基于速度粒度场的喷嘴雾化特性实验与应用研究

摘要

煤矿井下作业地点特别是综掘工作面粉尘浓度居高不下，给井下作业人员的身心健康及企业安全高效生产带来了巨大威胁，而喷雾降尘技术作为我国煤矿采用的首要防尘措施，以其操作简便、经济、降尘效果较好受到广泛应用。但是现有喷雾降尘技术依然存在雾化效果差、耗水量大、控尘效果有限等问题，为此本文采用理论分析、实验室研究与现场应用等多种手段相结合的方法，对基于速度粒度场的喷嘴雾化特性实验与应用进行了研究。
　　理论分析了射流雾化破碎机理、雾滴碰撞机理及喷雾尘雾耦合降尘机理，在此基础上，通过对喷雾降尘过程中雾滴降尘效率分析，给出了能够沉降微细粉尘的喷雾雾滴粒径及速度的最佳范围，其中粒径在60～200μm之间、速度在20～30m/s以上;采用目前较为先进的相位多普勒激光干涉仪(PDI)，设计构建了基于此的喷嘴雾化实验平台，并进行了喷嘴雾化特性实验，综合喷雾压力、风流扰动、孔径等多种因素，从喷嘴所成雾场的宏观特性和微观特性两个方面对喷嘴的雾化效果进行了分析，确定了不同条件下喷嘴所成雾场中雾滴粒径及速度分布规律，并对喷嘴及雾化参数进行了确定，综合考虑发现孔径2.0mm的含X形导流芯混合式喷嘴在所选喷嘴中雾化性能最好，并确定供水压力为4MPa;在喷嘴雾化特性实验的基础上，结合三交河煤矿2-5082综掘工作面实际情况，对工作面转载点及后方顺槽皮带处的水幕帘进行优化，同时运用喷雾负压二次降尘机理，重点设计了适用于综掘工作面的新型半环形喷雾负压二次降尘装置，根据实验结果及现场实际，确定孔径为1.6mm的侧向导流孔离心喷嘴作为转载点处喷嘴，2.0mm的含X形导流芯混合式喷嘴作为掘进机外喷雾及喷雾杆用喷嘴，经现场应用后，工作面全尘与呼尘平均降尘率分别达到了66.2％和65.4％，与工作面原有喷雾降尘措施相比提高了十几个百分点，工作面的环境有了较大改善。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的提出

1．2 国内外研究现状

1．3 课题研究的目的与意义

1．4 研究内容与方法

2 喷嘴高压水射流基础理论研究

2．1 喷嘴雾化破碎机理研究

2．2 射液液滴釉分析

2．3 喷嘴雾化雾滴尘粒耦合作用机理及效率分析

2．4 本章小结

3 基于多普勒干涉技术的雾化特性实验平台设计

3．1 多普勒激光干涉技术(PDI)综述

3．2 基于相位多瞢勒激光干涉仪的雾场测量系统的构建

3．3 本章小结

4 喷嘴高压雾化特性的实验研究

4．1 喷嘴雾化性能评价指标

4．2 实验用喷嘴的选定

4．3 喷嘴宏观特性实验研究

4．4 雾场徽观特性实验研究

4．5 本章小结

5 综掘工作面喷雾降尘装置优化设计与现场应用

5．1 三交河煤矿2-5082综掘工作面简介

5．2 综掘工作面喷雾降尘装置优化设计

5．3 现场应用及效果分析

5．4 本章小结

6 主要结论与展望

6．1 主要结论

6．2 创新点

6．3 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间主要成果