基于粒度速度浓度复合因素的气水喷嘴喷雾降尘实验研究

摘要

近年来，煤炭资源仍然是中国能源消费的主体。煤炭行业不仅为各个行业提供了快速高效发展的可能，也对中国社会发展与经济建设起到了支撑作用。长期以来，粉尘都是煤炭生产过程中难以避免的问题。煤炭生产过程中会产生大量的粉尘，严重危害着井下工作人员的人身安全与生产器械的使用寿命。进行基于激光多普勒干涉技术的复合因素尘雾耦合试验研究，对治理综合机械化采掘工作面粉尘危害，保护井下作业人员的身体健康具有至关重要的作用。因此，本文采用理论分析与实验研究相结合的方法，对气水喷嘴雾场的粒度速度浓度与降尘效率之间的关系做出了研究。
　　理论研究和分析了喷嘴的射流雾化机理、设计并搭建了相位多普勒干涉仪雾化特性实验平台，确立了研究的喷嘴雾化效果指标，设计并进行了激光多普勒雾化特性实验，通过宏观特性实验得出了雾场的有效射程、最大射程雾化角与水压、气压之间的关系；通过微观特性实验得出雾滴粒径沿雾场的轴线方向，随着测点与喷嘴间距离的增大，在径向上，液滴粒径在不同截面的径向上随测点与喷嘴间距离的增大而不断减小，随着水压与气压的不断增大，雾滴粒径会不断减小；相同条件下雾滴的轴向速度远大于径向速度，雾滴的轴向速度占主导地位。在水压不变时，雾滴的速度整体随着气压的增加呈现先增加后减小的变化规律；在轴线方向上，距离喷嘴越远，雾场的液滴密度越小，计数密度越大，在径向方向上，距离轴线越远，液滴浓度越小，计数密度越大；设计并进行了激光多普勒尘雾耦合仿真实验，通过分析与研究雾场的粒度速度浓度场与各个条件下的降尘率，得出了降尘效率较好的测点为喷嘴前1.5m处的测点，距离轴线较远的测点降尘效率略微高于距离轴线近的测点以及轴线上的测点。当水压不变时，气压越大，全尘与呼尘的降尘率越高；当气压不变时，水压越大，全尘与呼尘的降尘效率越高。对于气水雾化喷嘴而言，降尘效率最佳水气压组合为水压0.6MPa，气压0.5MPa，最佳降尘点为(3,0.6)与(3,-0.6)，最佳降尘区间为2800mm~3200mm，最佳降尘雾场的粒径范围为45~48μm，最佳降尘雾场的速度范围为14.5m/s~15m/s，最佳降尘雾场的雾滴浓度范围为2200g/m3~2400g/m3，最佳降尘雾场的计数密度范围为60000/cm3~62000/cm3；雾场与粉尘场发生耦合后，雾滴粒径增大，速度减小，浓度增大。

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摘 要

ABSTRACT

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Contents

1 绪 论

1.1 课题的提出

1.2 国内外研究现状

1.3 研究目的和意义

1.4 课题的研究内容

1.5 课题的研究方法和技术路线

2 射流雾化及降尘理论研究

2.1 气水喷嘴射流雾化机理

2.2 雾滴捕尘机理研究

2.3 本章小结

3 相位多普勒干涉仪雾化特性实验平台建设

3.1 多普勒激光干涉技术简介

3.2 实验平台介绍

3.3 本章小结

4 激光多普勒雾化特性实验

4.1 喷嘴雾化效果主要指标

4.2 喷嘴及测点选定

4.3 喷嘴雾化宏观特性及研究

4.4 喷嘴雾化微观特性及研究

4.5 本章小结

5 激光多普勒尘雾耦合仿真实验

5.1 实验设计

5.2 实验方案

5.3 实验分析

5.4 本章小结

6 结论及展望

6.1 结论

6.2 展望

致 谢

参 考 文 献

攻读硕士期间主要成果