喷嘴内外流场雾化特性及尘雾耦合降尘试验研究

发布时间：2020-06-24 20:59

【摘要】：喷嘴是喷雾降尘系统中的关键元器件,其雾化能力直接影响到实际的降尘效果。本文以矿用旋芯式压力喷嘴为例,开展了喷嘴结构—雾化机理—雾场参数—降尘效果体系研究。在喷嘴内流场数值模拟上,利用Fluent软件模拟2 MPa压力下喷嘴内流场的产生和发展规律,总结影响喷雾内部流动特性的喷嘴结构参数。以出口截面的旋流和速度特征为切入点,研究结构参数对喷嘴内部流动特性、出口雾化角以及喷嘴内部阻力的影响。模拟结果表明,出口直径(D2)、旋芯角度(α2)、旋芯位置(l)和过水面积(A)是影响喷嘴雾化效果的主要结构因素。在喷嘴外雾场试验上,基于PDPA喷雾测试试验台设计了喷雾粒度—速度测定实验,获得喷嘴外雾场的微观粒度—速度联合分布特性,依照雾滴的动力学特征将喷嘴雾场划分为五个区域:混合区、扩张区、稳定区、衰减区和稀薄区。给出了每个区域的特点:混合区的小粒径雾滴易获得更大的轴向速度;扩张区的雾滴速度明显降低,大粒径雾滴不断分裂;稳定区的大粒径雾滴速度大,雾滴的破碎与碰撞共同作用使雾场的粒度与速度分布趋于一种相对稳定状态;衰减区的雾滴速度非常小,仍有部分大粒径雾滴在空气扰动下继续破碎。稀薄区是喷雾的最外围,与空气的速度差基本为0。压力增大,扩张区缩短的同时稳定区增加,入口/出口直径比增大,扩张区和稳定区提前。利用室内降尘试验初步探索了不同粒度煤尘沉降效率与雾场特性之间的关系,根据实验结果,进一步划分了雾场的降尘区间,即扩张区、稳定区和衰减区为喷雾的有效降尘区。稳定区为喷雾的最佳降尘区,呼吸性粉尘的最佳降尘区间在稳定区中后段。根据南屯煤矿93 下06综采工作面粉尘的主要来源及特性优化了采煤机外喷雾和架间喷雾用喷嘴,依据喷嘴雾场测试结果匹配喷嘴工作的压力参数,并结合现场应用检验改进后的喷雾降尘系统的降尘效果。现场实测表明,本文优化的喷雾降尘系统具有较好的除尘效果。
【学位授予单位】：山东科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD714.4
【图文】：

工作原理图

Ｖｅｌｏｃｉｍｅｔｒｙ，ＬＶ）。其工作原理为仪器发射一定频率的超声波，当有被测物体逡逑发生移动时，由于多普勒效应，反射波的频率会有所不同，将收集的波频经过转逡逑换计算后则可推断出被测物体的运动速度，如图１．１所示。ＬＤＶ是典型的点测量仪逡逑器。逡逑图１．１邋ＬＤＶ工作原理图逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋ＬＤＶ邋ｗｏｒｋｉｎｇ邋ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ邋ｄｉａｇｒａｍ逡逑ＰＤＰＡ基于激光干涉技术和Ｌｏｒｅｎｚ－Ｍｉｅ散射光学理论进行定量测量。ＰＤＰＡ包括逡逑入射光学单元、激光器、信号处理器、接收光学单元及数据处理系统等几部分［４１］。逡逑ＰＤＰＡ也是依靠运动物体照射光与散射光之间的频差来获取速度信息，利用相对位逡逑移来确定物体的粒径。起初被应用在喷雾测量，后来逐步被应用至喷射火焰及两逡逑相湍流研究中。虽然与ＬＤＶ相比，ＰＤＰＡ和ＬＤＶ均采用点测量，但ＰＤＰＡ可以利用逡逑测量获取的数据构建二维可视图像，进而直观显示被测颗粒的不同形态（主要是逡逑颗粒的直径）。逡逑随着图像处理技术与计算机技术的高速发展，粒子图像测速技术（ＰＩＶ）逐渐逡逑被应用于喷雾场的研宄中。与上述两种仪器不同，ＰＩＶ可以测量二维平面速度场，逡逑是典型的面测量仪器。其工作原理如图１．２所示，发射激光光束首先进入一组球面逡逑透镜表面

工作原理图

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