基于CFD的矿用旋流喷嘴结构仿真研究

煤矿降尘喷雾系统的核心部件为喷嘴,喷嘴的雾化效果直接影响降尘的效率和效果,为研究旋流喷嘴的雾化效果,利用Fluent仿真软件对喷嘴导流芯旋流腔圈数及喷嘴出口长径比进行数值仿真模拟,同时对喷嘴局部能量损失提出相应优化。结果显示:旋流状态下流体的平均出口速度可以大大提高,相同进口压力下随着旋流腔圈数的增多,流体出口速度会降低;喷嘴出口长径比对出口湍流动能影响较大,一定条件下增大长径比可以提高雾化效果;出口轮廓会影响喷嘴局部能量损失,收缩角局部设置成流线型能量损失减少。     

煤矿喷雾降尘系统雾化喷嘴的CFD数值仿真研究

矿井采煤过程中会产生大量的粉尘,目前主要以喷雾降尘为主。为深入研究入射水压和喷嘴口径对喷嘴内部流场和雾化效果的影响。笔者利用FLUENT软件对常用的带旋流芯的喷嘴在不同入射水压下内部流场进行了数值模拟仿真,得出了喷嘴内部的速度场在不同入射压力下的分布规律,以及在同一入射压力(1 MPa)下,不同口径喷嘴内部流体运动规律。并得出在一定范围内,喷嘴入射压力越大,雾化效果越好;喷嘴口径越大,雾化效果越好这一结论。     

矿用降尘自激振荡喷嘴腔体直径仿真和实验优化

针对影响自激振荡喷嘴的关键参数,分别利用流体动力学软件仿真和实验测试研究了自激振荡喷嘴内外流场。结果表明:在贴近喷嘴两侧壁面处及碰撞壁处会产生涡旋,涡旋的存在可以基本充满整个喷嘴内部腔体,使喷嘴内部湍流扰动得到加强。腔体直径准15 mm喷嘴内部扰动达到最强。雾化粒度D_(50)随着射流水压的增加均表现出减小的变化规律。雾化粒度D_(50)随喷嘴腔体直径的增加表现出单调减小的变化规律。综合考虑选取喷嘴腔体直径准15 mm是较为优的选择。     

脉冲来流下自激振荡喷嘴仿真研究

保证自激振荡喷嘴结构参数不变,利用FLUENT软件对脉冲来流喷嘴的振荡特性仿真分析。通过设定不同来流频率和来流速度,分析了腔内压力和速度变化趋势。仿真结果表明,脉冲来流会显著提高射流振荡效果,且当来流频率接近喷嘴装置固有频率时,出口压力峰值最大可提高3.2倍;来流速度与喷嘴结构存在一个最优匹配关系,使射流出口压力峰值达到最大。仿真结果与基于涡旋理论的自激振荡发生机理结论相符,对自激振荡喷嘴优化设计具有一定的指导意义。     

基于CFD的纵向旋流喷嘴参数优化

为解决矿用旋流喷嘴耗水量大、雾化效果差的问题,提出影响喷雾效果的相关参数:旋流芯螺旋角度、喷嘴收缩段与旋流段长度比;运用CFD流体力学和VOF多相流理论对喷嘴内部流场进行数值模拟分析。仿真结果表明:旋流芯螺旋角对喷嘴出口速度和湍流动能影响较大,根据需要适当增大螺旋角有利于提高雾化效果,进口压力相同时螺旋角为40°的喷嘴出口速度增幅最明显;合理选择收缩段与旋流段长度比可有效提高喷嘴雾化能力,两者长度相等时出口水平中心速度峰值位于轴心,水流出射均匀、喷雾效果较好。     

矿井喷雾降尘超声雾化激振喷嘴参数优化仿真分析

为了提高矿井喷雾降尘用喷嘴的水射流雾化效率,设计了一种结合自激振荡的高效雾化喷嘴,并通过数值仿真的方法对其关键参数进行优化。研究结果表明:当通道内有流体通过时产生了速率呈现层状分布特征,在喷嘴腔内形成涡旋流场,在靠近谐振腔的前部区域喷嘴速度达到100 m/s以上;当超声波和自激振荡波发生共同作用时,喷嘴内达到最优湍流扰动效果,获得更优的雾化效果;当角度变小后获得更大的内腔体积,处于60°～70°的碰撞壁角度范围内,涡旋对喷嘴内腔形成充满状态,获得更明显湍流作用;在谐振腔达到3 mm的深度时,实现了最优灌入效果,并且激波也明显增强;随着谐振腔深度的增加,湍流动能表现出单调减小的变化规律;处于更大的谐振腔深度下,湍流动能随之提高,由此实现更强湍流作用。     

基于CFD的矿用高压喷嘴数值模拟研究

矿井采煤工作面是最主要的产尘场所之一,目前主要以喷雾的方式进行降尘。为解决雾化效果差的问题,提出一种空心螺旋导流芯式高压喷嘴,利用FLUENT软件对不同喷口直径以及在不同入口流量下的喷嘴内部流场进行数值模拟。仿真结果表明:此旋流状态下流体的平均出口速度大大提高,喷嘴中心出口速度可达到150 m/s,且在一定条件下高速流体出口面积出现峰值,喷雾效果最佳,为矿井降尘中此类旋流喷嘴的设计研究提供了思路。     

巷道洒水车喷嘴选择及优化布置

对巷道喷雾洒水车的喷嘴选择及布置情况进行了研究。为加大雾化角度,喷嘴选用螺旋喷嘴,通过Fluent流体力学得到了单个喷嘴的水流压力图和流速图。利用空间几何确定6个喷嘴的安装分布,并通过Fluent软件进行了喷雾颗粒的仿真分析,得出的喷雾轨迹图,验证了喷嘴选择及布置的合理性。     

新型防冻液喷嘴流体特性分析与结构优化

用Fluent软件对某型号扁平扇形喷嘴的内外流场进行了数值模拟,并指出实际使用中存在的防冻液泄漏问题。对此设计了带止漏圈的新型喷嘴,并进行建模和仿真。研究表明,该新型喷嘴在入口表压力达到0.7 MPa及以上时,既可实现预期喷洒效果,又解决了漏液问题,为设计结构合理的新型止漏喷嘴提供了重要的理论依据。     

基于CFD的矿用催化甲烷传感器气室设计优化

为了优化矿用催化甲烷传感器的响应速度,利用计算流体动力学(CFD)对传感器气室的内部流场与甲烷扩散特性进行数值模拟分析。通过改进出气口的设计,利用螺纹配合间隙进行排气,成功加快气室内部甲烷扩散,使传感器的响应时间降低30%以上。     

降尘用超声雾化喷嘴内流场仿真及参数优化实验研究

通过数值计算和实验测试手段研究了降尘用超声雾化喷嘴的内外流场。结果表明:通过超声雾化喷嘴内部流场的压力和速度矢量分布可以看出:射流喷嘴进口处和超声波振荡腔内部的压力分布较大。液体速度经过超声波振荡腔后速度减小,并且在喷嘴内部形成了漩涡。随着射流水压的增加,雾滴D50表现出明显减小趋势。随着以射流喷嘴口为起点距离超声波振荡腔的相对距离的增加,雾滴D50表现出先减小后增加,雾滴速度表现出先增大后缓慢减小,得到最佳的超声波振荡腔位置为3.5 cm。     

采煤机内外喷雾系统的优化研究

煤矿采掘机械化使得煤矿作业高产高效,但同时也因增加了井下粉尘产量而恶化井下作业环境。采煤机内外喷雾系统进行喷雾降尘是综采工作面粉尘防治的有效措施,但由于设计与使用等方面的问题,并未达到很好的除尘效果。通过Fluent软件对内喷雾系统降尘喷嘴不同安装位置对其除尘效果的影响进行了数值模拟研究,获得了喷嘴位置的优化设计结果。根据现场应用环境对外喷雾系统的中压喷雾降尘模块及喷嘴结构进行了优化设计,现场试验表明优化后的系统获得了更好的除尘效果。     

矿用湿式除尘器喷雾结构分析及优化研究

通过分析喷雾方式、喷雾流量与除尘器性能的关系,结合应用环境对矿用湿式除尘器喷雾结构进行优化设计,得到了较好的喷雾结构,并实现除尘器低内阻、低耗水目标。通过在川煤集团嘉阳煤矿现场应用证明,该湿式除尘器能够有效抽吸现场含尘气流,工作面降尘效率达96.64%,明显改善了工作面作业环境。     

煤层水力冲孔喷嘴的设计研究

冲孔器是煤层水力冲孔的关键设备,为提高冲孔效果和效率,设计了一种结构简单、安装使用方便的水射流喷嘴。通过理论分析和计算推导,得到喷嘴直径、效率以及作用力的计算公式,并利用数值模拟软件分析了喷嘴收缩角、长径比对喷射效果的影响。结果表明：喷嘴直径是影响水力冲孔效果的关键因素;并且当收缩角取10°～15°、长径比取2～3时,水力冲孔效果最好,效率最高。     

基于CFD内壁微振荡腔喷嘴雾化特性数值研究

为了研究喷嘴内部结构对矿井喷雾除尘的影响,利用Fluent软件,基于网格独立性检验和SIMPLEC算法对不同结构的内壁微振荡腔喷嘴的内部流场进行数值模拟。结果表明:喷嘴内壁微振荡腔的结构对出口速度影响较大,入口压力8 MPa时两喷嘴出现速度极差;两喷嘴在流场中沿着轴线方向速度逐渐递增,最终在喉道段产生最大速度;阶梯式内壁微振荡腔喷嘴与规则的内壁微振荡腔喷嘴相比,出口速度更大;在内壁微震荡腔喷嘴中,雾化现象都在微振荡腔内部以及腔体开口处产生,并且会在微振荡腔内产生不同程度的涡流。     

基于多指标正交实验的高压雾化喷嘴优选

高压雾化喷嘴的优选是涉及多因素、多指标的综合性问题。提出采用多指标正交实验的方法,以煤矿采煤面常用的3大类高压雾化喷嘴为例,采用极差分析、方差分析对喷嘴的实验结果进行分析与讨论,最终确定最优组合为c类型、喷嘴孔径为1.6 mm的7#高压雾化喷嘴,喷雾压力为8 MPa,并将7#喷嘴在高庄煤矿采煤工作面进行了应用。通过现场实测,采取优选喷嘴的综合降尘措施后,采煤工作面有人作业处喷雾降尘效率达到83.9%以上。     

电介喷嘴高效喷雾降尘的试验研究

对电介喷嘴和普通喷嘴喷雾时的水雾荷质比和降尘效率进行了试验研究，分析了电介喷嘴喷雾对降尘效率的主要影响因素，从而确定出电介喷嘴的最佳使用水压条件。     

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。     

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...