出口直径的空气雾化喷嘴流量、雾化特性及降尘性能进行了实测,并对实验结果作对比分析。研究结果表明:随着出口直径的增加,喷嘴耗水量几乎保持线性增长,而耗气量呈现指数增长的变化趋势;喷雾射程和雾滴体积分数均随着出口直径的增大不断增大,而雾化角先增大后减小;出口直径为2. 0 mm的喷嘴雾化质量最好,所形成的雾滴索太尔平均直径D[3,2]最小,且雾滴粒径呈现正态分布,雾滴尺寸较为集中;雾滴速度沿喷嘴轴线方向不断衰减,且喷嘴直径越大雾滴速度衰减越缓慢;随着喷嘴直径的增加,雾滴速度呈现先增大后减小的变化规律;全尘和呼吸性粉尘降尘效率随着喷嘴出口直径的增加均有所提高,但增幅较小;综合考虑喷嘴降尘性能、耗水量和耗气量等因素,在采掘作业场所进行气水喷雾降尘时,选择出口直径为2. 0～3. 0 mm的空气雾化喷嘴较为合适。     

基于有限元仿真分析的高压雾化喷嘴设计及参数优化

为解决高压喷雾用喷嘴的耗水量大、堵塞和使用寿命短的问题,设计了一种利用导流孔实现水流螺旋混流的新型喷嘴,提出了影响喷嘴雾化效果的关键参数：水流入射角度、喷嘴腔体长径比和喷嘴出流直径,运用有限元仿真分析的方法对以上参数的影响效果进行了仿真研究。仿真结果表明:出流直径对雾化效果影响最大,减小出流直径可显著提高雾化效果;水流入射角度和腔体长径比两者合理配合可有效提高喷嘴的雾化能力,同时也影响了雾化的角度。以优化后的参数加工喷嘴进行试验,结果表明最低雾化压力为2 MPa,雾化角度和喷射距离等达到了设计要求,降低了对水质的要求,达到了节水耐用的目的。     

诱导气流对转载点雾化特性影响规律的数值模拟与试验

为了分析煤矿转载点诱导气流对喷雾降尘过程中雾化粒度的影响，采用计算流体力学（computational fluid dynamics，CFD）离散相模型的粒子跟踪技术，模拟了不同诱导气流条件下雾滴粒径的分布特性。分析结果表明：在诱导气流的影响下，雾滴颗粒向导料槽出口漂移明显，粒径统计项D[3，2]和D[4，3]随诱导气流风速的增加而减小，减幅分别为17.17%和16.19%；同时，雾化压力的增大，提高了雾滴颗粒发生二次破碎的强度，导致雾化粒度随压力的增大而减小。根据结论，对转载点高压喷雾降尘系统进行了改进，现场喷雾压力由1.5 MPa提高到6.2 MPa，调整雾化场轴向横截面与诱导气流方向之间呈30°夹角，现场实践表明：相对于改进前，转载点全尘浓度和呼吸性粉尘浓度分别降低了88.60%和78.96%。     

煤矿井下气水喷雾雾化特性实验研究

为了分析煤矿井下气水喷雾雾化特性,基于自行设计的气水喷雾实验平台,采用电磁流量计、空气质量流量计及马尔文实时高速喷雾粒度分析仪对空气雾化喷嘴流量特性、雾化粒度的空间分布规律及影响因素开展了实验研究。结果表明:随着供水压力的增加,喷嘴耗气量以指数形式不断递减,而耗水量以指数形式递增;喷嘴耗气量随供气压力以指数形式递增,而喷嘴耗水量基本呈现线性递减趋势。雾滴粒径沿喷嘴轴线方向不断增大;距离喷嘴较近的纵断面上,雾滴粒径沿径向不断增大,并呈现不对称分布;位于雾流中部的纵断面上,轴线附近区域雾滴粒径沿径向不断增大,而雾流外部区域雾滴粒径呈现沿重力方向增大的趋势;在靠近雾流末端衰减区内,雾滴粒径沿重力方向不断增大。供气压力一定时,雾滴粒径随着供水压力的增加呈现先增大后减小的变化规律,且供气压力越大所对应的拐点水压越高;随着供气压力的增加,雾滴粒径不断减小,且减小幅度随供气压力增加而有所下降。     

掘进机外喷雾负压二次降尘装置的研制与应用

为了有效喷雾沉降综掘工作面掘进机截割产尘,数值模拟确定了喷雾负压二次吸风装置吸风及内部风流场的运移规律,研制了可形成完全覆盖截割产尘的水雾幕及对截割臂周围粉尘有效吸入净化的新型掘进机外喷雾负压二次降尘装置,并对其性能进行了测定实验,结果表明:喷雾压力由2 MPa增大至8 MPa过程中,选用喷嘴在4 MPa压力时,喷雾场雾化角及距喷口1.5 m处雾滴群的索特平均直径D32分别为87.6°及56.295μm,综合雾化性能最优,新型装置的气液比先增大后减小,4 MPa时达到最大值1.269,因此,选定4 MPa为最佳喷雾压力;新型装置的现场试验结果表明:相对于原有方式,对全尘和呼尘的平均降尘率分别提高了19.4%和20.1%,其中,负压二次降尘分别提高了6.0%和6.5%。     

掘进机外气动涡旋雾幕控尘装置的研制与实验

为有效控制由掘进机截割头旋转破碎引发的粉尘污染,基于高压喷雾在涡旋气体射流场中的运动规律及二次雾化破碎特性,研制了一种可以阻隔工作区域高质量浓度粉尘迁移扩散的新型掘进机外气动涡旋雾幕控尘装置。绘制了包含掘进系统的气动涡旋雾幕控尘装置的比例模型,并通过利用CFD数值模拟软件获得该型设备外部风流场迁移规律和液滴粒子运动规律,以模拟结果为理论基础建立实验平台,并对设备的雾化性能及控尘性能进行了实验测定。模拟结果表明:在环状风筒前端形成了完整旋转风幕,外环高压喷雾受内环高速旋转风流冲击,加剧了液滴的破碎、迁移扩散与捕尘性能。雾化性能实验结果表明:该型设备雾化性能主要由气体射流与高压喷雾的相间速度差决定,喷雾夹角为45°～75°,相间速度差较大,气相射流风速对雾化性能影响占主导地位;喷雾夹角大于75°时,相间干涉减小,喷雾压力占主导地位;随着沿流向方向的距离增大,风速快速衰减,液滴运动趋于稳定。控尘性能实验研究结果表明:当喷雾压力、喷雾夹角不变的情况下,单独提高引射射流风速时,涡旋雾幕前方粉尘捕集较差,全尘和呼尘平均捕集率分别为21.21%和26.24%;而雾幕后方,不同风速下的全尘捕集率分别为84.98%,87.88%和90.70%,呼吸性粉尘捕集率为83.89%,87.87%和88.71%,照比传统高压喷雾表现出更好的控尘性能。