随着矿山机械化程度的不断提高,粉尘的粒径也在不断降低。在粉尘所带来的危害中最受所有关注的:一是对矿山职工的健康带来严重危害,尘肺病已经是我国危害最严重的职业病;二是空气中煤尘积累到一定程度便很容易发生爆炸。由于矿山井下一般都含有丰富的水源,并且湿式除尘器对于去除粒径小于5μm的粉尘颗粒有很好的效果,所以湿式除尘器在矿山井下应用比较普遍。湿式除尘器是一种高效的除尘设备,虽说其结构相比较于别的除尘设备比较简单,但是其内部流场结构还是很复杂。而现在新型湿式除尘器的开发大多都是基于研究者的设计经验以及一些理论开发出来的,这样设计出来的产品很多会出现除尘器内部流场分布不均匀不均衡以及二次流、旋涡等现象。本文就采用Fluent数值模拟软件对由北京某科学研究总院和北京某机械制造有限公司共同研制的专利产品:除尘洗气机内流场进行研究,提供洗气机内部气流运动的全部信息,进而对影响洗气机运行性能的因素进行全面系统的研究。由于叶轮装置是洗气机中最重要的部分,而洗气机是在含尘空气的环境下工作的,装置的磨损是不可避免的。在分析完洗气机的内流场的基础上,对洗气机的磨损进行研究分析,找出其最易磨损的位置,为其抗磨损的研究提供依据。在通过对除尘洗气机的结构组成和工作原理进行分析研究后,发现洗气机最核心的部件就是叶轮装置,在叶轮区域完成了通风及净化空气的过程,它的内流场的分布情况则直接影响洗气机整体的除尘效率。对于流场的分析研究基于由简单到复杂的方法,利用Fluent软件先后对气相流、气-固两相流及气-液-固三相流这样的顺序进行分析研究,全面分析研究了洗气机内流场,着重分析叶轮区域,结果表明洗气机内流场分布比较复杂尤其是叶轮区域,在叶轮进口处存在二次流及回流现象,在出口处与箱体之间存在比较严重的涡流及回流区域,然后通过比较加入喷淋后与未喷淋前的粉尘颗粒的运动轨迹图。最后通过在排风口统计不同粒径的粉尘颗粒在喷淋后的逃逸个数来计算出净化效率,比较这些数据可以明显看到其除尘效果不错。然后选取Fluent中适当的磨损模型对洗气机的磨损进行研究,尤其是叶轮区域。在分析完不同粒径的粉尘颗粒在叶片流道的运动轨迹后,选取5μm、10μm以及15μm三种有代表性粒径的粉尘颗粒来研究其对洗气机冲蚀磨损进行研究,然后在根据洗气机的实际运行情况选取粒径为100μm的水雾液滴研究磨损情况。根据模拟结果对提高洗气机的抗磨损提供依据,并对易磨损区域提供适当地抗磨损措施。在前面对湿式除尘机理进行分析后知道与除尘效果有直接关系是喷嘴喷雾,喷雾速度、喷嘴发射角度、喷雾方式以及喷嘴所处的位置。根据除尘系统的进风处到洗气机叶轮进口截面之间建立三维几何模型。对于喷雾速度以及喷射角度利用数学方法对喷嘴喷出的水雾液滴运行轨迹进行数学推导后,再综合考虑箱体壁面的限制的影响,得到模拟数据。首先比较未喷淋及顺向喷淋及逆向喷淋出口截面的速度变化情况并结合具体的理论分析后,得到将原有喷淋装置提高一定距离并采用逆向喷淋效果较好。又由于考虑到喷嘴喷出的水雾液柱的最佳除尘区域,对在不同位置的逆向喷淋后出口截面的速度变化进行对比分析后选取最佳位置。本文通过利用Fluent软件,并与理论创新性的结合研究分析后发现,除尘洗气机体积小、结构简单、除尘效率高,不存在堵塞现象等优点。对于洗气机的推广应用以及优化设计并提高其抗磨损措施延长其使用寿命的研究提出了指导方向,对于其内流场及多相流理论的完善起到积极意义。而洗气机其独特的叶轮结构不仅效率高、节省空间,其相比通风机的叶轮磨损完全避免了叶片吸力面前缘的磨损,这对叶轮机械的研究发展提供一定的依据。
【学位单位】：南京师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TD714.4
【参考文献】
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