气水喷嘴雾化特征与降尘效果分析

为提高气水喷嘴在煤矿井下高浓度粉尘作业场所的喷雾降尘效率,通过实验研究了气水喷嘴的雾化特性参数,得出了雾滴平均直径与气、水流量的变化规律;以煤矿综掘工作面气水喷雾降尘过程为研究对象,建立了相应的数学模型,推导出了气水喷嘴降尘效率的关系式,采用Matlab软件绘制了降尘效率曲线.研究表明:水流量一定时,气体流量越大降尘效率越大;气体流量一定时,降尘效率随水流量的增大先增大后减小;粉尘粒径越大,喷雾雾滴有效作用距离越长,粉尘越容易被沉降;要使气水喷嘴的降尘效率达到80%以上,气体流量必须大于150×10~(-5)m~3/s,最佳的气水流量比范围为100~150.依据工作面粉尘的粒径分布和降尘效率要求,参照相关曲线选择最佳的气水流量,可以达到更好的降尘效果和经济效益.     

双股射流碰撞雾化特征实验

为改善双股射流碰撞雾化器的雾化性能,基于自行搭建的射流碰撞雾化实验台,采用CCD拍摄技术,研究射流速度、碰撞角度、喷嘴出口内径和黏度对雾化特征的影响.结果表明:随着射流韦伯数和碰撞角度的增大,喷雾角增大,液滴的索太尔平均直径(SMD)减小,且液滴分布更加均匀;喷嘴内径较小时形成的液膜厚度较薄,稳定性差,喷雾角较小,在所研究的范围内,液滴的平均直径不受喷嘴内径的影响;液体黏度越大,液膜越稳定不易破碎,液膜尺寸越大,喷雾角越小,液滴的平均粒径越大;在韦伯数较小时,差异明显,而在较高的韦伯数条件下,差距较小.在进行40%浓度甘油溶液雾化实验时,观察到了液膜翻转现象,从碰撞点往下出现连续多个相互垂直的液膜.因此,增大射流速度、碰撞角度,减小液体黏度,有助于改善雾化性能.     

燃油锅炉配风器流动特性数值模拟研究

采用κ-ε模型,对配风器内回流区分布特性进行CFD模拟研究,以优化配风器结构,达到最优回流区分布.研究结果表明:入口角度减小,回流区尺寸减小,配风器沿程压损减小;入口速度降低,回流区尺寸减小,配风器沿程压损减小;压力增大,回流区尺寸增大,压损增大;流场温度增大,回流区增大,压损减小.     

煤层气井负压射流快速排煤粉装置研究

针对煤粉颗粒沉积在煤层气井底部导致埋泵等问题,提出利用射流泵的负压吸附原理和双层同心管柱结构,设计的负压射流快速排煤粉装置,能够快速清除井底煤粉.基于射流泵理论和能量守恒定律,采用洛伦兹混合损失模型,推导出该排煤粉装置的基本性能方程,并综合举升最小压力比,气蚀最大流量比以及效率最优面积比3种约束条件,对装置的具体性能进行了研究.研究结果表明:井深1 000m以上的煤层气井要求举升最小压力比达到0.75以上;面积比和动力液压力越小,井底压力越大,气蚀最大流量比就越大;效率最优面积比为0.27,面积比越大最优流量比越小.最后根据不同井况,在给定动力液压力和流量条件下,设计了喷嘴和喉管尺寸组合.     

双液滴撞击液膜的界面追踪法数值模拟

使用界面追踪法(FTM)模拟了双液滴-液膜撞击系统中液膜卷吸气体生成气泡以及中心射流破碎发展成二次液滴的过程,分析了气泡生成以及射流破碎的机制。研究了不同We数与无量纲液滴间距的影响,得出双液滴撞击液膜系统中能发生气泡卷吸的We数范围是30～276,并且随着We数和无量纲液滴间距的增大,卷吸气泡的成型时刻越早,其体积也越大。对于中心射流的破碎,研究发现,We数越大,中心射流就会越早发生破碎,无量纲液滴间距越大,中心射流发生破碎时的We数阈值就越小,并且形成的二次液滴与碰撞轴线的距离越远,但是体积会越小。     

轴向压及径向旋流风幕的形成与隔尘仿真

为了提高掘进面的风幕隔尘效果并降低粉尘体积质量,设计轴向压风幕及径向旋流风幕形成与隔尘仿真实验,确定2种风幕的形成规律与隔尘规律.1)形成规律:压风量越大,越不利于2种风幕的形成,但对轴向压风幕的影响更大;压抽比越大,越利于形成轴向压风幕,对径向旋流风幕的影响相反.2)隔尘规律:压风量越大,2种风幕的隔尘效果越优;当压风量增至300m3/min后,轴向压风幕消失,该条件下,压风量越大,迎头粉尘向外运移能力越强;压抽比越小,2种风幕的隔尘效果越优,且径向旋流风幕的效果提高更大;当压抽比为0.75时,2种风幕的隔尘效果均已接近最优值.径向旋流风幕的形成受通风条件影响较小,隔尘效果也更优,更适用于掘进面现场隔尘.     

油包水乳状液在圆柱电极聚结器中的分离特性研究

设计制作了一种带有绝缘层的圆柱电极静电聚结器,油包水乳状液流过电极,在电场力的作用下水滴聚结,经重力沉降达到油水分离的目的.通过室内实验,分析了油包水乳状液在这种电极作用下的油水分离特性,研究了圆柱电极的直径、长度和电场强度、含水率等因素对分离效率的影响.研究表明,在不发生电分散情况下,电场强度越大,油水乳状液在聚结器中的分离效率也越高;分离效率受电极作用时间和液滴间静电力的共同影响,在含水较低时,油包水乳状液中液滴间静电力小,电极作用时间的影响起主导作用.电极停留时间越长,分离效率越高;含水率升高,油包水乳状液中液滴间静电力增大,电极作用时间的影响作用减小,液滴间的静电力影响作用增大,液滴间静电力越大,分离效率越高.利用高速微观摄像系统拍摄并观察到聚结器出口液滴粒径比进口粒径明显增大,即圆柱电极静电聚结器对柴油一水乳状液具有良好的聚结效果.     

致密岩心带压渗吸的影响因素实验研究

为研究不同因素对于带压渗吸效果影响,结合低场核磁共振技术,开展5 MPa压差(基质外部流体压力与孔隙压力之差)作用下的致密砂岩带压渗吸实验,研究边界条件、初始含水饱和度、层理方向和矿化度等因素对带压渗吸的影响.结果表明,接触面积越大,渗吸置换效率(也称采收率)越高;初始含水饱和度越高,渗吸置换效率越低;沿垂直层理方向钻取的岩心样品渗吸置换效率高于平行层理方向岩心样品;矿化度越高,渗透压差越大,渗吸置换效率越低.研究结果为深入探讨带压渗吸作用,提高致密砂岩油藏采收率的内在机理提供参考.     

独头巷道火灾烟流滚退临界通风量研究

针对井下独头掘进巷道压入式通风模式下的巷道火灾,通过理论分析得到独头巷道发生火灾时临界风速及临界通风量计算公式。采用FDS计算流体软件,对不同火源位置、火源功率时的烟流滚退距离、逆流风速、临界通风量进行了模拟研究。结果表明:随着火源距掘进断面的距离越大,烟流滚退距离、临界通风量先增大后减小;随着火源功率的增大,烟流滚退距离、临界通风量均增大。对理论计算和模拟结果进行对比分析,验证了公式的可靠性,并通过相关系数检验,表明了二者的显著相关性。     

竖直细管中超临界二氧化碳传热数值研究

采用Realizable k-ε湍流模型对冷却条件下超临界二氧化碳竖直向上流过内径为0.4 mm的细圆管的对流换热进行了数值研究,分析了二氧化碳进口温度、质量流量、压力以及冷却水量等对二氧化碳对流换热的影响.研究表明,二氧化碳进口温度和冷却水量对于其换热过程的影响比较小;二氧化碳质量流量和压力的影响较为显著,质量流量越高,传热系数提高就越明显;压力越接近二氧化碳的临界压力,传热系数在临界点附近的变化越剧烈,峰值越大.     

柴油机微粒捕集器非对称孔道内流场和压降特性模拟

采用Fluent建立了柴油机微粒捕集器(DPF)非对称孔道的三维模型,计算了孔道内的流动和压降特性,分析了DPF内碳烟微粒的沉积过程,比较了不同壁面渗透率和碳载量下对称孔道与非对称孔道中的压降特性。研究结果表明:进口孔道速度沿轴向先增大后减小,出口孔道速度沿轴向逐渐减小;进口孔道静压沿轴向先减小后增大,出口孔道静压沿轴向逐渐减小;碳烟微粒总是先在孔道的后端沉积,随着碳载量增大,碳烟微粒沿孔道轴向分布逐渐趋向于均匀;绝对碳载量系数大于0.3时,非对称孔道相对于对称孔道具有较小的压降;进、出口孔道比例越大,压降受排气流量的影响越大。     

表面划痕对滚子副润滑状态的影响

基于试验中观察到的滚子表面划痕现象,采用数值方法研究了不同供油条件下,划痕对滚子副润滑性能的影响,并与已有试验进行了比较,讨论了划痕长度和深度的影响.结果表明,划痕会影响滚子副的油膜压力和厚度,使得划痕中心油膜压力减小,膜厚增加;同时,划痕边缘处油膜压力增大,膜厚减小.供油层厚度越小,即乏油程度越严重,划痕边缘处的油膜压力及其梯度越大,膜厚越小.划痕越长,划痕越深,划痕中心的油膜压力越低,而膜厚越大.因此,划痕虽增大了滚子副划痕中心的膜厚,降低其压力,但同时增大了划痕附近的压力,减小了膜厚,在乏油条件下尤其如此,因此,划痕会加速滚子副的局部磨损.     

声波对流化床内水平射流的影响

在内径140 mm,高1600 mm的声场射流流化床中,以催化裂化催化剂(FCC)和石英砂颗粒为床料,采用光导纤维探针测定了水平射流的射流深度和不同轴/径向位置的颗粒浓度分布。结果表明:射流深度随射流气速、流化数和射流管径的增大而增大,随床料平均粒径和密度的增加而减小,声场的引入可以增大射流深度。声压越大射流深度越大;声波频率在150 Hz时射流深度最大。颗粒浓度沿轴向高度的增大而增大,声波对射流区颗粒浓度没有影响,鼓泡区颗粒浓度随声压级的增大而增大,随声波频率的增大先增大后减小。     

液力透平进口截面对蜗壳内压力脉动的影响

为研究液力透平不同进口截面对蜗壳内压力脉动的影响,选取一单级液力透平为研究对象,利用流场分析软件CFD对该液力透平内流场进行三维非定常数值计算,在蜗壳内沿周向和径向设置监测点,计算各监测点在不同进口截面和最优工况下沿周向和径向的压力脉动,以及各监测点在不同流量和不同进口截面下沿径向的压力脉动,利用快速傅里叶变换对各监测点的压力脉动计算结果进行变换,分析各监测点处压力脉动的时域和频域分布。结果表明:蜗壳进口直径越大,隔舌处的压力脉动幅值越大;蜗壳进口直径越小,叶轮动静相干作用越强,蜗壳内压力脉动幅值越大;流量越大,不同蜗壳进口截面下蜗壳内压力脉动主频幅值之间相差越小;当离心泵用作液力透平时为了使液力透平能够较稳定运行,需适当减小液力透平进口截面面积。     

具有壅塞环的空化器特性数值分析

出现壅塞空化现象时,壅塞管内流场会发生剧烈变化。利用计算流体力学软件Fluent,采用标准模型k-和多相流空化模型,在不同入口速度和背压条件下对具有壅塞环的空化器进行数值模拟,分析空化器壅塞环在不同位置时,空化区域内静压力和空隙率的分布情况。试验结果表明:壅塞环可以增加壅塞截面下游的恢复压力,且壅塞环离环形喷嘴出口越远,作用越明显;壅塞环可以增大产生壅塞空化的最佳背压范围,且壅塞环离环形喷嘴越近,产生壅塞空化流动的背压范围越大。     

螺旋滚筒喷嘴内流场数值模拟研究

为提高螺旋滚筒的喷雾降尘效果,改善井下作业环境,基于流体动力学理论,建立喷嘴内部流场模型。对不同喷嘴口径、旋流芯中心孔口径以及喷雾压力的喷嘴喷雾过程进行数值模拟,得到不同参数条件下流体速度的分布规律:喷嘴口径在一定范围内适当增大能够增加内部湍流区域,进而提高出口位置流体的流出速度;旋流芯中心孔直径的增大虽然在一定程度上增加中心孔射流对旋流场的扰动,但是对流体喷出速度影响不大;随着喷雾压力提高,流体内部湍流动能得到加强,喷嘴出口流速得到提高。对工业性试验中工作面粉尘质量浓度进行测定,在滚筒喷雾系统开启后降尘率达到90%以上,工作面粉尘质量浓度得到了有效降低。     

高炉渣气雾粒化性能试验研究

针对高炉熔渣的粒化环节,在气淬的基础上加入喷雾射流,通过实验研究了不同气压、水流量和出渣温度对熔渣粒化性能的影响,包括熔渣颗粒的飞行轨迹、粒径分布、成珠率等。结果表明：气量和水量的增大有助于提供给渣流更多的动量,使渣粒的飞行时间越长,渣粒落地粘壁的比例越小;喷雾射流的加入在水流量小于1.5 L/min时,在一定程度上可以强化熔渣的破碎过程,使渣粒平均粒径减小,随着喷雾量的持续增加,熔渣的粒径分布整体呈先减小后增大的趋势,熔渣成珠率先增大后减小;随着气流速度的增大,渣粒的平均粒径先逐渐减小,后趋于稳定,渣粒的成珠率随着气体流速逐渐增大后逐渐趋于稳定值,最大约83%;渣流温度的不同导致其具有不同的黏度,渣流温度越大,黏度越低,成珠率越好,粒径越小,熔渣的粒化性能越好。     

基于Fluent的前混合磨料水射流高压管道流场的数值模拟

利用Fluent软件对前混合磨料射流技术高压管道中的液固两相流场进行数值模拟,得出了水、磨料在管道中速度云图和磨料的体积分数分布图,考察了磨料浓度,高压管直径及水流量等参数的影响。结果表明,磨料浓度越大,水和磨料在出口处获得的平均速度越小,实现水和磨料的充分混合的距离越长。在流量一定的情况下,随着管道直径的增大,水的入口速度减小,水和石英砂的出口处平均速度v减小,而在管径相同或入口速度相同的条件下,水流量越大出口平均速度越大,磨料的密度对出口速度影响不大,但密度大的磨料需要经过较长的距离才能和水实现充分完全的混合。     

以粉煤灰和碎玻璃为主要原料研制泡沫玻璃

对发泡剂种类与掺量、发泡温度和时间、烧结温度和时间以及稳定剂掺量对泡沫玻璃质量的影响进行讨论,并得到制备粉煤灰泡沫玻璃的最佳工艺参数。对比了添加黏土与不添加黏土的粉煤灰泡沫玻璃的性质,分析了黏土对制作粉煤灰泡沫玻璃的影响。结果表明,当主要原料为37%的粉煤灰、58%的碎玻璃和5%的黏土时,添加7.5%的碳酸钠和2.5%的碳粉作为发泡剂,1.5%的磷酸钠作稳定剂,1.5%的硼酸作助熔剂,830℃下发泡60min,930℃下烧结60min,得到的泡沫玻璃质量最好。黏土有增大泡沫玻璃强度的作用。     

Na2B4O7·5H2O对用高钛高炉渣制备微晶泡沫玻璃的影响

为更好地利用废弃物高钛高炉渣,本文以高钛高炉渣和废玻璃为主要原料,硼砂Na2B4O7•5H2O为助熔剂,AlN为发泡剂,通过 “一步法”,即同步实现发泡和析晶,在1000 ℃制备了微晶泡沫玻璃。通过对微晶泡沫玻璃进行XRD、SEM检测分析,及物理、力学性能测试,研究了助熔剂添加量(4~7wt.%)对微晶泡沫玻璃的物相、微观组织和性能影响。结果表明：助熔剂添加量对微晶泡沫玻璃的物相影响不大,仅为不同辉石类间转变,即由透辉石、钙铁辉石和绿辉石向普通辉石转变;随助熔剂添加量增加,体系软化程度显著增加,孔壁更密实,气孔显著增大,有连通孔形成;微晶泡沫玻璃的气孔率增大,体积密度、抗压强度和导热系数减小。当助熔剂添加量为5wt.%时,微晶泡沫玻璃的综合性能最好。