解决静电除尘器粉尘粘结力的新构想

分析了在我国的环境保护方面使用静电除尘器的必要性和使用情况;简要介绍静电除尘器在国内外研究现状,指出静电除尘器使用所面临的挑战和目前技术方面存在的主要问题;总结大量国外研究成果,指出影响除尘器效果的最主要因素是粉体的粘结力,提出了从粉体极化理论和极板电子逸出功角度考虑来调节极板和粉体间的粘结力的想法。在上述理论研究基础上,提出了选取一种能够调节粉尘粘结力的涂层用于极板表面这一最新研究方向。     

静电除尘器收尘极板涂层对粉尘和极板之间粘结力的影响

为调节静电除尘器中粉尘和极板间粘结力,分析了涂层对粉尘受力情况的影响,从理论上解释了极板上涂层的特性。通过计算选取适当的涂层材料,对涂层对粉尘粘结力的影响进行了大量实验。通过实验,确定了合理的涂层比电阻范围,同时验证了在极板上涂适当涂层可以有效地调节粉尘和极板间粘结力。     

多场耦合作用下煤层气解吸特性实验研究

利用自主研发的煤层气吸附解吸特性模拟实验装置,通过室内实验,模拟了煤层气在漫长的地质年代集聚形成和卸压开采过程,得到了不同受载方式下煤样的解吸量、解吸速度与解吸时间变化关系,揭示了一些新的规律。     

多场耦合作用下钙芒硝三维孔隙结构及渗流模拟研究

钙芒硝溶浸开采是一个多场耦合的过程,每个因素都会改变其连通性,从而影响其渗透特性.以钙芒硝为研究对象,利用显微CT技术和AVIZO三维重构软件,建立了不同温度淡水溶液作用后的钙芒硝细观孔隙结构三维模型,定量表征了其内部连通性的变化,并在此基础上,进行了细观尺度的渗流模拟,研究了不同温度淡水溶液作用后钙芒硝的渗透特性.研...     

采空区煤自燃的多场耦合作用研究

为研究采空区煤自燃致灾过程,以煤自燃多场耦合机理为理论基础,综合论述流-热耦合、热-化耦合及流-化耦合的研究现状,通过采空区耦合模型引出渗流场、化学场及温度场的控制方程,并对其耦合过程进行分析。结果表明:煤自燃是由煤氧复合反应、渗流过程及热风压作用共同耦合而成。因此,煤自燃是采空区渗流场、化学场和温度场共同耦合作用的结果。     

采空区自然发火多场耦合数值模拟研究

采空区遗煤自然发火严重制约着煤矿的安全生产,其受到渗流场、扩散场、化学反应场以及多孔介质传热场共同作用影响,基于这一特点,本文采用有限元数值模拟手段对采空区内部自然发火多场耦合作用进行细致研究,并通过模拟结果与现场实测数据比对验证了模拟的可行性以及模拟结果的可靠性。研究结果表明:依靠传统的三带划分方式并不能很好的确定采空区可能自然发火位置,此外,工作面漏风入口后部煤体温度变化明显,在实际工作中该区域范围应作为重点监控对象。     

涡流场中粉尘颗粒的沉降与扩散规律研究

为了探究涡流场中粉尘颗粒的运动规律,采用计算流体力学（CFD）离散相模型的粒子跟踪技术,模拟了不同粒度粉尘颗粒在不同作用力影响下的扩散特性。研究结果表明,在湍流脉动性和阻力的共同作用下,粉尘颗粒的运动轨迹呈上下波动状态;粉尘颗粒的粒度决定了颗粒趋近于稳定时的最终速度,但是对最终平衡位置没有影响;涡流场风流风速对粉尘颗粒的运移和扩散有重要的影响,在风力的作用下,粉尘颗粒的扩散范围增加,加大了污染程度。     

动静载作用下煤岩多场耦合冲击危险性动态评价技术

深部开采冲击地压灾害孕灾过程中既有静态基础量又有动态变化量,剧增的原岩应力与覆岩断裂、井下爆破等引起的动载扰动是诱发冲击地压灾害的源头,因此实现冲击危险性快速、高精度评价必须综合考虑动静载作用。笔者开展了典型煤岩霍普金森压杆试验及数值模拟,分析了动载对煤岩体破坏作用以及对应力场的影响,针对应力变化可以直接引起介质中震动波波速变化,且波速变化前的幅值与变化幅度均受应力场影响这一特性,掌握了震动场与应力场的耦合关系,建立了多场耦合冲击危险性动态评价技术:以原岩应力场表示煤岩孕灾过程的静态基础量,以采动应力场和震动场表示煤岩孕灾过程的动态变化量,以波速异常指数、波速梯度指数、应力异常指数、应力梯度指数为评价指标可实现煤岩冲击危险性动态评价。研究结果表明:动载作用下能量以震动波形式传递,造成应力场的重新分布,应力呈现分区传递特点,并且在能量达到某一阈值后引起煤岩损伤破坏,但无论动载直接作用在岩石上还是煤体上,岩石是能量传递路径,煤层是能量耗散、释放主体,破坏主要发生在煤体中。多场耦合冲击危险性评价技术在某工作面经现场应用,在工作面逐渐揭露断层过程中冲击危险性由强冲击危险性降低到中等冲击危险性,现场监测数据表明评价结果与现场实际相符。     

离子风静电除尘器集尘效率数值仿真研究

静电除尘器是通过在放电针施加高压电场使周围气体发生电离形成电晕放电,使得气流中的粉尘荷电,带电后的粒子受静电力的作用与气流分离并朝向负极板运动,从而达到粉尘收集的目的。通过计算流体力学模型（CFD）,研究离子风对静电除尘器内流场和粉尘收集效率的影响,该模型耦合了电晕放电、气体流、颗粒荷电及传输。结果显示,在电极附近电场强度和空间电荷密度达到最大,分别是7.03×10⁶ V/m和3.93×10^-4 C/m³。在施加27、20 kV电压时,离子风速度可分别达到1.92、1.79 m/s。通过对不同粒径粉尘的除尘效率研究发现,处在中间粒径粉尘收集效率最低。     

综放工作面粉尘场与雾滴场耦合关系的实验研究

为了得到综放工作面雾滴场与其捕获的粉尘场之间的定量关系，根据模拟综放工作面通风风速的封闭式实验箱，设计了由供水系统、供风系统、测粒系统、测压系统、测尘系统、发尘系统等组成的综放工作面粉尘场与雾滴场耦合关系测试实验平台。采用三维激光多普勒粒子动态分析仪对包括直射喷嘴、单式离心喷嘴、混合式离心喷嘴等目前煤矿普遍使用的六大类压力喷嘴进行了尘雾场耦合实验，即在风机开启时，分别测定释放尘源前后的雾滴粒径，利用Matlab数值分析方法，得到了雾滴粒径在\[40,65\]、\[65,100\]、\[100,160\] μm等3个区间内无尘液滴平均粒径与其捕获尘粒平均粒径之间的拟和函数表达式。提出针对呼吸性粉尘的雾滴最佳捕尘粒径应为［15，70］μm，实现了对喷雾降尘理论的改进与完善。     

电除尘阴极材料腐蚀失效分析

采用光学显微镜、扫描电镜等手段对某炼钢厂的电除尘阴极腐蚀失效进行了分析,分析结果表明304不锈钢阴极材料在电除尘器中发生了均匀腐蚀,是由于除尘灰中SO3与蒸发冷喷淋水反应生成H2SO4,高温下导致304不锈钢表面钝化膜溶解破坏所致。     

考虑多场耦合的活性炭再生过程数值仿真计算

针对目前活性炭再生过程中的温度场、流场、化学反应等仿真计算研究相对不足的现状,基于计算流体动力学（CFD）软件,提出改进的Lagrange方法对颗粒轨迹进行描述,由此考虑温度场、流场以及化学反应等之间的耦合作用,提高了炉内活性炭再生过程的模拟精度。利用改进的Lagrange方法,对某再生炉内活性炭再生过程进行了仿真计算,计算结果表明：活性炭颗粒在炉中的流动速度、停留时间及温度分布均与实际相符,说明使用该方法对复杂的移动床再生炉进行仿真的合理性。     

掘进工作面湿式离心除尘器的结构优化及数值模拟

针对中国煤矿综掘工作面的产尘特点,设计了湿式离心除尘器3种结构模型。为高效优化其内部结构,用Gambit22分别建立这3种内部结构的物理模型,并进行网格划分;用Fluent62求解含尘气流在除尘器内的三维速度变化、静压力场分布、流场的湍流特性,以及不同粒径粉尘在除尘器内的运动轨迹。结果表明,分流板具有分隔导流作用,可使涡对运动稳定,有利于高气速带的连续性、稳定性、静压力分布的对称性和湍动能变化的规律性;稳定的流场及较高的离心速度对于去除呼吸性粉尘都十分关键。有分流板且中间为两排挡板的除尘器（模型3）尽管在保持气流速度、湍动能变化方面比有分流板且中间为三排挡板的除尘器（模型1）有更大优势,但在一级挡板的前端多了两个 “死区”,降低了除尘效率。通过以上几方面的综合比较,最后选定模型1的结构作为除尘器的制作模型。     

磁铁矿颗粒在复合力场中的运动轨迹研究

针对我国铁矿物资源日益贫、细、杂化的基本情况,为了进一步探索磁铁矿分选机理,提高选矿效率,本文对复合力场中磁铁矿颗粒在流体中的运动状态进行了研究。分析了颗粒的受力情况,建立了颗粒的运动微分方程,并应用计算机数学软件对其进行解析计算,得出了复合力场中磁铁矿颗粒在流体中的速度-时间函数和瞬时运动轨迹,并推理出颗粒的运动趋势。为开发新型高效复合力场分选设备提供了理论依据。     

温度-应力-化学三场耦合作用下深部软岩巷道蠕变规律数值模拟

描述了所建立的连续介质温度场-应力场-化学场三场耦合控制方程。使用有限元程序对地下1 500 m的深部软岩巷道蠕变规律进行了温度场、应力场和化学场三场耦合过程的三维数值模拟,分析了温度场、应力场和化学场对深部软岩巷道蠕变规律的影响。结果表明,深部软岩巷道产生大应变,主要来源是蠕变,弹性应变和热应变次之;温度场、应力场和化学场对深部软岩巷道蠕变都产生不可忽视的影响,就影响程度来看,应力场影响最大,化学场和温度场次之。     

正冻土中水热耦合数学模型及有限元数值模拟

根据人工多圈管冻结模型试验,认为温度梯度是引起水分迁移的主要原因.提出了正冻土中水热耦合控制微分方程,并在ADINA有限元程序中实现了水、热耦合的数值模拟.数值模拟数据与模型试验中的测点温度、含水量变化规律一致,表明利用该方法可以进行人工多圈管冻结壁形成过程的水热耦合分析.     

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。     

基于PIV的水煤浆气力式静电雾化流场特性

为探索高压静电场中水煤浆荷电颗粒相的动力学特性,基于新型三级Y型水煤浆气力式雾化喷嘴-环电极的静电雾化实验系统,利用粒子图像速度仪(PIV)对雾炬内水煤浆荷电雾滴的运动规律进行了深入的实验研究。研究结果表明:在射流边缘区域内的水煤浆荷电细小雾滴群在静电场力的作用下,沿程将偏离常规雾化的运动轨迹,靠近电极处的流线发生明显的弯曲变形并随电压的不断增强呈现出3种典型形式;荷电雾滴的轴向速度随电场力增强而减小,并在射流核心区内的沿程截面上分布趋于均匀,径向速度随电场力的增强而增加,并在射流核心区内的沿程截面上呈线性分布;流场中雷诺应力及涡量均集中分布在射流轴线两侧,随电场增强,雷诺应力峰值显著增加并在横截面上逐渐外移,随射流远离喷嘴,其截面雷诺应力分布趋于平缓。     

基于多物理场耦合的瓦斯抽放半径确定方法

为了确定合理的瓦斯抽放半径,建立了考虑煤的流变特性、渗透率动态变化和吸附特征的渗流-应力耦合模型,对比分析了软硬煤层钻孔孔径变化规律,研究了抽放过程渗透率的动态演化规律,确定了软硬煤层的有效抽放半径,找出了瓦斯抽放半径的影响因素。研究结果表明：由于含瓦斯煤的流变特性,软硬煤层钻孔均会随时间发生缩孔现象,软煤层钻孔在短时间内就可能被堵塞,硬煤层钻孔直径虽有缩小但仍处于稳定状态,并不堵塞瓦斯抽放通道,在确定抽放半径时,应首先分析钻孔的孔径变化规律以确定有效抽放时间;瓦斯抽放过程煤的渗透率会随时间逐渐增大;煤体硬度、埋藏深度、初始瓦斯压力、初始渗透率和钻孔孔径等是影响瓦斯抽放半径的主要因素。