掘进工作面环流气水雾化除尘装置的研究

发布时间：2017-09-24 21:35

  本文关键词：掘进工作面环流气水雾化除尘装置的研究

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【摘要】：掘进工作面高浓度粉尘的存在，使工作环境污染严重，对工人的健康和矿井的安全生产造成了重大威胁。目前掘进工作面主要采用湿式打眼、掘进机内外喷雾等湿式降尘方式，已取得了较好的效果。但应用中还存在一些不足：喷嘴易堵塞、雾化程度低；喷雾系统需配备加压设备对水源加压，，设备整体结构复杂；喷雾系统耗水量大，易产生积水现象，加速了机械设备的锈蚀速度。因此开发一种结构简单、无需加压设备、耗水量低的喷雾降尘装置就显得尤为重要。 本文利用数值模拟的方法对掘进工作面压入式通风条件下的粉尘分布情况进行了仿真研究，得到掘进机影响下的粉尘分布规律：粉尘质量浓度在掘进机前端较高，掘进机后端粉尘质量浓度缓慢下降并趋于稳定；在掘进机两侧的压回风侧巷道内，回风侧的粉尘质量浓度要高于压风侧的粉尘质量浓度。 本文依据数值模拟得到的掘进工作面粉尘分布规律及现有的除尘措施，并结合气水雾化的优点，提出了一种环流气水雾化除尘装置，该装置具有两种工作方式：其一是利用压缩空气直接冲击从锥形环缝喷射出的液体来形成雾滴，简称气流冲击雾化工作方式；其二是利用压缩空气通过锥形环缝喷射时产生的负压将喷水嘴出口的液滴引入到高速气流中进而破碎，简称负压引入破碎液滴雾化工作方式。该装置无需水增压设备，仅依靠掘进工作面的通风管路和巷道用静压水为该装置提供气动力和水源，其具有结构简单、耗水量低、喷雾降尘效果好等优点。 利用Fluent软件对装置在气流冲击雾化工作方式下的气相、液相的流动过程进行了数值模拟，分析了不同入口速度对气相、液相流动规律的影响，结果表明在气相流场中，越靠近装置中心线处，气流速度值越高；而在液相流场中，根据其流动特性可将流场分为回流区、涡流区、分离区和混合区。研究了装置中环缝角度和气管距离对液相流动规律的影响，得到装置最佳雾化效果下的参数最优范围：即环缝角度应在40°~50°之间、气管距离应在2~6mm之间。同时研究了装置在负压引入破碎液滴雾化工作方式下的气相流动规律，分析了气体压强对气相流动规律的影响；并对此方式下的雾化过程进行了数值仿真研究。 在数值分析基础之上，从耗气量、耗水量、锥形环缝易堵性等因素对装置的两种雾化方式进行了理论比较，认为该装置在掘进工作面使用时应优先选用负压引入破碎液滴的雾化工作方式。 试验验证了装置在负压引入破碎液滴雾化工作方式下的喷雾特性及降尘特性。分析了不同气体压强对装置在该工作方式下雾滴粒度的影响，得到雾滴粒径随气体压强的增加而减小的结论。降尘试验表明了该装置能够达到掘进工作面的除尘要求，具有广阔的应用前景。
【关键词】：掘进工作面 喷雾降尘 粉尘分布 气水雾化 数值仿真
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD714.4
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 粉尘的危害及湿式除尘现状10-13
• 1.1.1 粉尘的危害10
• 1.1.2 湿式除尘现状10-13
• 1.2 气水雾化国内外研究现状13-18
• 1.2.1 气水雾化概述13-14
• 1.2.2 国内研究现状14-16
• 1.2.3 国外研究现状16-18
• 1.3 本课题研究的意义和内容18-19
• 1.3.1 本课题研究的意义18-19
• 1.3.2 本课题研究的内容19
• 1.4 本章小结19-20
• 第二章 掘进工作面粉尘分布规律的数值仿真研究20-40
• 2.1 掘进工作面粉尘的来源及降尘方式20-22
• 2.1.1 掘进工作面粉尘的来源20-21
• 2.1.2 掘进工作面粉尘的降尘方式21-22
• 2.2 数学模型的建立22-24
• 2.3 物理模型及边界条件设定24-26
• 2.4 压入式通风流场分布特征26-32
• 2.5 掘进工作面粉尘分布规律32-35
• 2.6 环流气水雾化装置降尘方案35-38
• 2.7 本章小结38-40
• 第三章 环流气水雾化装置的数值仿真研究40-68
• 3.1 环流气水雾化装置的结构40-41
• 3.2 气水雾化机理及数学模型41-47
• 3.2.1 气水雾化机理41-43
• 3.2.2 气水雾化中液滴二次破碎的数学模型43-47
• 3.3 装置在气流冲击雾化工作方式下的数值模拟47-59
• 3.3.1 模型建立与网格划分47-48
• 3.3.2 求解模型的选择及参数设置48-49
• 3.3.3 装置内介质流动的数值模拟49-53
• 3.3.4 结构参数对液相流场分布规律的影响53-59
• 3.4 装置在负压引入破碎液滴雾化工作方式下的数值模拟59-65
• 3.4.1 气相流动的数值模拟59-62
• 3.4.2 装置雾化的数值模拟62-65
• 3.5 两种雾化方式的比较65-66
• 3.6 本章小结66-68
• 第四章 环流气水雾化除尘装置的试验研究68-74
• 4.1 试验系统68-70
• 4.2 负压引入破碎液滴雾化工作方式下气体压强对雾滴粒度的影响70-71
• 4.3 装置在负压引入破碎液滴雾化工作方式下的降尘试验71-72
• 4.4 本章小结72-74
• 第五章 结论与展望74-76
• 5.1 主要结论74-75
• 5.2 工作展望75-76
• 参考文献76-80
• 致谢80-82
• 攻读学位期间发表的学术论文82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：913598