内混式空气雾化喷嘴雾化特性及降尘效率研究

为了掌握内混式空气雾化喷嘴喷雾特性及降尘性能,借助自主研发的喷雾降尘实验平台,对内混式空气雾化喷嘴与X旋流型压力喷嘴流量、雾化角、射程、雾滴体积分数、雾滴粒径、雾滴速度等喷雾特性参数及降尘效率进行了实测,并对实验结果作对比分析。结果表明:随着供水压力的增加,内混式空气雾化喷嘴水流量和气流量分别呈指数形式递增和递减,气液质量流量比不断下/2次方成正比。随着供水压力的增加,2种喷嘴的雾化射程、雾滴体积分数及雾滴速度均增大。X旋流型压力喷嘴雾化角明显大于空气雾化喷嘴,其喷雾作用范围更宽;随着供水压力的不断提高,空气雾化喷嘴雾化角呈现先增大后减小的变化规律,而压力喷嘴则一直以较小的幅度不断减小。空气雾化喷嘴由于有压缩空气作为助力,在供水压力较低时能获得较为理想雾滴粒径,且随着供水压力的增大,雾滴粒径不断增大;普通压力喷嘴的雾化粒径随着供水压力的提高而减小,且需在较高的供水压力下才能获得理想的雾滴粒径。在相同的供水压力下,空气雾化喷嘴雾滴粒径和水流量均小于压力喷嘴,而雾滴体积分数、雾滴速度及降尘效率均高于压力喷雾。气水喷雾较压力喷雾具有明显的优势,获得相同的降尘效率,气水喷雾耗水量仅约为压力喷雾的一半。     

供气压力对流体型超声喷嘴雾化特性及降尘效率的影响

为了掌握供气压力对流体型超声雾化喷嘴雾化特性及降尘性能的影响,借助自主研发的煤矿井下喷雾降尘实验平台,对流体型超声雾化喷嘴流量、雾化特性及降尘性能进行了实测。实验所涉及的喷嘴雾化特性参数包括雾化角、射程、雾滴粒径等,降尘性能采用全尘降尘效率和呼吸性粉尘降尘效率进行评价。实验结果表明:随着供气压力的增大,喷嘴空气流量呈幂函数形式增大,而水流量呈指数函数形式下降,气液体积流量比不断增大;喷嘴雾化角和雾滴粒径随着供气压力的增大而逐渐缩小,而雾滴速度和射程则表现为随供气压力增大而逐渐增大的趋势;对于本次实验所选取的供水压力,供气压力由0.2 MPa增加至0.7 MPa,喷嘴空气流量约增加100 L/min,水流量约降低1.3 L/min,雾化角和雾滴粒径分别约减小75°和60μm,而雾滴速度和射程分别约增加7.5 m/s和210 cm。喷嘴全尘降尘效率和呼吸性粉尘降尘效率均随着供气压力的增大呈现先增加后减小的变化规律,并在某一个供气压力下获得最高值。供水压力p_L不同,获得最高降尘效率所对应的供气压力p_(air)亦不同,喷雾降尘效果较优的气水压力组合有1号(p_L=0.2 MPa,p_(air)=0.3 MPa),2号(p_L=0.3 MPa,p_(air)=0.4 MPa)和3号(p_L=0.4 MPa,p_(air)=0.5 MPa)。煤矿现场应采用以上气水压力组合,既可获得较为理想的雾滴粒径,同时能以较低的耗水量获得较高的降尘效率。     

旋涡离心混合式喷嘴雾化特性实验研究

为提高旋涡离心混合式喷嘴工况场所降尘效果,基于现有的喷雾降尘模拟实验系统,采用实验手段系统研究了该喷嘴雾化场中的雾滴粒径的空间分布以及雾化参数的各影响因素。研究表明:在喷嘴轴线方向,因距喷嘴距离的增加,雾滴粒径不断增大;在距喷嘴一定距离纵断面方向上,雾滴粒径由外向内逐渐减小,但减小幅度较缓慢;由于供水压力的增加,喷嘴流量逐渐加大,雾滴粒径不断减小。在相同的供水压力下,喷嘴流量因喷嘴直径的增加不断增大;喷雾场中的雾滴粒径随着喷嘴直径的增加也逐渐增大,且增幅较大。在相同供水量条件下,由于喷嘴直径的增加,喷雾压力逐渐减小,雾滴粒径逐渐增大。     

广角内混式空气雾化喷嘴雾化特性研究

为分析广角内混式空气雾化喷嘴雾滴场的雾化特性,采用马尔文高速喷雾粒度分析系统对雾滴场雾化特性进行实验研究。实验结果表明:在宏观雾化特性方面,供水压力和供气压力的变化分别对喷嘴的雾化角和射程的占主导作用;在细观雾化特性方面,沿轴线方向随着距离增大雾滴粒径不断增大,沿径向方向随着距离喷嘴轴线增大雾滴粒径不断增大。实验及现场试验表明,当气液压比值为1.5左右,气压为0.6 MPa、水压为0.4 MPa时,喷嘴雾场内雾滴粒径更适宜捕捉粉尘,转载点现场应用后的全尘和呼尘的降尘率较原喷雾压力下分别提高了21.66%、20.05%。     

出口直径对内混式空气雾化喷嘴雾化特性及降尘性能的影响

为了掌握喷嘴出口直径对气水喷雾降尘的影响,基于自行设计的气水喷雾降尘实验平台,对不同出口直径的空气雾化喷嘴流量、雾化特性及降尘性能进行了实测,并对实验结果作对比分析。研究结果表明:随着出口直径的增加,喷嘴耗水量几乎保持线性增长,而耗气量呈现指数增长的变化趋势;喷雾射程和雾滴体积分数均随着出口直径的增大不断增大,而雾化角先增大后减小;出口直径为2. 0 mm的喷嘴雾化质量最好,所形成的雾滴索太尔平均直径D[3,2]最小,且雾滴粒径呈现正态分布,雾滴尺寸较为集中;雾滴速度沿喷嘴轴线方向不断衰减,且喷嘴直径越大雾滴速度衰减越缓慢;随着喷嘴直径的增加,雾滴速度呈现先增大后减小的变化规律;全尘和呼吸性粉尘降尘效率随着喷嘴出口直径的增加均有所提高,但增幅较小;综合考虑喷嘴降尘性能、耗水量和耗气量等因素,在采掘作业场所进行气水喷雾降尘时,选择出口直径为2. 0～3. 0 mm的空气雾化喷嘴较为合适。     

常用压力式喷嘴雾化特性及降尘性能研究

压力式喷嘴是湿式除尘设备里一个重要构件。为研究喷嘴结构对其雾化特性及降尘效果的影响,基于现有的实验平台及马尔文激光粒度分析仪,选用目前井下常用的相同孔径3种喷嘴(螺旋型、旋流叶片型、切向孔型)进行了较系统的实验研究。研究发现:随着供水压力的递增,3种喷嘴的流量、射程都相继增大,而雾化角都逐渐减小;在相同供水压力下,旋流叶片型喷嘴的流量及射程都明显大于其他2种喷嘴;3种结构喷嘴都随着供水压力的增加雾滴粒径不断减小,但在相同供水压力下,旋流叶片型的分散度更均匀,总体性能上要比其他2种喷嘴有优势,更有利于接触粉尘,起到降尘效果。3种结构喷嘴都随着供水压力的增大其降尘效率都逐渐递增;在相同供水压力下,旋流叶片型喷嘴降尘性能最好。     

高压喷雾雾化特性及降尘效率实验研究

为了研究喷嘴的雾化特性和高压喷雾降尘效果,在模拟井下巷道降尘装置性能实验平台上开展了喷雾降尘实验.利用Spraytec马尔文粒径分析仪对孔径为1.0 mm的压力型雾化喷嘴进行了5种不同压力下的雾化粒径测量实验,得到了该喷嘴在不同压力下的雾滴粒径数据;通过对巷道喷雾段前断面和喷雾段后断面的粉尘浓度同步测量,得到了不同喷雾压力下喷雾降尘效率数据.实验结果表明:对于该型号的喷嘴,随着喷雾压力增加,喷嘴流量增加,雾化粒径减小,当压力达到一定值后,继续增加喷雾压力,雾粒减小的幅度减缓;在风速和发尘浓度一定时,全尘和呼吸性粉尘降尘效率随着压力的增加而增加,达到一定的压力值后增加的幅度减小;对于孔径为1.0 mm的喷嘴,降尘效果最佳的喷雾压力为8 MPa.     

采煤机外喷雾系统数值模拟研究

为提高采煤机外喷雾系统性能,改善工作面作业环境,基于Pro/E与GAMBIT联合建立了采煤工作面模型,选用标准k-ε湍流模型构造采煤机外流场数学模型,并通过FLUENT仿真得到巷道内风流平均速度为1.8 m/s左右,符合《煤矿安全规程》的规定;对采煤机外喷雾系统进行了数值模拟,通过改变喷嘴口径、喷雾压力和扩散角等参数,得到了不同喷雾参数下的雾滴粒径和雾化浓度的变化规律:随着喷雾压力的增大,雾滴粒径减小,喷雾浓度分布更加均匀;小口径喷嘴雾化浓度较高,大口径喷嘴雾化区域浓度均匀、捕集面积大;小雾化扩散角下的雾粒速度相对较大,大扩散角下的雾流浓度分布均匀,但其穿透力差。分析结果为提高采煤机喷雾降尘效率,降低采煤工作面粉尘浓度提供了依据。     

气水两相流喷嘴喷射条件对雾化降尘影响的实验研究

喷嘴的雾化特性和喷雾降尘系统的设计直接影响到矿道雾化降尘的效果。文章设计加工了一种气水两相流雾化喷嘴,和一套完整的除尘系统实验平台,开展了不同喷射条件参数下的雾化特性实验和不同雾化特性的雾化降尘效果实验。研究表明,喷嘴雾滴粒径随着气压的增大而减小,随着水压的增大而增大,在一定气液比值范围内,喷嘴具有良好的雾化性能,粒径小,雾化均匀,在外流场中沿横向方向几乎不变,沿轴向方向逐渐增大;且实验发现降尘效率随着雾滴粒径和雾化量的的增大而减小,随着粉尘浓度的增大而增大,在雾滴粒径小于10μm时,对呼吸性粉尘的去除有良好的效果。为气水两相流喷嘴的使用和除尘装置的设计与布局提供了思路和关键技术支撑。     

煤矿井下高压喷雾雾化特性及其降尘效果实验研究

为分析煤矿井下高压喷雾雾化特性及其降尘效果,采用自行设计的喷雾降尘实验系统,对井下常用的螺旋型压力喷嘴在不同压力下的雾化特性及其降尘效果进行了系统的实验研究。结果表明：① 随着喷雾压力的提高,喷嘴流量不断增加,而雾化锥角不断减小。② 喷雾所形成的雾粒的粒径随着喷雾压力的增加而减小,但当压力增大至8 MPa时,继续增加压力,减小幅度有所减缓。③ 随着喷雾压力的增加,全尘和呼吸性粉尘降尘效率均不断增加。当喷雾压力增加至8 MPa后,若继续提高喷雾压力,降尘效率提高不明显。④ 依靠增加喷雾压力来提高降尘效率（特别针对呼吸性粉尘）具有一定的局限性,对于实验所选用的喷嘴喷雾压力选用8 MPa较为合理。⑤ 喷雾所产生的雾粒,对于跟雾粒平均粒径接近的粉尘颗粒降尘效果最好;对于粒径小于雾粒平均粒径的粉尘颗粒,降尘效率随着粉尘粒径的减小而减小;而对于大于雾粒平均粒径的粉尘颗粒,降尘效率随着粉尘粒径的增加而略有下降。     

X旋流压力喷嘴雾化锥角实验研究

为研究X旋流压力喷嘴的性能和参数,基于自行设计的喷雾实验系统,采用高速摄像仪成像方法,设计了5种不同喷嘴直径分别对应8种不同喷嘴供水压强的喷雾实验。实验结果表明:当X旋流压力喷嘴直径小于1.5mm时,喷雾雾化锥角随着喷嘴供水压强的上升而上升;当喷嘴直径大于1.5mm时,喷雾雾化锥角随着喷嘴供水压强的增加而减小;在相同供水压强下,喷雾雾化锥角随着喷嘴直径的增大而增大,且增大的幅度随着直径的增大而减小。     

煤矿井下气水喷雾雾化特性实验研究

为了分析煤矿井下气水喷雾雾化特性,基于自行设计的气水喷雾实验平台,采用电磁流量计、空气质量流量计及马尔文实时高速喷雾粒度分析仪对空气雾化喷嘴流量特性、雾化粒度的空间分布规律及影响因素开展了实验研究。结果表明:随着供水压力的增加,喷嘴耗气量以指数形式不断递减,而耗水量以指数形式递增;喷嘴耗气量随供气压力以指数形式递增,而喷嘴耗水量基本呈现线性递减趋势。雾滴粒径沿喷嘴轴线方向不断增大;距离喷嘴较近的纵断面上,雾滴粒径沿径向不断增大,并呈现不对称分布;位于雾流中部的纵断面上,轴线附近区域雾滴粒径沿径向不断增大,而雾流外部区域雾滴粒径呈现沿重力方向增大的趋势;在靠近雾流末端衰减区内,雾滴粒径沿重力方向不断增大。供气压力一定时,雾滴粒径随着供水压力的增加呈现先增大后减小的变化规律,且供气压力越大所对应的拐点水压越高;随着供气压力的增加,雾滴粒径不断减小,且减小幅度随供气压力增加而有所下降。     

高压喷嘴雾化特性试验研究

喷嘴的性能直接影响喷雾降尘的效果。基于室内模拟巷道降尘试验平台,对喷嘴在不同压力、孔径下的雾化特性进行试验研究。结果表明:当喷嘴孔径一定时,喷雾压力与喷雾粒径呈负相关关系,而雾滴分散性则与喷雾压力呈正相关关系;当喷雾压力一定时,雾化粒径与喷嘴孔径呈正相关关系。试验喷嘴的最优工作喷雾压力为6 MPa,并给出了最优喷雾压力下各孔径喷嘴的喷雾粒径分布范围与索太尔平均粒径。     

微雾喷嘴雾化特性及降尘性能

微雾喷嘴是一种改良型的湿式除尘构件.为了解其雾化特性和降尘效果,选用斯普瑞、泰格、LN这3种不同微雾喷嘴,基于现有实验平台及分析仪器进行了2组实验研究.结果表明:在出口直径相同时,随着水压的升高,3种喷嘴的流量、射程均增大,雾滴粒径减小,雾化角则先增大后减小;当固定水压时,这3种喷嘴的流量、雾化角和雾滴粒径随喷嘴出口直...     

基于正交试验的内混式空气雾化喷嘴结构参数优化

为掌握结构参数对内混式空气雾化喷嘴雾化特性和降尘效率的影响规律，从而获得经济合理的喷嘴结构参数，采用自行设计开发的喷雾降尘试验平台，应用正交设计方法，开展了不同结构参数组合下的喷嘴雾化特性及降尘效率试验。试验结果表明：随着液体帽注水孔直径的增大，喷嘴水流量不断增加，而气流量不断减小；喷嘴气流量随液体帽注气孔数量增加而增大，喷嘴水流量受液体帽注气孔数量的影响较小。当逐渐增大注水孔直径时，索太尔平均粒径（Dsm）不断增大；Dsm随着注气孔数量的增加呈现出先减小后增大的变化规律，当注气孔数为4时达到最小值，雾化效果最好；空气帽出口直径为2.0 mm和2.5 mm时，喷嘴雾滴粒径较小。全尘和呼吸性粉尘降尘效率均随着液体帽注水孔直径和注气孔数量的增加呈现先增大后减小的变化规律，并分别在注水孔直径为1.5 mm和注气孔数量为4时获得最佳的降尘效果；随着空气帽出口直径的增大，全尘和呼吸性粉尘降尘效率均有所提高，但空气帽出口直径大于2.0 mm后，降尘效率增幅较小。综合考虑喷嘴雾化特性参数和降尘效率，对于喷嘴空气帽，其出口直径应选择2.0 mm；对于喷嘴液体帽，注水孔直径为1.5 mm和注气孔数量为4...     

基于喷嘴雾化参数的采掘工作面喷雾压力优化实验研究

为了对矿井采掘工作面喷雾压力进行优选,选择了4类矿井常用雾化喷嘴,对4类喷嘴在不同喷雾压力时包括雾化角、有效射程以及耗水量在内的喷嘴宏观雾化参数和雾滴粒径大小进行了测定,得出了喷嘴喷雾压力与喷嘴宏观雾化特性、雾滴粒径大小之间的关系,并以此为依据得出了采煤机和综掘机内喷雾压力应为2MPa,外喷雾压力应为4MPa,综放工作面放煤、移架、转载点、回风巷和综掘工作面转载点喷雾压力应为8MPa。现场应用表明,对采掘工作面喷雾压力进行优化后,综放工作面和综掘工作面降尘效果显著。     

矿山喷雾降尘技术研究与应用现状综述

喷雾降尘技术以其操作简单、成本低、降尘效率显著等优势,成为矿山井下应用最为广泛的降尘技术之一。但传统喷雾降尘技术普遍存在雾滴粒径大、耗水量多、呼尘沉降效率低等问题。针对以上问题,国内外学者对喷雾降尘技术开展了广泛研究,但对其研究与应用现状缺少深入总结。基于此,基于近20 a来矿山喷雾降尘技术的相关研究文献,梳理了喷雾雾化降尘机理、喷雾雾化效果评价参数与测试方法、喷雾雾化效果影响因素、喷雾降尘效率及其影响规律的研究现状。研究结果表明:喷雾雾化效果评价参数主要包括雾滴粒径、雾滴速度、喷雾射程等;喷雾雾化效果与喷嘴结构、气水压力、液体物理特性等参数密切相关;喷雾雾滴粒径越小、雾滴速度越快,其对粉尘的吸附沉降效率越高。针对矿山喷雾降尘技术研究现状,分析了目前存在的不足,并提出了未来的主要研究方向,即进一步探究喷雾雾化机理、完善喷雾雾化效果评价参数、规范喷雾降尘效率测定方法、关注喷雾添加剂对作业人员身体健康与工作环境的影响。     

供水压强对气水喷雾雾化粒度的影响

为了研究供水压强对气水喷雾雾化粒度的影响,基于自行设计的气水混合喷雾试验系统,在供气压强一定的情况下,利用Spraytec马尔文粒径分析仪在不同供水压强下对雾场雾化粒径进行测量,用电磁流量计和转子流量计对水流量和气流量进行测定.结果表明:当供气压强一定的情况下,随着供水压强增大,水流量逐渐增加,气流量缓慢减小;气液比随供水压强的增大而减小,且减小的幅度变缓,最后几乎保持不变;雾滴粒径随供水压强的减小而减小,当供水压强较小时,气液比大,雾化效果好,雾滴粒径可达20μm左右.     

高压喷嘴雾化参数的实验研究

喷雾降尘中风速对喷嘴雾化性能参数的影响直接影响喷雾降尘效果。为此,开展了风速对喷嘴有效水量及分布均匀度、雾粒粒径的影响试验研究,得出喷雾雾粒粒径与粉尘粒径分布范围接近时降尘效果最佳;随着喷雾压力增大、喷雾射程增加、喷雾流量加大,喷雾覆盖面积略微增加;而随风速增大,喷雾射程和喷雾覆盖面积大大降低;在风流的影响下,喷嘴有效水量为无风流条件下有效水量的80%左右。基于试验研究结果,在夏甸金矿卸载站矿车卸料点采用优选喷嘴喷雾降尘后,总粉尘和呼吸性粉尘浓度降尘效率分别高达91.1%和90%,降尘效果较好。     

喷嘴螺旋倾角对雾化性能影响的试验研究

通过试验研究以理解螺旋喷嘴的雾化性能。利用激光粒度分析仪和高速摄像机试验研究了喷雾锥角,喷嘴流量,喷雾射程,粒子速度,雾滴的平均直径(SMD)等性能参数。结果表明,在同一喷射压力下,液体的喷射距离、喷嘴出口雾化角和雾粒的轴向速度都随着喷嘴螺旋倾角的增大而减小,然而,喷嘴流量和雾粒SMD随着喷嘴螺旋倾角的增大而增大。在系统喷射压力为2 MPa时,螺旋倾角对喷嘴流量的影响最小,其减小幅度仅为0.004 L/s;且在距喷嘴口25 cm处,30°螺旋喷嘴在系统压力为3 MPa时,雾粒SMD最小,最小为30.04μm;在系统喷射压力为3 MPa时,螺旋倾角对雾粒轴向速度的影响最大,其速度变化幅度为10.3 m/s。