气动旋转射流风幕风速空间分布与控尘性能研究

摘要：为有效控制挖掘作业中由煤尘扩散引起的巷道内部环境污染,通过CFD软件数值模拟与相似实验平台相结合的方法,研究分析了气动旋转射流风速场的空间分布规律和控尘性能。研究结果表明：射流风速20-30 m/s时可形成稳定风幕;气相流场速度分布规律随射流风速的增大逐渐提高且风幕形成度越好,同时形成旋转的环状风速区域;射流风速随扩散距离沿流向迅速衰减,出口射流风速具有较高的衰减率规律,相似实验与数值模拟具有较好的相似度;最佳控尘射流风速为30m/s,测点1全尘浓度由433.9 mg/m3降至161.4 mg/m3,呼吸性粉尘由135.5 mg/m3降至55.3 mg/m3,测点2分别降至121.4mg/m3和30.3 mg/m3,气动旋转射流风幕单独用于控制掘进工作面的粉尘污染时,其控尘性能较低。     

掘进机外气动涡旋雾幕控尘装置的研制与实验

为有效控制由掘进机截割头旋转破碎引发的粉尘污染,基于高压喷雾在涡旋气体射流场中的运动规律及二次雾化破碎特性,研制了一种可以阻隔工作区域高质量浓度粉尘迁移扩散的新型掘进机外气动涡旋雾幕控尘装置。绘制了包含掘进系统的气动涡旋雾幕控尘装置的比例模型,并通过利用CFD数值模拟软件获得该型设备外部风流场迁移规律和液滴粒子运动规律,以模拟结果为理论基础建立实验平台,并对设备的雾化性能及控尘性能进行了实验测定。模拟结果表明:在环状风筒前端形成了完整旋转风幕,外环高压喷雾受内环高速旋转风流冲击,加剧了液滴的破碎、迁移扩散与捕尘性能。雾化性能实验结果表明:该型设备雾化性能主要由气体射流与高压喷雾的相间速度差决定,喷雾夹角为45°～75°,相间速度差较大,气相射流风速对雾化性能影响占主导地位;喷雾夹角大于75°时,相间干涉减小,喷雾压力占主导地位;随着沿流向方向的距离增大,风速快速衰减,液滴运动趋于稳定。控尘性能实验研究结果表明:当喷雾压力、喷雾夹角不变的情况下,单独提高引射射流风速时,涡旋雾幕前方粉尘捕集较差,全尘和呼尘平均捕集率分别为21.21%和26.24%;而雾幕后方,不同风速下的全尘捕集率分别为84.98%,87.88%和90.70%,呼吸性粉尘捕集率为83.89%,87.87%和88.71%,照比传统高压喷雾表现出更好的控尘性能。     

通风系统扰动下旋动雾幕控尘技术研究北大核心

为解决掘进机截割头处煤尘扩散污染问题,基于完整掘进工作面模型建立了数值分析模型和相似实验系统,对旋动雾幕控尘系统在井下辅助通风系统扰动下的雾幕完整性与控尘性能进行研究分析。模拟结果表明:随着辅助通风系统压风风量的逐步增大,旋动雾幕逐渐被破坏,当相似压风风量大于4 m^(3)/min时,旋转的液滴脱离原有运动轨迹由掘进机回风侧向后扩散。实验结果表明:旋动雾幕具有一定的抗干扰性,与模拟结果较一致;当雾幕完整时均能达到较好的控尘性能,当压风风量逐渐上升到4 m^(3)/min时,司机位置处可保持较高的降尘效率,但掘进机后5 m处总粉尘和呼吸性粉尘降尘效率表现出较明显的降低,分别由97.6%、96.4%降为89.4%、85.8%,保持辅助通风风速小于3.3 m/s时可获得较好的旋动雾幕控尘效果。