喷雾除尘雾化喷嘴流场仿真与分析

喷雾除尘是目前应用广泛的矿井除尘方法。为深入研究入射水压对喷嘴内部流场和雾化效果的影响,利用Fluent软件对一种常用的直射型喷嘴不同入射水压下内部流场进行了仿真,得出了喷嘴内部的压力场和速度场的分布规律。指出了入射水压对喷嘴内部流场压力和速度变化和液相水分布的影响,喷嘴入射压力越大,雾化效果越好。     

基于均匀设计的喷嘴结构参数研究

目前高压水射流清洗最常用的是圆锥形喷嘴,为了研究喷嘴各参数及其交互作用对喷嘴内射流流场的影响规律,采用均匀设计方法设计不同参数喷嘴内部流场仿真方案,仿真中重点考虑射流的空化效应,并对结果进行二次多项式回归分析,得出影响射流空化率的显著性依次为收缩角、收缩角和长径比的交互效应及长径比,进一步分析可知当α=20°和cp=3时,喷嘴内部空化率最低,流场较稳定,为合理选择喷嘴参数提供了参考。     

水射流割缝喷嘴几何参数优化数值模拟研究

应用SolidWorks软件建立水射流割缝喷嘴内部流场的三维模型,采用标准κ-ε湍流模型模拟喷嘴内部流场,并分析了喷嘴出口速度和动压,将模拟结果用于割缝喷嘴参数的优化。研究表明,对喷嘴性能影响最大的是收缩角和长径比,喷嘴出口处的水平流道对喷嘴性能也有重要影响。     

基于Fluent的水力割缝喷嘴轴心间距优化

利用Fluent软件建立了不同喷嘴轴心间距下水力割缝的数学模型,采用标准k-ε湍流模型模拟了钻孔内部流场,并分析了喷嘴轴线间距对射流流场分布、轴心速度衰减和钻孔壁面压力分布的影响。研究结果表明:该影响较大,喷嘴轴心间距越小,射流流场分布越紊乱。随着喷嘴轴心间距d的增大,射流流场分布规律性逐渐明显,且轴心速度衰减呈现先减小后增大的趋势,喷嘴轴心间距的最佳值为40 mm。     

煤矿喷雾降尘系统雾化喷嘴的CFD数值仿真研究

矿井采煤过程中会产生大量的粉尘,目前主要以喷雾降尘为主。为深入研究入射水压和喷嘴口径对喷嘴内部流场和雾化效果的影响。笔者利用FLUENT软件对常用的带旋流芯的喷嘴在不同入射水压下内部流场进行了数值模拟仿真,得出了喷嘴内部的速度场在不同入射压力下的分布规律,以及在同一入射压力(1 MPa)下,不同口径喷嘴内部流体运动规律。并得出在一定范围内,喷嘴入射压力越大,雾化效果越好;喷嘴口径越大,雾化效果越好这一结论。     

基于Solidworks的水力割缝喷嘴特性数值模拟

水力割缝是煤层卸压和增加煤层渗透率的有效方法,其中喷嘴结构是影响水力割缝效果的关键部件,通过Solidworks软件对收缩型喷嘴内部流场进行数值模拟,通过对比优化喷嘴参数,并在实验室进行试验分析了影响割缝效果的因素。     

高压水射流流线型喷嘴正交试验与仿真研究

研究了高压水射流流线型喷嘴流道结构参数对水射流破煤性能的影响,应用有限元方法建立喷嘴流道对应的几何模型和有限元模型并对水射流流场进行仿真模拟,得到不同流道结构参数的水射流动压力场和流速场分布规律。利用正交试验结果对喷嘴结构参数进行优选,确定流线型喷嘴不同工程进口压力与过渡比之间最优参数组合,并设计实验对优化结果进一步验证。     

降尘用超声雾化喷嘴内流场仿真及参数优化实验研究

通过数值计算和实验测试手段研究了降尘用超声雾化喷嘴的内外流场。结果表明:通过超声雾化喷嘴内部流场的压力和速度矢量分布可以看出:射流喷嘴进口处和超声波振荡腔内部的压力分布较大。液体速度经过超声波振荡腔后速度减小,并且在喷嘴内部形成了漩涡。随着射流水压的增加,雾滴D50表现出明显减小趋势。随着以射流喷嘴口为起点距离超声波振荡腔的相对距离的增加,雾滴D50表现出先减小后增加,雾滴速度表现出先增大后缓慢减小,得到最佳的超声波振荡腔位置为3.5 cm。     

矿井主排水管道射流除垢喷嘴参数优化研究

以用于矿井主排水管道射流除垢的圆锥收敛型喷嘴为研究对象,利用Fluent软件对喷嘴内部流场进行数值模拟,得到了喷嘴内部轴向的压力、湍流动能和速度变化曲线及出口射流速度等仿真结果。通过结果的对比分析,得出了最优的喷嘴参数。结果表明:收缩角在10°~20°之间,长径比为2时为最佳匹配参数,此参数喷嘴的内部压力梯度变化平稳,并具有较好的射流速度和流动稳定性。仿真分析结果为射流除垢喷嘴的结构设计提供了一定的理论依据。     

自激振动空化喷嘴的仿真研究

用Fluent 6.0,Gambit 2.0,Tecplot 9.0等流体计算与图形分析软件对风琴管自激振动空化喷嘴喷射过程进行了仿真研究。通过建模与计算,得到了不同尺寸组合风琴管自激振动空化喷嘴内部的速度、压力分布图,分析了设计计算的风琴管自激振动空化喷嘴均可产生空化射流,验证了理论计算公式,并研究了喷嘴结构参数对喷嘴产生自激振动空化效果的影响规律,为自激振动空化喷嘴的优化设计提供了方法。     

煤层气井射流冲煤粉装置冲击深度的研究

为确定煤层气井射流冲煤粉装置合理的结构和工作参数,实现射流冲煤粉系统的优化设计和有效运行,理论分析了冲煤粉装置工作原理和煤粉颗粒运动过程,整个井底冲煤粉射流场可分为:自由射流区、射流冲击区、漫流区、返流区、旋涡区和负压吸附区6个区域,决定煤粉是旋转上升的复杂运动状态。开展均匀设计方法的冲煤粉实验,运用二次多项式逐步回归法得出回归方程,揭示喷嘴结构参数、射流参数和煤粉特性对冲煤粉深度的互相耦合的影响关系。结果表明,对冲煤粉的深度影响程度的大小依次为:喷距、喷嘴直径、喷嘴流量和煤粉直径。进一步的单因素试验详细了解各影响因素对冲煤粉深度的影响,得出在要求不动管柱时冲煤粉深度达到500 mm的条件下,喷嘴流量不能低于15 m3/h,喷距应小于100 mm。     

基于LBM-DEM耦合模型的多孔射流喷动床内流动特性

研究喷动床内颗粒的流动特性对于喷动床的设计和优化具有重要意义。基于格子Boltzmann方法 (LBM)-离散单元法(DEM)的数学模型,综合考虑固体运动对流场的影响,气相采用修正后的格子Boltzmann方程计算,颗粒-颗粒以及颗粒-壁面之间的碰撞采用离散单元法软球模型,颗粒所受气体曳力采用Gidaspow曳力模型,流固耦合基于牛顿第三定律,从介观角度深入剖析了多孔射流稠密气固流化床内流动机理。采用Fortran语言编程对上述模型进行求解,通过复现气泡在鼓泡床中的演化过程,有效验证了LBM-DEM耦合模型的准确性。研究了单喷口系统与多喷口系统在不同射流速度下的空隙率、颗粒拟温度、床层膨胀高度以及颗粒动能与势能等典型参数变化。结果表明:单喷口射流气速增加时,气体对颗粒的携带能力增强,喷泉区扩大,床内空隙率分布增大,速度脉动变大,颗粒拟温度升高,床层膨胀高度提高;而在多喷口系统中,相邻喷口间存在较强的横向扰动,在床层底部喷泉区出现明显射流合并,位于中心射流区域的颗粒获得较高动量,喷口数的增加使得床层膨胀高度提高27.50%,时均空隙率范围扩大,颗粒拟温度升高,且射流合并高度随喷口数量的增加而降低28.57%,颗粒势能增加66.07%,动能减少48.48%。以上分析结果表明基于修正格子Boltzmann方法与离散单元法相结合的耦合模型可以作为分析稠密气固两相流内在机理的有效工具。     

三锥角水介旋流器锥体结构优化及数值模拟

为了考察三锥角水介旋流器的锥体分选特点，采用正交试验和计算流体力学的方法，对三锥角水介旋流器的锥体结构进行初步研究。首先通过正交试验探究不同角度锥体对粗煤泥分选效果的影响，在满足最大产率原则的条件下，得到较优的锥体参数。然后利用ICEM-CFD对三锥角水介旋流器的内部流场进行数值模拟，湍流相采用雷诺应力RSM模型，采用DPM离散相模型模拟三锥水介旋流器内颗粒运动，分析内部流场的压力、速度分布规律及固体颗粒运动轨迹，结果表明：三段锥体对分选效果都有影响，影响程度为一段锥体＞二段锥体＞三段锥体|一段锥体能够获得较低的精煤灰分，二段和三段锥体能在要求的灰分范围内保证较高的精煤产率。     

煤矿降尘泡沫喷头的设计与优化

为了得到适用于煤矿降尘的泡沫喷头最优结构参数,在阐述泡沫喷头设计原理的基础上,定义了泡沫的压缩系数,导出了泡沫体积与压力之间的函数关系式。由关系式可知,泡沫的体积在输送管道的出口处会发生膨胀,在管道出口的两侧对称设置豁口,泡沫将会沿着豁口方向发生对称膨胀而呈扇形扩散。根据此原理,设计了泡沫喷头的内部结构,理论上计算出了泡沫喷头的关键结构参数。在实验室构建了实验系统,对泡沫喷头的结构参数进行了一系列的优化实验,最终确定了最佳尺寸,并对加工出来的喷头进行了模拟喷洒实验与实际应用。结果表明该喷头具有流量大、喷射距离远、分散均匀、扩散范围广的特点,且其喷出的泡沫能够有效地覆盖产尘点,降尘效率高,能够满足煤矿井下采掘工作面降尘的需要。     

渗透率应力敏感性对煤层气井产能的影响

为了得到煤层气井产能方程,并对其敏感参数进行分析,基于煤层流体渗流规律,推导了在达西渗流和非达西渗流下考虑渗透率应力敏感性的产能方程,研究了韩城WLl井某煤层的煤层气井流入动态。结果表明：不管是达西渗流还是非达西渗流,考虑应力敏感性后煤层气井的产能明显减少,无阻流量最多可以减少12．4％;当改变渗透率应力敏感系数后,发现敏感系数越大,煤层气井的产能下降越多;如果生产压差较小,虽然应力敏感性影响不明显,但是产气量较低,生产压差过大又会浪费地层能量。因此,开发时制定合理生产压差是非常重要的。     

稳流斜板对干扰床分选效果的影响

研究研制了具有稳流斜板结构的新型干扰床分选机,筹建了新型干扰床分选系统,并通过大量试验探索了不同操作参数和稳流板结构参数对分选效果的影响规律,结果发现：对于入料粒度2.8～0.3 mm煤样,在上升水流速36.78、45.25、53.27 mm/s时,随着稳流斜板通道宽度由88mm减小至42 mm,再减小至19 mm,新型干扰床分选机的可能偏差分别减少了0.022、0.064、0.125 g/cm3,从而证明了加入稳流斜板有助于提高干扰床分选机的分选效果。     

振动流化床加重质流动模型的研究

加重质的流动状态对振动流化床中细粒煤的有效分选起着决定性的作用，通过理论分析及试验研究，提出了以两个并联扩散模型的描述适合于细粒煤分选的振动流化床和重质流动模型，全面分析了振动参数，气流参数等对加重质流动模型的影响，得出了振动强度是决定如重质平均停留时间及有效的扩散系数的主导因素，并建立床层不同区域中振动强度与有效扩散系数的关系模型。