高壓霧化塵霧場雙流體耦合的除塵機理與套用基礎研究

《高壓霧化塵霧場雙流體耦合的除塵機理與套用基礎研究》是依託山東科技大學，由程衛民擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：高壓霧化塵霧場雙流體耦合的除塵機理與套用基礎研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：程衛民
• 依託單位：山東科技大學

項目摘要

本項目是針對目前礦山高壓噴霧降塵中霧滴如何高效捕集塵粒以提高降塵率而提出的。首先對礦山粉塵的微觀學特性進行實驗研究，並通過對高壓射流二次霧化、液滴對塵粒主動碰撞理論的分析，以完善和改進現有的高壓射流霧化及噴霧降塵的基本理論。基於歐拉－歐拉法模型與歐拉－拉格朗日法模型，建立適合於綜采工作面高壓霧化降塵過程粉塵－霧滴雙流體耦合的流體力學數學模型，並進行數值模擬，進而從理論上掌握綜采工作面生產現場粉塵與高壓霧化霧滴的相對運移規律及霧滴捕集粉塵的機理。採用自行設計與製造的高壓噴霧降塵實驗台，利用噴霧雷射粒度分析儀、顯微顆粒圖像分析儀等儀器對不同類型噴嘴所成霧場與粉塵場的耦合關係進行噴霧降塵實驗，以獲取霧滴與其捕獲塵粒之間變化規律的定量數學關係式。通過理論和實驗研究，提出高壓噴霧高效捕集粉塵的除塵機理，給出霧化霧滴捕集塵粒的最佳對應關係，為完善綜采工作面防塵系統和全面提高降塵效率提供理論基礎。

結題摘要

噴霧降塵是我國煤礦採取的主要防塵措施，由於對霧滴塵粒之間的耦合作用機理尚不明確，使得噴霧後雖可達到一定的降塵效果，但生產現場粉塵濃度仍較高，煤礦綜掘和綜采（放）工作面的全塵濃度最高分別可達1200mg/m3、3000mg/m3，呼塵則分別高達500 mg/m3、1300 mg/m3，遠超出國家相關安全規程和標準。該課題針對煤礦高壓霧化霧滴塵粒耦合作用機理進行了較為全面和系統的研究，採用DSA100型動態接觸角測量儀、Winner99型顯微顆粒圖像分析儀等儀器對煤礦典型綜放工作面各生產工序產塵塵樣的濃度、分散度等理化性質進行了實驗分析，確定了煤礦採掘麵粉塵塵粒理化性質，得到綜放面測塵點粉塵的粒徑範圍為1.0-38.2µm，D50的粒徑範圍在5.9-12µm，主要為呼吸性粉塵；通過對射流擾動控制方程及其解的分析，結合兩相流的噴霧概念模型，對典型水霧捕塵理論進行了改進；分析了噴入氣流中的液滴的運動狀態，並基於液滴對塵粒的主動碰撞理論，完善了典型水霧捕塵機理，建立了適合於煤礦綜放工作面噴霧降塵過程氣體－顆粒兩相流動的流體力學數學模型，採用FLUENT軟體並對風流－粉塵－霧滴的流場進行了數值模擬；以自行設計與製造的噴霧降塵實驗模型為平台進行了不同類型噴嘴所成霧場與粉塵場的耦合關係實驗，得到霧滴與其捕獲塵粒之間變化規律的定量數學關係式，確定了霧化霧滴捕集塵粒的最佳對應關係，並結合數值模擬結果，最終確定了煤礦綜放工作面高壓霧化霧滴塵粒耦合作用機理，並進行了工程套用。