矿用静电感应式粉尘浓度传感器的优化研究

针对目前静电感应式粉尘浓度传感器在低浓度时测量不精确的问题,利用卡门涡街与文丘里效应相结合的方法改进传感器的测量管道,提出在文丘里管道的喉道段加入一个三角柱,在两种流体力学效应的相互作用下,增加粉尘颗粒运动速度和改变运动轨迹,进而提高感应电荷量。利用CFD软件,在Gambit 2.4中建立改进的试验模型,Fluent 6.3中设置气固两相流的试验参数进行仿真试验,得到粉尘颗粒的速度分布云图和运动轨迹图,利用环形静电传感器的感应电荷计算式,在MATLAB中计算不同粒径下的感应电荷量。结果表明:对比项目组研究的文丘里管道,改进的管道结构使感应电荷量整体提高约20%,粒径10μm以下提高约30%,从而提高了低浓度条件下粉尘浓度的测量精度。     

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。     

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。     

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。     

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.     

湿式嵌入可调文丘里——纤维栅复式除尘装置试验研究

针对井下破碎硐室粉尘污染严重,常规湿式除尘器难以有效去除细微颗粒物的难题,在综合各类湿式除尘器优点的基础上,设计了嵌入可调文氏管—纤维栅湿式复合除尘装置,并建立了试验平台。试验研究了嵌入可调文氏管—纤维栅湿式复合除尘装置对细颗粒粉尘的捕集效果,通过改变文氏管扩散管角度、纤维栅结构参数,进行了单因素和多因素正交试验,确定了嵌入可调文氏管—纤维栅湿式复合除尘装置的最佳参数范围。试验表明:当文丘管喉管风速为22.7～33.6 m/s时,扩散管角度为5°～6°;纤维栅纤维直径为0.3 mm,纤维板间距为3～5 cm,纤维板层数为2～4层,液气比为0.3～0.6 L/m³时,对微细粉尘的去除效率达99%。与单一嵌入可调文丘里和湿式密集纤维栅除尘装置对比发现,嵌入可调文氏管—纤维栅的湿式复合除尘装置对于粒径小于3μm微细粉尘的去除效率分别高了5.4%、6.6%,对微细粉尘有较好的去除效果。     

利用瓦斯监测监控系统实现粉尘浓度在线监测

为实现对粉尘浓度的在线监测,鹤煤双祥分公司对现有自动喷雾降尘装置和瓦斯监测系统进行了软、硬件改进,包括:转换粉尘传感器输出信号,改进粉尘传感器输出信号接线方法,修改瓦斯监控系统软件设置。通过上述改进,实现了利用现有的瓦斯监测监控系统对粉尘浓度的在线监测,效果较好。     

抽尘管道粉尘沉积参数化数值模拟研究

针对抽尘管道中粉尘沉积的现象,建立了粉尘在抽尘管道中的沉积-回弹模型,并基于计算流体力学,采用标准k-ε模型,利用VB.NET对Gambit及Fluent流体计算软件进行封装,编制了抽尘管道粉尘沉积参数化计算软件。通过该软件对风速及粉尘粒径对粉尘沉积规律的影响进行了计算。计算结果表明,抽尘风速越大,粉尘沉积率越小,且最大粉尘沉积位置距离抽风口越远,当抽尘风速达到16 m/s以上时,最大粉尘沉积率减小到了5×10~(-5) mm/s;粉尘粒径越大,粉尘沉积率越大,且最大粉尘沉积位置距离抽风口越近,当粉尘粒径到90μm时,最大粉尘沉积率达到了6×10~(-4) mm/s。     

高海拔隧道爆破后粉尘污染动力学模型及影响因素

为降低高海拔隧道钻爆法施工爆破后的粉尘污染，提高隧道掘进工作面粉尘防治技术和职业健康保障能力，推动施工隧道清洁化生产水平。依托西南某铁路隧道工区为背景建立隧道爆破掘进压入式通风模型，根据气固两相流理论与气溶胶力学构建高海拔隧道粉尘污染动力学模型。运用数值模拟软件分析不同海拔高度、通风距离以及通风风量条件下的爆破驱动掘进工作面，高浓度粉尘污染效应，并采用灰色关联分析法探究粉尘质量浓度降低至安全值所需时间与各影响因素之间的关联度。研究结果表明：海拔高度上升将引起的环境参数与气固耦合流体运动特性的改变，粉尘颗粒水平运移速度与海拔高度和粉尘粒径均呈负相关，竖直沉降速度与之相反。高海拔隧道爆破后粉尘质量浓度空间分布服从多元高斯分布，且扩散系数随海拔高度的上升而增大。隧道内风流场分布区域分为涡流区、过渡区以及稳定区，涡流区呈锥形且中心的风速小于周围区域的风速，隧道断面平均风速降低至约0.3 m/s并逐渐稳定。爆破后粉尘颗粒随风流向隧道外呈“?字型”运移，隧道回风侧的粉尘质量浓度大于风管侧。爆破后产生的大颗粒粉尘(粒径≥30μm)在距掘进工作面100 m范围内快速沉降，小颗粒粉尘将随风扩散并悬浮于隧...     

井下文丘里湿喷机喷嘴位置的仿真模拟及实验

为寻找影响井下湿喷机喷射性能的关键因素,通过Fluent软件对影响喷射性能的因素进行仿真分析,得到文丘里喷射器喷嘴位置是影响喷射性能的关键因素,在仿真分析的基础上进行了样机试制,对不同的喷嘴安装位置进行了9组实验。实验结果表明：喷嘴位置是影响文丘里喷射器喷射性能的关键因素;当喷嘴位于文丘里喷射器入料口左壁面时,物料产生返料现象,不适合喷射物料;当喷嘴位于文丘里喷射器入料口右壁面时,由于喷射量小,亦不适合喷射物料;当喷嘴位于文丘里喷射器入料口左壁面28 mm时,文丘里喷射器流量达到3.60 m 3/h,效果显著,喷射条件较稳定,符合湿喷机生产能力的要求。     

采空塌陷区输气管道矫正装置的设计与研究

设计出一种油气输送管道矫正装置,用于采空塌陷区输气管道的应急处置。为了验证所设计的油气输送管道矫正装置是否能够满足实际工况要求,运用Solid Works建立三维模型,并利用有限元分析软件ANSYS Workbench对其关键部件立柱总成件进行仿真分析,验证了该立柱总成件满足强度要求且变形较小,但其质量较大,人工搬运不便,需对其结构进行改进。改进结构后,立柱总成件在满足强度要求和变形量小的条件下,其质量在原立柱总成件基础上减少24.03%~33.15%。     

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。     

采煤机割煤时粉尘质量浓度检测技术研究

针对现有粉尘质量浓度检测技术在采煤机割煤时的局限性,提出了基于光吸收法的粉尘高质量浓度检测方法,通过阐述光吸收法的基本原理,根据光源和光电传感器的选择依据,设计了光学检测结构.通过Fluent软件对设计的暗室结构进行流场仿真,确定了激光管与光电倍增管布置位置.同时,设计了无线数据传输功能,将采集的粉尘质量浓度数据通过无线传输至采集主机.通过与粉尘采样器对比试验证明:在合理的标定系数下,传感器的检测误差均小于10％,测量精度较高,实现了煤矿井下采煤机割煤时粉尘质量浓度的精确测量.     

负压降尘装置的设计与研究

研究的负压降尘装置为文丘里管结构,通过设计多种内部结构不同的结构,以正交实验的方法,并以吸气量最大原则,优化了文丘里管的结构,得出了优化模型,并对优化后的模型进行了进一步的实验研究,得出了负压降尘装置吸气量与供水压力的关系。     

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。     

负压降尘装置的设计与研究

研究的负压降尘装置为文丘里管结构,通过设计多种内部结构不同的结构,以正交实验的方法,并以吸气量最大原则,优化了文丘里管的结构,得出了优化模型,并对优化后的模型进行了进一步的实验研究,得出了负压降尘装置吸气量与供水压力的关系。     

低压文丘里除尘器在选厂碎矿粉尘治理的应用

选矿厂在矿物破碎加工及皮带运输过程中 ,产生大量的粉尘 ,不仅对作业岗位产生一定影响 ,而且对厂区周围造成环境污染。篦子沟矿选厂粉尘治理以前 ,碎矿车间粉尘浓度达到 1 2 4ｍｇ/ｍ3,有时竟高达 1 0 0ｍｇ/ｍ3,严重影响工人健康 ;粉尘外排浓度高达1 0 89ｍｇ/ｍ3,对周围环境污染相当严重。该选厂曾采用过旋涡干式除尘器、旋风除尘器、湿式除尘池等对粉尘进行治理 ,均未达到预期效果。经过多次考察论证 ,决定采用ＷＣ系列低压文丘里除尘器对选厂粉尘进行治理。低压文丘里除尘器由上箱体和下箱体两部分组成 ,上箱体内装有文丘里管和旋风筒…     

深井热湿环境下空冷器气侧污垢沉积规律

巷道热湿环境是深部资源开采所遭遇的重要问题之一,人工制冷降温技术成为解决该问题的关键.然而矿用空冷器作为系统末端,位于生产最前线,工作环境恶劣,气侧污垢积聚严重.本文结合Euler-Lagranian模型,针对深井热湿、含尘环境下空冷器气侧的污垢沉积规律展开研究.研究发现,当粉尘粒径小于10μm时,粉尘颗粒受重力影响较小,管壁上的污垢分布较为均匀;当粉尘粒径大于10μm时,粉尘颗粒受重力影响较大,污垢的分布主要集中于前部管道;粉尘的沉积量与风速,管内水温呈负相关关系,与相对湿度呈正相关关系.研究结果对于深部热湿环境下空冷器气侧高效防垢、抑垢及除垢技术的研究具有理论指导意义.