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.     

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。     

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。     

高压雾化特性及降尘技术试验研究

通过对不同压力条件下孔径为0.15mm的撞针式高压雾化喷嘴的雾化粒径进行分析,并利用自制的高压雾化降尘试验系统对不同压力条件下的雾化降尘效果进行测试,通过降尘试验结果与雾化效果进行定性、定量分析,指出高压雾化压力与雾化粒径及降尘效果有着正向联系,但雾化压力增加到一定程度,降尘效果增加不再明显,试验研究数据表明该型号高压雾化喷嘴的最佳工作条件应为6MPa。     

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％.     

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。     

基于多指标正交实验的高压雾化喷嘴优选

高压雾化喷嘴的优选是涉及多因素、多指标的综合性问题。提出采用多指标正交实验的方法,以煤矿采煤面常用的3大类高压雾化喷嘴为例,采用极差分析、方差分析对喷嘴的实验结果进行分析与讨论,最终确定最优组合为c类型、喷嘴孔径为1.6 mm的7#高压雾化喷嘴,喷雾压力为8 MPa,并将7#喷嘴在高庄煤矿采煤工作面进行了应用。通过现场实测,采取优选喷嘴的综合降尘措施后,采煤工作面有人作业处喷雾降尘效率达到83.9%以上。     

煤矿井下气水喷雾雾化特性及降尘效率理论研究

为分析煤矿井下气水喷雾雾化特性及降尘效率,借助流体力学、多相流及气溶胶等相关理论,对气水喷雾雾化特性与喷雾降尘效率进行了全面的理论研究。根据流体力学与多相流相关理论,建立了求解空气雾化喷嘴气、液质量流量的完整方程组,并给出了雾化粒径和雾滴速度的计算公式;通过建立煤矿井下气水喷雾降尘数学模型,推导出分级效率的理论计算式,并采用Origin软件绘制出分级效率与供气流量、供水流量及粉尘粒径的关系曲线;同时,结合粉尘粒径和频率分布式,建立了全尘降尘效率与呼吸性粉尘降尘效率的理论计算式,并分析了粉尘中位径及粒径分布指数对降尘效率的影响。     

出口直径对压力旋流喷嘴雾化特性的影响

为了掌握喷嘴出口直径对压力旋流喷嘴雾化特性的影响规律,采用数值模拟的方法进行仿真研究。研究结果表明:在同等入射压力下,喷嘴直径较大时,雾滴粒径D32和速度也相对较大;喷嘴直径较小时,颗粒之间的碰撞相对较大,当其直径变化时对粒径分布影响较大,而当直径较大时,其直径变化对其粒径分布影响较小,雾化效果区别不明显。在实际工况中和对环境有益的情况下,在煤矿喷雾降尘的时候,应该选用直径为1.2 mm的喷嘴进行喷雾降尘。     

高压喷嘴雾化参数的实验研究

喷雾降尘中风速对喷嘴雾化性能参数的影响直接影响喷雾降尘效果。为此,开展了风速对喷嘴有效水量及分布均匀度、雾粒粒径的影响试验研究,得出喷雾雾粒粒径与粉尘粒径分布范围接近时降尘效果最佳;随着喷雾压力增大、喷雾射程增加、喷雾流量加大,喷雾覆盖面积略微增加;而随风速增大,喷雾射程和喷雾覆盖面积大大降低;在风流的影响下,喷嘴有效水量为无风流条件下有效水量的80%左右。基于试验研究结果,在夏甸金矿卸载站矿车卸料点采用优选喷嘴喷雾降尘后,总粉尘和呼吸性粉尘浓度降尘效率分别高达91.1%和90%,降尘效果较好。     

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%。     

矿山喷雾降尘技术研究与应用现状综述

喷雾降尘技术以其操作简单、成本低、降尘效率显著等优势,成为矿山井下应用最为广泛的降尘技术之一。但传统喷雾降尘技术普遍存在雾滴粒径大、耗水量多、呼尘沉降效率低等问题。针对以上问题,国内外学者对喷雾降尘技术开展了广泛研究,但对其研究与应用现状缺少深入总结。基于此,基于近20 a来矿山喷雾降尘技术的相关研究文献,梳理了喷雾雾化降尘机理、喷雾雾化效果评价参数与测试方法、喷雾雾化效果影响因素、喷雾降尘效率及其影响规律的研究现状。研究结果表明:喷雾雾化效果评价参数主要包括雾滴粒径、雾滴速度、喷雾射程等;喷雾雾化效果与喷嘴结构、气水压力、液体物理特性等参数密切相关;喷雾雾滴粒径越小、雾滴速度越快,其对粉尘的吸附沉降效率越高。针对矿山喷雾降尘技术研究现状,分析了目前存在的不足,并提出了未来的主要研究方向,即进一步探究喷雾雾化机理、完善喷雾雾化效果评价参数、规范喷雾降尘效率测定方法、关注喷雾添加剂对作业人员身体健康与工作环境的影响。     

旋流芯式喷嘴喷雾降尘数值模拟与现场应用

以燕子山矿8204工作面采用旋流芯式喷嘴喷雾除尘为对象,研究了压力水在喷嘴内部的流动状态和喷嘴喷雾扩散规律及工作面喷雾压力、流量对喷雾降尘效率的影响。旋流芯体是否开槽口会直接影响喷嘴的喷雾效果。旋流芯无槽口的喷嘴喷雾扩散角大、雾化效果好,但是喷雾射程短,对水质要求高。旋流芯开槽口的喷嘴喷雾射程大、抗污染性更强,但是喷雾扩散角较小。喷嘴的口径越大,喷雾扩散角越大,建立了喷雾喷嘴口径与喷嘴喷雾扩散角度的关系式。现场实践表明,使用设计后的喷嘴喷雾降尘平均降尘率达68.95%～75%,提高了降尘效率。     

喷雾降尘机理的研究

为了更好地利用喷雾技术高效沉降煤矿生产中作业场所的高浓度粉尘，对喷雾降尘机理进行了深入研究.以煤矿井下回风巷道中沉降浮尘为研究对象，分析影响粉尘沉降效率的因素，建立了相应的数学模型，应用MATLAB软件绘制出粉尘沉降效率曲线.由此得出，水雾粒径越小降尘效率越高，但不同粒径的粉尘颗粒对应一个较佳的水雾粒度；当采用压力型雾化喷嘴沉降浮尘时，降尘效率主要取决于供水压力，不同粒径的粉尘需要的水压力不同，依据实际粉尘颗粒的分散度和降尘要求参照曲线图来选择合适的供水压力，可以达到更好的效果和经济效益.     

旋涡离心混合式喷嘴雾化特性实验研究

为提高旋涡离心混合式喷嘴工况场所降尘效果,基于现有的喷雾降尘模拟实验系统,采用实验手段系统研究了该喷嘴雾化场中的雾滴粒径的空间分布以及雾化参数的各影响因素。研究表明:在喷嘴轴线方向,因距喷嘴距离的增加,雾滴粒径不断增大;在距喷嘴一定距离纵断面方向上,雾滴粒径由外向内逐渐减小,但减小幅度较缓慢;由于供水压力的增加,喷嘴流量逐渐加大,雾滴粒径不断减小。在相同的供水压力下,喷嘴流量因喷嘴直径的增加不断增大;喷雾场中的雾滴粒径随着喷嘴直径的增加也逐渐增大,且增幅较大。在相同供水量条件下,由于喷嘴直径的增加,喷雾压力逐渐减小,雾滴粒径逐渐增大。     

顺风流扰动下喷雾场粒度-速度分布规律实验

为研究在顺风流扰动下的喷雾场粒度-速度分布规律,建立了基于相位多普勒激光干涉仪的喷嘴高压雾化实验平台。根据井下喷雾除尘的实际情况,同时结合现有的实验条件,设计了实验测点以及实验风速,并选取了以孔径为2.0 mm含X型导流芯混合喷嘴为主要喷嘴进行实验。得到了在顺风条件下,整个雾场的雾滴速度整体增加,而雾滴粒径整体减小但分布更加均匀。通过数据的比较,得知在4 MPa喷雾压力下,雾场的宏观、微观特性已经足以满足井下降尘的需求。     

基于喷嘴雾化参数的采掘工作面喷雾压力优化实验研究

为了对矿井采掘工作面喷雾压力进行优选,选择了4类矿井常用雾化喷嘴,对4类喷嘴在不同喷雾压力时包括雾化角、有效射程以及耗水量在内的喷嘴宏观雾化参数和雾滴粒径大小进行了测定,得出了喷嘴喷雾压力与喷嘴宏观雾化特性、雾滴粒径大小之间的关系,并以此为依据得出了采煤机和综掘机内喷雾压力应为2MPa,外喷雾压力应为4MPa,综放工作面放煤、移架、转载点、回风巷和综掘工作面转载点喷雾压力应为8MPa。现场应用表明,对采掘工作面喷雾压力进行优化后,综放工作面和综掘工作面降尘效果显著。     

喷嘴喷雾压力与雾化粒度关系的实验研究

对喷嘴雾化粒度的指标和雾化粒度的测定方法进行了分析,利用Winner313激光粒度分析仪设计了喷嘴雾化实验系统,对煤矿采煤工作面常用的5种喷嘴进行了5个压力下的雾化粒度测定,得到了各类喷嘴在不同压力下的D50、D90、D[3,2]等数据,根据数据分析得出：要对呼吸性粉尘有较好的捕集作用,就必须实现高压喷雾;8 MPa作为支架和煤机喷雾压力时的雾化粒度对采煤工作面降尘效果最佳。通过在综放工作面的实际应用,降尘率平均在90%以上。     

广角内混式空气雾化喷嘴雾化特性研究

为分析广角内混式空气雾化喷嘴雾滴场的雾化特性,采用马尔文高速喷雾粒度分析系统对雾滴场雾化特性进行实验研究。实验结果表明:在宏观雾化特性方面,供水压力和供气压力的变化分别对喷嘴的雾化角和射程的占主导作用;在细观雾化特性方面,沿轴线方向随着距离增大雾滴粒径不断增大,沿径向方向随着距离喷嘴轴线增大雾滴粒径不断增大。实验及现场试验表明,当气液压比值为1.5左右,气压为0.6 MPa、水压为0.4 MPa时,喷嘴雾场内雾滴粒径更适宜捕捉粉尘,转载点现场应用后的全尘和呼尘的降尘率较原喷雾压力下分别提高了21.66%、20.05%。     

供气压力对煤矿井下气水喷雾降尘的影响

为了分析供气压力对煤矿井下气水喷雾降尘的影响,基于自行设计的气水喷雾降尘试验平台,采用多普勒相位干涉仪与粉尘浓度测定仪对不同供气压力下的气水喷雾雾化特性和降尘效率进行测定。结果表明：随着供气压力的增加,耗气量几乎呈线性增加,而耗水量几乎呈线性递减;雾滴粒径随着供气压力的增加而不断减小,但当供气压力达到某一值后,继续提高供气压力,雾滴粒径变化不明显;雾滴平均速度与数密度均随着供气压力的增加呈现先增加后减小的变化规律,而空间水含量则随着供气压力的增加持续下降;随着供气压力的增加,气水喷雾对全尘和呼吸性粉尘的降尘效率均先升高后降低;在采掘工作面进行气水喷雾降尘时,供气压力即不能过高也不能过低,为确保全尘和呼吸性粉尘的降尘效率,应选择与供水压力较为接近的供气压力。