基于拉瓦尔效应的气水两相喷雾数值模拟研究
发布时间：2021-08-12 16:04
煤炭是我国重要的基础能源和原料,随着我国煤矿机械化自动化水平的提升,煤矿安全生产形势持续稳定好转,与之相反,近年煤矿新发尘肺病人数则呈逐年升高态势。煤矿井下粉尘浓度超标严重,严重危害作业人员的身体健康。喷雾降尘是煤矿井下主要的防尘技术措施。本文在分析喷嘴雾化原理及主要性能指标的基础上,采用基于Fluent数值模拟软件,分析了传统压力型喷嘴的雾化和不同结构、不同工况参数的拉瓦尔效应气水两相喷嘴雾化效果,并在现场进行了雾化除尘对比试验。（1）拉瓦尔效应喷嘴雾化原理是通过拉瓦尔效应作用提高喷嘴气流速度,从而增大气液两相速度差,破碎的雾滴会在气体动力的强烈作用下进一步雾化,形成细水雾。压力旋流喷嘴雾化原理是液体经过旋芯被加速,在离心力作用下飞向固壁,形成一个旋转空腔,液体以相对于周围气体较高的速度喷射而出,并通过气液之间强烈的剪切作用实现液体的雾化。（2）与弧形结构拉瓦尔喷嘴相比,锥形结构由于激波对气流的阻碍作用,导致气流速度较低。分别确定了拉瓦尔喷嘴的收缩段长度、扩张段长度、喉管直径、半锥角等结构参数,数值模拟表明,拉瓦尔效应喷嘴雾粒速度远大于传统的压力旋流喷嘴。（3）液体压力、气液压力比、...
【文章来源】：华北科技学院河北省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
‐1近年我国煤炭产量变化
笛?宦畚?数远大于煤矿生产安全事故，煤矿粉尘对作业人员的职业健康影响已超过安全生产事故。由于煤矿职业健康检查覆盖率低和用工制度不完善等原因，实际煤矿尘肺病发病人数远高于报告病例数[3]。中国特色社会主义进入新时代，党的十九大作出"实施健康中国战略"的重大决策，将维护人民健康提升到国家战略的高度。陆续出台了《“健康中国”2030规划》《关于实施健康中国行动的意见》《关于加强职业病防治技术支撑体系建设的指导意见》等政策、制度等，职业病防治，尤其是尘肺病防治是健康中国战略实施的重要组成部分。焀图1‐2近年煤矿事故死亡人数和百万吨死亡率变化Figure1‐2ChangesinthenumberofdeathsanddeathsofmillionsoftonsincoalminesinrecentyearsinChina综上可知，随着煤矿机械化自动化水平的提升、生产规模的扩大，煤矿的粉尘安全隐患和粉尘引起的尘肺病问题日益严重，据调查统计和现场检测，部分煤矿作业场所粉尘浓度超标十几倍乃至几十倍，有的甚至超过国家标准几百倍。在实施“健康中国”战略背景条件下，研究和解决煤矿井下粉尘防治问题，有效遏制煤矿尘肺病和粉尘灾害事故[4]，是我国能源安全发展和社会稳定的客观要求，也是我国煤矿安全科技工作者的重大使命。1.2选题意义及课题来源（Significanceandsourceoftopics）煤炭是我国的主体能源，煤矿安全生产关系煤炭工业持续发展和国家能源安全，关系矿工生命安全与身心健康。在党中央的高度重视和各方面共同努力下，全国煤矿安全生产形势持续稳定好转。职业安全与职业健康同等重要，在煤矿安全生产形势持续好转的同时，煤矿职业病防治问题仍然十分突出，尤其是尘肺病的防治没有实现同步好转，尘肺病危害生命猛于事故。尘肺病已成为严重危害我国矿工身体健康的第一杀手，更?
3传统压力型喷嘴雾化数值模拟及分析2雾化原理及主要性能指标2Atomizationprincipleandmaininfluencingfactors2.1雾化原理（Atomizationprinciple）雾化研究有两个重要的方法和途径，第一个是实验研究，其次就是作为理论进一步推导。实验研究作为实践性的操作，最主要的就是利用各种工具对雾滴的特性进行测试，然后测试数据，进一步的收集数据，最后做出归纳总结；然而理论推导，其首先就是作出假设，建立数学、物理模型，最后通过求解数学或者物理模型归纳雾化原理。代表性雾化原理主要有湍流扰动说、空穴扰动说、压力震荡说、边界条件突变说、空气动力扰动说等。水平状态下水滴破裂原理如图2‐1所示。当水滴的流体从纯的液态变成气－液混合的状态，液滴会瞬间碎掉、并会扩散，出现这种情况，与水滴自身的黏着力、表面张力有关，由于实验不太可能在真空状态下进行测试（真空环境下液态水瞬间会被气化），最大的障碍是空气阻力。事实上，对水滴进行横向风流的实验测试时，发现水滴破碎的坐标向下移动，也即往上碎裂，空气动力对射流的破坏有明显的作用。水滴流体的碎裂主要与空气动力学、水滴的粘力、表面张力有关。空气中的动力学促使波动的提高，而且会加大液滴流和水滴的不确定性。然而，相异的是，液体扰动的增长受其粘性力的掣肘，但是，液滴的表面张力最主要的目的就是使得液滴一点一点聚在一起，使得其不能流动。图2‐1水平状态下水滴破裂机理Figure2‐1Principleofliquidcrushinginhorizontalairflow7
【参考文献】：
期刊论文
[1]煤矿粉尘防控与职业安全健康科学构想[J]. 袁亮. 煤炭学报. 2020(01)
[2]中国煤矿粉尘危害防治技术现状及发展方向[J]. 李德文,隋金君,刘国庆,赵政. 矿业安全与环保. 2019(06)
[3]注水煤体有效渗流通道结构分形特征核磁共振试验研究[J]. 杨赫,程卫民,刘震,王文玉,赵大伟,王文迪. 岩土力学. 2020(04)
[4]电化学强化无烟煤吸水性的实验研究[J]. 侯鸣晓,张晓雨,康天合,康健婷,汪李龙,郭俊庆,李立功. 煤炭学报. 2020(08)
[5]综掘工作面干式过滤除尘技术实验研究及实践[J]. 周福宝,李建龙,李世航,王飞. 煤炭学报. 2017(03)
[6]燃油直接喷射入横向气流中雾化机理数值研究[J]. 王亚军,颜应文,党龙飞,李井华. 航空动力学报. 2016(10)
[7]外加磁场与表面活性剂对水表面张力影响程度对比[J]. 聂百胜,郭建华,袁少飞,王春亮,赵璧. 煤炭科学技术. 2015(04)
[8]掘进机外喷雾负压二次降尘装置的研制与应用[J]. 聂文,程卫民,周刚,薛娇,崔向飞. 煤炭学报. 2014(12)
[9]不同参数对综放工作面尘流运动规律的影响[J]. 姚锡文,鹿广利,许开立,闫放. 东北大学学报(自然科学版). 2014(11)
[10]采煤机内外喷雾系统的优化研究[J]. 左桂兰,程越,章伊华. 煤炭技术. 2014(11)
硕士论文
[1]四种雾化介质对气雾化流场影响的模拟及实验研究[D]. 付军华.北京有色金属研究总院 2014
本文编号：3338629
【文章来源】：华北科技学院河北省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
‐1近年我国煤炭产量变化
笛?宦畚?数远大于煤矿生产安全事故，煤矿粉尘对作业人员的职业健康影响已超过安全生产事故。由于煤矿职业健康检查覆盖率低和用工制度不完善等原因，实际煤矿尘肺病发病人数远高于报告病例数[3]。中国特色社会主义进入新时代，党的十九大作出"实施健康中国战略"的重大决策，将维护人民健康提升到国家战略的高度。陆续出台了《“健康中国”2030规划》《关于实施健康中国行动的意见》《关于加强职业病防治技术支撑体系建设的指导意见》等政策、制度等，职业病防治，尤其是尘肺病防治是健康中国战略实施的重要组成部分。焀图1‐2近年煤矿事故死亡人数和百万吨死亡率变化Figure1‐2ChangesinthenumberofdeathsanddeathsofmillionsoftonsincoalminesinrecentyearsinChina综上可知，随着煤矿机械化自动化水平的提升、生产规模的扩大，煤矿的粉尘安全隐患和粉尘引起的尘肺病问题日益严重，据调查统计和现场检测，部分煤矿作业场所粉尘浓度超标十几倍乃至几十倍，有的甚至超过国家标准几百倍。在实施“健康中国”战略背景条件下，研究和解决煤矿井下粉尘防治问题，有效遏制煤矿尘肺病和粉尘灾害事故[4]，是我国能源安全发展和社会稳定的客观要求，也是我国煤矿安全科技工作者的重大使命。1.2选题意义及课题来源（Significanceandsourceoftopics）煤炭是我国的主体能源，煤矿安全生产关系煤炭工业持续发展和国家能源安全，关系矿工生命安全与身心健康。在党中央的高度重视和各方面共同努力下，全国煤矿安全生产形势持续稳定好转。职业安全与职业健康同等重要，在煤矿安全生产形势持续好转的同时，煤矿职业病防治问题仍然十分突出，尤其是尘肺病的防治没有实现同步好转，尘肺病危害生命猛于事故。尘肺病已成为严重危害我国矿工身体健康的第一杀手，更?
3传统压力型喷嘴雾化数值模拟及分析2雾化原理及主要性能指标2Atomizationprincipleandmaininfluencingfactors2.1雾化原理（Atomizationprinciple）雾化研究有两个重要的方法和途径，第一个是实验研究，其次就是作为理论进一步推导。实验研究作为实践性的操作，最主要的就是利用各种工具对雾滴的特性进行测试，然后测试数据，进一步的收集数据，最后做出归纳总结；然而理论推导，其首先就是作出假设，建立数学、物理模型，最后通过求解数学或者物理模型归纳雾化原理。代表性雾化原理主要有湍流扰动说、空穴扰动说、压力震荡说、边界条件突变说、空气动力扰动说等。水平状态下水滴破裂原理如图2‐1所示。当水滴的流体从纯的液态变成气－液混合的状态，液滴会瞬间碎掉、并会扩散，出现这种情况，与水滴自身的黏着力、表面张力有关，由于实验不太可能在真空状态下进行测试（真空环境下液态水瞬间会被气化），最大的障碍是空气阻力。事实上，对水滴进行横向风流的实验测试时，发现水滴破碎的坐标向下移动，也即往上碎裂，空气动力对射流的破坏有明显的作用。水滴流体的碎裂主要与空气动力学、水滴的粘力、表面张力有关。空气中的动力学促使波动的提高，而且会加大液滴流和水滴的不确定性。然而，相异的是，液体扰动的增长受其粘性力的掣肘，但是，液滴的表面张力最主要的目的就是使得液滴一点一点聚在一起，使得其不能流动。图2‐1水平状态下水滴破裂机理Figure2‐1Principleofliquidcrushinginhorizontalairflow7
【参考文献】：
期刊论文
[1]煤矿粉尘防控与职业安全健康科学构想[J]. 袁亮. 煤炭学报. 2020(01)
[2]中国煤矿粉尘危害防治技术现状及发展方向[J]. 李德文,隋金君,刘国庆,赵政. 矿业安全与环保. 2019(06)
[3]注水煤体有效渗流通道结构分形特征核磁共振试验研究[J]. 杨赫,程卫民,刘震,王文玉,赵大伟,王文迪. 岩土力学. 2020(04)
[4]电化学强化无烟煤吸水性的实验研究[J]. 侯鸣晓,张晓雨,康天合,康健婷,汪李龙,郭俊庆,李立功. 煤炭学报. 2020(08)
[5]综掘工作面干式过滤除尘技术实验研究及实践[J]. 周福宝,李建龙,李世航,王飞. 煤炭学报. 2017(03)
[6]燃油直接喷射入横向气流中雾化机理数值研究[J]. 王亚军,颜应文,党龙飞,李井华. 航空动力学报. 2016(10)
[7]外加磁场与表面活性剂对水表面张力影响程度对比[J]. 聂百胜,郭建华,袁少飞,王春亮,赵璧. 煤炭科学技术. 2015(04)
[8]掘进机外喷雾负压二次降尘装置的研制与应用[J]. 聂文,程卫民,周刚,薛娇,崔向飞. 煤炭学报. 2014(12)
[9]不同参数对综放工作面尘流运动规律的影响[J]. 姚锡文,鹿广利,许开立,闫放. 东北大学学报(自然科学版). 2014(11)
[10]采煤机内外喷雾系统的优化研究[J]. 左桂兰,程越,章伊华. 煤炭技术. 2014(11)
硕士论文
[1]四种雾化介质对气雾化流场影响的模拟及实验研究[D]. 付军华.北京有色金属研究总院 2014
本文编号：3338629
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