基于电荷感应原理的粉尘质量浓度测量装置优化

对于应用电荷感应法测量低浓度粉尘不够精确的问题,依据文丘里效应,提出减小现有测量管道的中间部分管径,使之依次形成收缩段、喉道段、扩散段3部分,来提高粉尘颗粒的运动速度,进而增大静电传感器的感应电荷量。利用Fluent软件对改进的测量管道进行气固两相流仿真,获得管道内粉尘颗粒速度分布云图及喉道段内速度值。对应环形静电传感器的数学模型,分别计算了不同管径比下的感应电荷量。结果表明:改进管道的管径比为0.69时,静电传感器上的感应电荷量最大。通过测量装置的优化,可将测量精度提高3%,有效提高了低浓度粉尘的测量精度。     

基于静电感应的小粒径粉尘浓度测量装置优化研究

为了解决现有煤矿粉尘浓度测量装置对小粒径粉尘浓度检测不准确的问题,基于文丘里效应与卡门涡街效应对现有测量装置的管道进行优化设计,提出了在文丘里管道的喉道段加入具有水平距离差的前气鞘与后气鞘。利用Gambit2.4软件建立改进装置的结构模型,通过Fluent6.3软件进行模型的仿真。获得粒子不同粒径下的相应速度云图,进而读取了速度值,通过MATLAB软件计算相关静电感应量。仿真结果表明:对比项目组研究的文式管,改进装置的总体静电感应量提高了12%;当粉尘粒径低于10μm时,在2种测量装置的感应电荷量对比中,小粒径粉尘所带的静电感应量最为明显,提高18%。对于设计小粒径粉尘浓度测量装置具有参考意义。     

卡门涡街与伯努力效应组合式粉尘测量管道结构优化研究

针对低粉尘浓度环境下电荷感应法粉尘浓度测量精度 过低的问题,基于伯努利效应和卡门涡街效应提出了一种组 合型测量管道结构,在伯努利管道的效应段加入涡街体,叠 加两种流体效应,增大流速以提高粉尘颗粒在环形静电感应 装置处的感应电量,从而提高静电感应装置的测量精度。利 用 Fluent 进 行 气 固 两 相 流 模 拟 仿 真 与 计 算,并 采 用 MATLAB计算不同粒径的粉尘颗粒通过环形静电感应装 置处所携带电荷量。结果表明:卡门涡街与伯努利效应组合 式结构的粉尘颗粒平均感应电荷量提高了26.10%,并在小 粒径下感应电量结果更为明显,在粒径7.07μm 以下的颗粒 感应电量提高了约32.36%,改善了静电感应法在小粒径粉 尘中测量精度不足的问题。     

基于响应曲面法煤矿粉尘浓度测量装置优化研究

为提高基于静电感应原理测量粉尘浓度的感应电荷量,在入口直径一定的条件下,以收缩段长度、喉道段长度、喉道段直径和扩散段长度为设计变量,以感应电荷量为响应变量,研究使感应电荷量最大值时的测量装置结构,利用流体力学软件Fluent6.3对不同结构尺寸的测量装置内部流场进行数值模拟,并基于响应曲面法、利用统计软件Design-Expert,得到了测量装置的喉道段直径和喉道段长度对感应电荷量有显著影响,并得出使感应电荷量最大值的测量装置的结构尺寸;分析了不同粒径的粉尘对改进前测量装置感应电荷量的影响:粒径小时感应电荷量小;分析了不同粒径的粉尘对改进后测量装置的影响:粒径不同,得出的最优的测量装置结构尺寸也不同;通过对比分析,不同粒径的粉尘,改进后的测量装置感应电荷量均提高15%以上,并且在粒径小时改进效果更明显。     

基于涡街效应的静电感应式煤尘多参数测量

针对现有静电感应式煤尘测量装置在低浓度、粒子运 动速度较低情况下测量不精确且功能单一的问题,依据卡门 涡街的原理,提出在测量管道中安装带狭缝圆柱发生体,从 而提高煤尘粒子的运动速度,增大静电传感器的感应电荷 量,提高煤尘浓度测量精度;同时,对测量管道内由于颗粒速 度的周期性变化所感应出的静电信号周期性变化,进行快速 傅里叶变换(FFT),求解颗粒的速度流量信息,实现对煤尘 的多参数测量.仿真试验结果表明:依据感应电荷的周期性 变化可以获得煤尘的流速(流量)和浓度参数.此装置结构 简单,既可提高煤尘浓度测量精度,又能满足煤尘速度、流量 测量的要求.     

电荷感应法粉尘浓度检测技术

为了避免目前粉尘浓度传感器管路易堵塞、维护较频繁的问题,根据煤矿粉尘的电荷性提出电荷感应法粉尘浓度检测技术。建立了棒状电极与粉尘颗粒间的电荷感应数学模型,推导了棒状电极电荷感应空间灵敏度,并分析了其感应空间灵敏度的分布特性;通过对单一粉尘颗粒和粉尘云感应信号的研究,证明了动态的带电颗粒可感应出交变信号,带电颗粒距电极越近感应信号的波动性越大,且电极周围的粉尘浓度与感应所得信号的波动性呈正相关关系。通过实验分析波动信号各个特征值与粉尘浓度间的关系,确定了波动信号的标准偏差与粉尘浓度整体具有较好的线性度。最后通过实验证明电荷感应法粉尘浓度检测技术具有较好的重复性,且检测误差低于10%。     

基于测量窗口气鞘多相流分析的粉尘质量浓度测量装置优化

针对煤矿粉尘质量浓度传感器测量窗口易受粉尘污染的问题,借鉴空气幕的隔尘机理,提出在光学测量窗口处增加气鞘的结构来提高粉尘质量浓度测量装置的精度。利用Fluent软件对粉尘采集通道和测量口处进行气固两相流仿真,获得管壁和测量口处粉尘质量浓度的速度云图、压力云图和粒子运动轨迹图,据此优化传感器结构。仿真及实验表明,改进后的测量口处5μm以下粒径的气流速度提高到1.8 m/s以上,使气流高速通过测量通道,有效降低了5μm以下粒径的粉尘沉积,保证了测量的准确性和时效性。     

空气放大器式静电感应煤尘测量研究

为了解决现有的静电感应式煤尘测量装置在煤尘质量浓度较低、速度较小时测量不精确的问题,依据空气放大器的原理,对测量管道进行优化改进,使用压缩空气作为动力源来提高煤尘的运动速度,从而增大感应电极的电荷量信号,提高煤尘质量浓度测量精度。利用Fluent软件建立试验模型,通过对优化的测量管道进行气固两相流仿真,得到管道内煤尘粒子的速度云图,并利用Matlab对装置的感应电流值进行计算。仿真试验结果表明:在空气放大器的作用下,煤尘的速度远远高于原有抽尘风机所提供的风速,其感应电流值计算可以提高757.24%,有效地提高了煤尘质量浓度测量精度。     

电荷感应式粉尘浓度检测技术

针对目前常见的光学式粉尘浓度传感器中存在维护频繁、结构复杂等缺点,基于粉尘的静电特性,研发了一种电荷感应法粉尘浓度传感器。阐述了电荷电感应法的基本原理,并借助实验对其基本原理进行了验证,且通过实验证明了粉尘浓度与感应所得信号的波动性呈正相关关系;简述了感应式粉尘浓度传感器的软硬件设计。通过实验室实验和煤矿井下现场工业试验,证明了电荷感应式粉尘浓度传感器具有较高的检测精度,实验室检测误差低于10%,并且使用中传感器基本免维护。     

电荷法测量粉尘密度的试验研究

为了研制新型电荷法测量粉尘密度的传感器,基于静电测试原理,采用自行建立的试验系统研究了棒状、内环状和外环状3种探头在不同粉尘密度下产生电荷的关系,找出了适合煤矿使用的电荷探头,并考察了该探头在不同风速和粉尘粒径条件下对其产生电荷的影响,结果表明:3种探头均是随着粉尘密度的升高,产生的电荷增大,并呈线性关系;棒状探头比内环状、外环状探头灵敏度高,更适合煤矿粉尘密度测量;同时,通过对棒状探头在不同风速和粉尘粒径条件下测试,得出:风速不同,粉尘密度与其产生电荷的线性关系不同,5~7 m/s范围内,风速越高,线性相关性越好,越有助于粉尘密度的准确测量;粉尘粒径变化对棒状探头测量粉尘密度影响不大.     

基于光信号统计分析的粉尘浓度检测方法

为了提高基于光散射法的粉尘浓度传感器测量精度,对传感器光散射系统进行了建模与分析,推导出对于同一粉尘颗粒,其散射光电脉冲信号分布满足对数正态分布的一般性统计规律,并推论对于同一空气动力学粒径的粉尘颗粒物群,其质量浓度测量结果会在粒径域内展宽为满足对数正态分布的多粒径分布函数。实验结果表明,该推论与实际测量结果吻合。     

矿用旋流器流场仿真模拟及降尘效果分析

为了解用于煤矿用设备干式除尘系统的旋流器内部粉尘颗粒运动规律,基于流体动力学方法对旋流器内部气固两相流场进行数值模拟,分别研究粒径10、100和1000μm粉尘颗粒在旋流器内部运动轨迹。分析结果表明：气动质量颗粒在旋流器内部沿螺旋路径运动,颗粒直径越大被收集率越高;粒径100μm以上的粉尘大多被收集,粒径约10μm的颗粒由排气管道排出。     

文丘里喷雾在古城煤矿的试验与应用

针对综采放顶煤工作面回采过程中作业地点产生大量粉尘的问题,经过理论分析与实验研究,提出了适合于综放工作面条件的文丘里喷雾设计,并对文丘里喷雾进行了试验。试验表明,文丘里喷雾能有效减少采煤机司机位、支架移架位和放煤位的煤尘量,降尘效率提高20%左右。     

某铅锌矿巷道型采场粉尘扩散特性研究

为了掌握局部通风的长抽长压式巷道型采场在凿岩作业时粉尘颗粒扩散特性研究,获取合理的通风除尘参数,以某铅锌矿巷道型采场为研究背景,依据相似理论基本原理,建立巷道型采场相似实验模型。对采场模型及现场进行风流特性试验,研究了不同工况点下采场风流变化特性;不同风速下采场模型粉尘浓度及分散度试验;分析不同工况点对粉尘浓度及分散度影响程度。结果表明：采场流场在不同风速下,当粉尘颗粒从模型工作面位置进入采场模型后,发现粉尘颗粒粒径大小位移距离会发生明显变化,当工况点风速为0.75 m/s时,工作面粉尘浓度最高为76.4 mg/m3,大部分粉尘颗粒粒径小于10 um,粉尘平均分散度为66.29%,粉尘粒径分散度主要集中在小于2 um,与现场实测结果吻合,说明此工况粉尘颗粒沉降效果最佳。     

基于多传感融合的粉尘质量浓度检测技术

粉尘质量浓度在线检测技术是矿山通风安全和尘肺预警的重要基础,而技术的核心是检测误差。为了减小粉尘质量浓度在线检测的误差,提出一种基于多传感融合的粉尘质量浓度检测技术。调研发现目前应用最多的粉尘质量浓度在线检测方法是光散射法和电荷感应法;基于2种方法的基本原理,研制了光散射传感子单元和电荷感应传感子单元。为了解决光散射传感子单元的污染问题,借助气幕控尘技术,设计了一种带气幕隔尘的光散射传感子单元;再将2种传感子单元进行结构融合,得到串联型的多传感融合单元。然后,基于实验准备与系统,对多传感融合单元进行系列实验,采用多传感数据融合方法,将光散射子单元和电荷感应子单元的AD值进行数据融合,提出一种粉尘质量浓度检测算法,形成了多传感融合的粉尘质量浓度检测技术。最后,实验发现:光散射传感子单元的气幕隔尘结构尽量避免了粉尘对光学器件的污染;多传感融合单元的检测误差≤8.5%,比光散射传感子单元小6.4%,比电荷感应传感子单元小6.2%;多传感融合单元的平均标定灵敏度是2 911.4,与光散射传感子单元相比提高了32.3倍,与电荷感应传感子单元比较提高了124.4倍。证明:多传感融合技术克服了光散射法和电荷感应法对粉尘质量浓度检测的局限性,集中了2者的优点,进一步减小了检测误差和提高了标定灵敏度。     

探究喷雾除尘方式及粉尘粒径分布规律的数值模拟研究

为研究喷雾除尘方式及粉尘粒径分布规律,利用CFD模拟分析除尘器内部粉尘颗粒扩散规律,对其降尘效果进行仿真模拟研究。该设备喷雾所利用的水可循环,无需人工持续供水,且箱体底部增加海绵垫吸收雾滴和粉尘,多余的水经由排水口排出,进水口吸入继续循环工作,环保绿色可持续。结果表明:喷射源设置3处,其中喷射源在①(x=0.3,y=0,z=0.8)、②(x=0,y=0,z=0.8)和③(x=-0.3,y=0,z=0.8)位置处时,风流受到一定阻碍作用,使得前中部粉尘较难继续向除尘器后部扩散,进而形成绕流,致使粉尘颗粒的运动轨迹发生较大偏移,除尘器后半段粉尘浓度偏低,约为0.0008kg/m3;对除尘器出口面设置trap捕捉粉尘颗粒,分析粉尘粒径分布,表明除尘器可以有效降低粉尘浓度,达到理想的除尘效果。     

复杂形态管道中粗颗粒水力输送的临界条件研究

通过自行设计的管道试验系统,研究在不同流速、粒径和体积浓度条件下,粗颗粒堵管的临界条件及其安全输送的方法。试验结果表明：①颗粒的粒径和体积浓度对粗颗粒系统安全输送有重要的影响,随着粒径和体积浓度的增大,临界流速提高,且当系统的输送速度大于临界流速时方可实现系统的安全输送;②在粒径一定的条件下,随着倾角的加大,粗颗粒在弯管处发生堵管所需要的临界流速降低;③在堵管的情况下,粗颗粒高效安全输送的临界条件主要取决于体积浓度和流速。     

金川龙首矿长距离掘进巷道爆破粉尘分布分析

为了解掘进爆破后粉尘粒子的空间运移规律,确定除尘技术参数,改善除尘效果,实测金川龙首矿1100斜坡道沿程粉尘沉降、空间粒度分布情况,定点监测爆破过程粉尘浓度随时间变化,研究掘进面爆破粉尘运移及粉尘浓度随时间的变化规律。结果表明,随距工作面的距离增加,不同粒径粉尘颗粒比例、沉降及空间分布显现不同的变化趋势。粉尘浓度在爆破后经历50 min仍远远超过规定的粉尘浓度,颗粒比例随粒径增大而减小,悬浮在空间的粉尘分散度分布较为一致。根据试验结果确定工作面喷雾降尘技术参数,全尘和呼尘降尘率分别高达95.77%和96.40%。     

应用程函近似原理改进矿尘分布计算方法

为了提高煤矿粉尘分布测量效率,缩短在线测量时间,以光散射理论为基础,利用程函近似方法对散射波较好的近似性能,将光全散射法中Mie理论计算颗粒消光系数复杂等问题采用改进的程函近似方程进行优化。对常用的单峰R-R窄带、宽带颗粒粒径分布进行实验模拟,结果表明,重建模型基本符合预定分布,对设定模拟参数加入5%随机噪声时,粒径重建分布得到满意结果,消光系数矩阵计算速度提高48倍以上。     

基于气固两相流的粉尘质量浓度测量装置优化

针对传统光散射粉尘测量仪易受粉尘污染的问题,利用Fluent软件对粉尘采集通道内的气固两相流进行数值仿真,通过粉尘颗粒的运动轨迹找出污染光学结构的因素,并重新设计合理的通道结构。从仿真数据看出当气流途经测量口处时产生了低速涡流,在其长期低速冲蚀下,造成测量口处粒子的残留堆积;经过项目组对测量结构的改进,设计了1种不易被粉尘污染的装置。仿真实验结果表明,这种新型的设计能使气流高速通过测量通道,并在测量口处产生了高速湍动涡流,使粒子不易在测量口处残留,从而保证了测量的准确性和时效性。