诱导气流对转载点雾化特性影响规律的数值模拟与试验

为了解决疏水性煤尘难润湿、微米级粉尘降尘率较低等难题,选取1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([Bmim][Cl])、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([Bmim][BF₄])、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([Emim][BF₄])3种咪唑类离子液体,开展不同变质程度的煤尘表面润湿特性试验研究,分析不同阳、阴离子数的复配活性水溶液对煤尘润湿性能的影响规律。结果表明,阳离子[Emim]⁺和[Bmim]⁺能有效屏蔽阴离子[BF₄]^-、Cl^-之间的静电相互作用,促进阴离子在气—液界面之间的吸附和聚集,致使表面张力、接触角均随活性水溶液的离子液体质量分数的增大而逐渐降低;咪唑阳离子侧链上的H原子与煤中的—OH、—COOH等基团形成氢键,破坏了煤中原有氢键,提高了离子液体对煤的溶解能力,长焰煤的润湿效果最好,褐煤次之,焦煤最差;复配后的活性水溶液通过破坏煤中官能团增强了对煤结构的溶解能力,降低了水的表面张力并提高溶液的润湿能力,复配溶液实现了协同增润作用,可为开发新型润湿剂提供新的思路和方向。

     

带式输送机用无动力气流除尘装置数值模拟与实验研究

散料输送过程中产生的粉尘危害极大,针对散料输送系统转载点处的粉尘浓度过高问题,研发了一种应用于带式输送机转载点的无动力气流除尘装置。并基于FLUENT,运用数值模拟并采取实验研究,对不同导料槽长度和不同带速下的除尘效果进行分析和比较,研究结果表明,该除尘装置结构合理,可应用于工业现场,其除尘效果随着导料槽长度的加长和带速的提高而提升。     

煤矿井下输煤转载点煤尘污染规律的CFD-DEM数值研究

为掌握输煤转载点粉尘污染与风流速度三维分布的关系,以蒙东能源敏东一矿00工作面2号转载点为研究对象,利用CFD-DEM和有限元方法,采用k-ε湍流模型和COMSOL软件,建立了该转载点风流三维分布的数值模型,计算获得了其风流的三维分布规律,结合现场测试数据,分析了该转载点粉尘严重污染的风流影响机理。结果表明:带式输送机牵引风流与两巷道压风风流的混合是风流在转载点涡旋、紊乱现象的动因。得到了5～50μm不同粒径粉尘扩散的三维时空分布,针对性的提出外破坏涡旋、内合理布置、干湿降尘并举的治理方案,并设计湿式降尘方案。     

煤炭运输转载点粉尘沉降规律的研究

运煤系统中的转载点是产生粉尘的重要源头,为了降低粉尘的产生,文章分析了粉尘的受力、粉尘沉降和风流的关系,以气固两相流理论为基础,用FLUENT软件模拟分析了风流作用下的粉尘沉降规律,从而为运煤系统粉尘的治理提供了理论依据。     

诱导气流对脉冲喷吹滤筒除尘器清灰影响的研究

采用理论模型分析和实验方法,研究喷吹压力、诱导流量与诱导距离三者的相互变化对滤筒清灰效果的影响。结果表明：在其他参数不变的条件下,任一断面诱导气流量与诱导距离成正比,断面平均流速与诱导距离成反比,滤筒清灰效果取决于二者相互作用的结果;实验验证了在诱导距离为150 mm时,6 mm超音速喷嘴形成的脉冲诱导气流对滤筒的侧壁压力峰值大约为4mm喷嘴的2～3倍。     

诱导气流对脉冲喷吹滤筒除尘器清灰影响的研究

采用理论模型分析和实验方法,研究喷吹压力、诱导流量与诱导距离三者的相互变化对滤筒清灰效果的影响。结果表明：在其他参数不变的条件下,任一断面诱导气流量与诱导距离成正比,断面平均流速与诱导距离成反比,滤筒清灰效果取决于二者相互作用的结果;实验验证了在诱导距离为150 mm时,φ6 mm超音速喷嘴形成的脉冲诱导气流对滤筒的侧壁压力峰值大约为φ4 mm喷嘴的2~3倍。     

胶带输送机转载点除尘装置的设计与应用

在煤矿井下产生粉尘的主要地点之一——胶带输送机转载点处,粉尘的治理因种种原因没有得到根本改善。详细分析了制约粉尘治理的外在因素和内在因素,研制出一种新的密闭式喷雾除尘装置。该除尘装置有效解决了外部环境因素和内在水压、雾化粒径、水滴和尘粒的相对速度等内因造成的不利影响,使除尘效率得到了极大提高。     

负压降尘装置雾化特性的理论研究与数值模拟

通过理论分析与推导,得出了高压水射流负压降尘装置的雾化特性,推导了供水压力、喷嘴直径和水雾SMD(索特平均直径)之间的关系,并通过数值模拟的方法仿真了高压喷雾的雾化特性。     

高溜井卸矿冲击气流产生规律及其影响因素的数值模拟

高溜井卸矿过程中产生的冲击气流是卸矿硐室及其附近巷道产尘的主要原因,本文采用考虑气固两相间双向耦合作用及颗粒间碰撞作用的密相DPM模型进行模拟,对气相和颗粒相分别采用欧拉法和拉格朗日法建立控制方程,数值模拟研究高溜井卸矿时冲击气流产生及其与各影响因素之间的关系。计算结果表明：冲击风速随卸矿流量的增加而增加,但其增幅随卸矿流量增加而减小,最大冲击风速与卸矿流量成近似幂函数关系,且卸矿高度越大,幂指数越大,模拟得幂指数范围为0.593~0.732;卸矿高度越高,冲击气流越大,且最大冲击气流与卸矿高度的1.05次方近似成正比;矿石粒径越大,冲击气流越小,最大冲击风速与矿石粒径的-0.63次方近似成正比;多中段同时卸矿时,各中段产生的流场会相互作用,从而降低冲击气流的叠加。     

SCX超细分级机气流预分散特性与数值模拟研究

运用CFD软件对预分散装置的几何结构进行数值模拟,建立了局部颗粒浓度与平均颗粒浓度的的关联曲线来表征分散性的好坏,得出了一组较优设计目标。以重质碳酸钙为物料在SCX400超细分级机上进行筛余实验并绘制Tromp曲线,通过对实验结果的分析定性验证了数值模拟的正确性。     

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。     

喷嘴喷雾压力与雾化粒度关系的实验研究

对喷嘴雾化粒度的指标和雾化粒度的测定方法进行了分析,利用Winner313激光粒度分析仪设计了喷嘴雾化实验系统,对煤矿采煤工作面常用的5种喷嘴进行了5个压力下的雾化粒度测定,得到了各类喷嘴在不同压力下的D50、D90、D[3,2]等数据,根据数据分析得出：要对呼吸性粉尘有较好的捕集作用,就必须实现高压喷雾;8 MPa作为支架和煤机喷雾压力时的雾化粒度对采煤工作面降尘效果最佳。通过在综放工作面的实际应用,降尘率平均在90%以上。     

三点弯曲作用下不同粒径组成的类岩石材料声发射特性试验研究

为探讨粒径组成对三点弯曲受拉破坏材料的声发射(AE)特性的影响规律,制备了4种粒径的类岩石材料试件,分别进行三点弯曲声发射试验,分析了各试件加载过程中的力学特性和声发射特性。研究表明:类岩石材料的三点弯曲荷载-位移曲线经历非线性和近似线性2个阶段;随着粒径的减小,峰值荷载和到达峰值荷载时的声发射累计事件数均呈增大趋势,声发射累计撞击数与声发射累计能量的比值r的最大值也呈减小趋势,说明粒径越小产生相对高能量的声发射事件越多,振铃计数的关联维数D值变化幅度呈减小趋势,同时,到达最低点时的相对荷载水平越高。r值升高后再次降低到持续的低值阶段为孕育主破裂阶段,可将D值的最低值作为主破裂前兆点。     

高压喷雾引射降尘装置的理论与实验研究

针对我国综放工作面呼吸性粉尘浓度高且难于控制的实际情况,根据高压射流和空气动力学有关理论,提出了一种缩放喷管式高压喷务引射降尘装置,并对其工作机理作了深入分析;借助于计算流体动力学方法,从理论上系统地研究了喷雾装置的内部流动特性。计算结果表明,在经济有效的喷雾压力下,缩放喷管以丘里管方式工作;在适当的渐缩角、渐扩角、过渡圆弧和各段长度条件下,可获得最佳的引射效果,对主要结构参数优选后的喷雾引射装置地面实验和井下初步应用表明,在同等条件下,该装置引射含尘气流的能力接爱最高水平;对周围环境中呼吸性粉尘降尘率达到70％以上。     

煤粉的分形特征及其对水煤浆级配的影响

为进一步研究分形理论与煤粉粒度级配的相关性,运用分形理论分析了张家峁煤矿水煤浆厂不同粒度煤粉的粒径分布特性,利用激光粒度分析仪测试不同中位径煤粉的粒径分布曲线,通过作图计算发现lnyV(r)-lnr有很好的线性关系,呈现分形特征,分形维数在2.3以下。对水煤浆级配的两种经典模型Alfred模型、Rosin-Rammler模型进行分形分析,分形维数在2.5以上。将中位径为6μm的煤粉样品分别与中位径29μm和90μm的煤粉等比例级配,其结果分形维数也都在2.5以上,高于未级配煤粉分形维数,因此分形维数是级配的特征参数。级配过程提高了煤粉的分形维数,通过测定煤粉的分形维数可评判级配的好坏,以及粒度分布是否接近理论模型。     

微裂隙中水泥浆液渗滤效应的可视化试验研究

在微裂隙岩体注浆过程中,水泥浆液的渗滤效应对注浆效果的影响显著。自主研制了一套微裂隙注浆可视化试验系统,该系统由注浆系统、微裂隙模型以及监测系统3个部分组成,监测系统又分为显微监测系统和压力流量监测系统。当水泥浆液进入微裂隙模型后,利用显微监测系统对裂隙入口处的渗滤效应进行实时观测。利用压力流量监测系统对注浆试验过程中的注浆压力以及累计流量进行自动记录。运用自主设计的微裂隙注浆可视化试验系统,对微裂隙中的水泥浆液渗滤过程进行试验研究。采用3种水泥浆材(超细水泥Ⅰ、超细水泥Ⅱ和普通水泥),研究在注浆压力2.0 MPa、水灰比1.0的条件下,不同水泥颗粒粒径大小在不同裂隙开度下的浆液渗滤效应。通过试验发现,当裂隙开度较小时,在裂隙入口处形成了完整的半圆拱形滤饼;随着裂隙开度的增加,在裂隙入口处形成断续分布状滤饼;当裂隙开度增加到无渗滤发生时,裂隙入口处仅残留少量水泥颗粒附着物。通过试验获得了3种水泥的最小可注入裂隙开度大小b min和最小无渗滤裂隙开度大小b crit:超细水泥Ⅰ的b min和b crit分别为80和280μm;超细水泥Ⅱ的b min和b crit分别为100和300μm;普通水泥的b min和b crit分别为140和310μm。研究结果发现水泥粒径的减小对最小可注入裂隙开度大小的影响较大,但对最小无渗滤裂隙开度大小的影响较小。结合渗滤趋势k值,发现随着水泥粒径的减小,相应的k min和k crit值会随之增加,水泥浆液更容易在裂隙入口处发生渗滤,这是因为超细水泥比表面积更大,水泥颗粒间易发生团聚。     

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。     

煤矸破碎粒度分布规律的分形特征试验研究

为寻找煤矸破碎粒度的分布规律,根据分形理论建立了煤矸破碎粒度分布的分形表达式,并与威布尔分布比较,寻找煤矸破碎特性指数、破碎程度参数、分形维数与各影响参数的关系。首先对不同杆数的滚筒进行煤矸破碎试验,根据实验结果选择合适的杆数,并对参数间的关系进行探讨;其次,对不同杆形的滚筒进行煤矸破碎实验,根据实验结果确定杆形对煤矸破碎粒度分布的影响;最后对不同地质条件下的煤矸进行破碎实验,研究不同硬度的煤矸对煤矸破碎粒度分布的影响。研究结果表明：杆数为6、杆形为三角杆的滚筒破碎效果最好。威布尔分布、分形分布均可表示煤矸破碎粒度的分布规律,但用分形分布表示煤矸破碎粒度的分布规律,能更好地表达煤矸破碎粒度的的分布规律,可以更好地指导生产。     

垃圾与煤混烧烟气脱酸的模拟及实验

通过在喷雾干燥塔内加装均流装置优化垃圾与煤混烧的烟气净化塔结构,利用Fluent软件包,对加装均流装置的喷雾干燥塔的烟气脱酸过程进行数值模拟。结果表明：塔内烟气充满度更高,流场得到优化;垃圾与煤混烧比增大时,SO 2浓度减小,HCl浓度增加;SO 2、HCl的净化效率随均流装置开孔区域直径的增加而增加、随化学计量比的增加而增加,HCl的净化效率随化学计量比增加的趋势不如SO 2明显;SO 2、HCl的净化效率随着Ca(OH) 2浆滴粒径的增加,都是先升高,后降低。     

精确化磨矿对钨矿粒度分布特性的影响研究

为探明精确化磨矿技术对工业磨矿产品粒度特性的影响,通过实验室对比试验研究发现,精确化制度下的磨矿产品粒度分布更合理,其-0.074mm产率由34.76%提升至44.64%,而过磨粒级与现场一段排矿基本保持一致,有效改善了钨矿石磨矿产品中钨金属的分布特性,与一段溢流产品相比,精确化闭路磨矿产品中-0.15+0.010mm粒级钨金属含量高出现场一段溢流15.93个百分点,-0.010mm粒级钨金属含量低于现场一段溢流26.52个百分点。精确化磨矿后的浮选产品中钨粗精矿回收率比精确化磨矿前高出5.92个百分点,增幅为23.61%;尾矿产品比精确化磨矿前的低出10.00个百分点,降幅为31.95%。对香炉山钨矿三选厂进行了精确化磨矿工业试验,与工业试验前相比,精确化磨矿工业应用后一段分级溢流产品中+0.15mm粒级和-0.010mm粒级含量分别减少了7.41%和11.25%;-0.15+0.010mm粒级含量从66.44%提升至67.76%,增幅为4.52%;-0.010mm粒级中钨金属含量减少了20.51%;-0.15+0.010mm粒级中钨金属含量从79.59%提升至82.75%,增幅为3.97%;钨尾矿中-0.010mm粒级减少了11.90%; -0.010mm粒级和+0.15mm粒级中钨金属量分别减少了30.92%和11.83%。三选厂钨金属回收率从78.65%提升至80.80%,提升了2.15个百分点,增幅2.73%。精确化磨矿试验证实了对香炉山钨矿磨矿产品粒度特性分布改善和浮选指标提升均取得显著效果。