本文關(guān)鍵詞：掘進(jìn)工作面環(huán)流氣水霧化除塵裝置的研究

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【摘要】：掘進(jìn)工作面高濃度粉塵的存在，使工作環(huán)境污染嚴(yán)重，對(duì)工人的健康和礦井的安全生產(chǎn)造成了重大威脅。目前掘進(jìn)工作面主要采用濕式打眼、掘進(jìn)機(jī)內(nèi)外噴霧等濕式降塵方式，已取得了較好的效果。但應(yīng)用中還存在一些不足：噴嘴易堵塞、霧化程度低；噴霧系統(tǒng)需配備加壓設(shè)備對(duì)水源加壓，，設(shè)備整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜；噴霧系統(tǒng)耗水量大，易產(chǎn)生積水現(xiàn)象，加速了機(jī)械設(shè)備的銹蝕速度。因此開(kāi)發(fā)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)需加壓設(shè)備、耗水量低的噴霧降塵裝置就顯得尤為重要。 本文利用數(shù)值模擬的方法對(duì)掘進(jìn)工作面壓入式通風(fēng)條件下的粉塵分布情況進(jìn)行了仿真研究，得到掘進(jìn)機(jī)影響下的粉塵分布規(guī)律：粉塵質(zhì)量濃度在掘進(jìn)機(jī)前端較高，掘進(jìn)機(jī)后端粉塵質(zhì)量濃度緩慢下降并趨于穩(wěn)定；在掘進(jìn)機(jī)兩側(cè)的壓回風(fēng)側(cè)巷道內(nèi)，回風(fēng)側(cè)的粉塵質(zhì)量濃度要高于壓風(fēng)側(cè)的粉塵質(zhì)量濃度。 本文依據(jù)數(shù)值模擬得到的掘進(jìn)工作面粉塵分布規(guī)律及現(xiàn)有的除塵措施，并結(jié)合氣水霧化的優(yōu)點(diǎn)，提出了一種環(huán)流氣水霧化除塵裝置，該裝置具有兩種工作方式：其一是利用壓縮空氣直接沖擊從錐形環(huán)縫噴射出的液體來(lái)形成霧滴，簡(jiǎn)稱氣流沖擊霧化工作方式；其二是利用壓縮空氣通過(guò)錐形環(huán)縫噴射時(shí)產(chǎn)生的負(fù)壓將噴水嘴出口的液滴引入到高速氣流中進(jìn)而破碎，簡(jiǎn)稱負(fù)壓引入破碎液滴霧化工作方式。該裝置無(wú)需水增壓設(shè)備，僅依靠掘進(jìn)工作面的通風(fēng)管路和巷道用靜壓水為該裝置提供氣動(dòng)力和水源，其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耗水量低、噴霧降塵效果好等優(yōu)點(diǎn)。 利用Fluent軟件對(duì)裝置在氣流沖擊霧化工作方式下的氣相、液相的流動(dòng)過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析了不同入口速度對(duì)氣相、液相流動(dòng)規(guī)律的影響，結(jié)果表明在氣相流場(chǎng)中，越靠近裝置中心線處，氣流速度值越高；而在液相流場(chǎng)中，根據(jù)其流動(dòng)特性可將流場(chǎng)分為回流區(qū)、渦流區(qū)、分離區(qū)和混合區(qū)。研究了裝置中環(huán)縫角度和氣管距離對(duì)液相流動(dòng)規(guī)律的影響，得到裝置最佳霧化效果下的參數(shù)最優(yōu)范圍：即環(huán)縫角度應(yīng)在40°~50°之間、氣管距離應(yīng)在2~6mm之間。同時(shí)研究了裝置在負(fù)壓引入破碎液滴霧化工作方式下的氣相流動(dòng)規(guī)律，分析了氣體壓強(qiáng)對(duì)氣相流動(dòng)規(guī)律的影響；并對(duì)此方式下的霧化過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值仿真研究。 在數(shù)值分析基礎(chǔ)之上，從耗氣量、耗水量、錐形環(huán)縫易堵性等因素對(duì)裝置的兩種霧化方式進(jìn)行了理論比較，認(rèn)為該裝置在掘進(jìn)工作面使用時(shí)應(yīng)優(yōu)先選用負(fù)壓引入破碎液滴的霧化工作方式。 試驗(yàn)驗(yàn)證了裝置在負(fù)壓引入破碎液滴霧化工作方式下的噴霧特性及降塵特性。分析了不同氣體壓強(qiáng)對(duì)裝置在該工作方式下霧滴粒度的影響，得到霧滴粒徑隨氣體壓強(qiáng)的增加而減小的結(jié)論。降塵試驗(yàn)表明了該裝置能夠達(dá)到掘進(jìn)工作面的除塵要求，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【關(guān)鍵詞】：掘進(jìn)工作面 噴霧降塵 粉塵分布 氣水霧化 數(shù)值仿真
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TD714.4
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-20
• 1.1 粉塵的危害及濕式除塵現(xiàn)狀10-13
• 1.1.1 粉塵的危害10
• 1.1.2 濕式除塵現(xiàn)狀10-13
• 1.2 氣水霧化國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-18
• 1.2.1 氣水霧化概述13-14
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.3 國(guó)外研究現(xiàn)狀16-18
• 1.3 本課題研究的意義和內(nèi)容18-19
• 1.3.1 本課題研究的意義18-19
• 1.3.2 本課題研究的內(nèi)容19
• 1.4 本章小結(jié)19-20
• 第二章 掘進(jìn)工作面粉塵分布規(guī)律的數(shù)值仿真研究20-40
• 2.1 掘進(jìn)工作面粉塵的來(lái)源及降塵方式20-22
• 2.1.1 掘進(jìn)工作面粉塵的來(lái)源20-21
• 2.1.2 掘進(jìn)工作面粉塵的降塵方式21-22
• 2.2 數(shù)學(xué)模型的建立22-24
• 2.3 物理模型及邊界條件設(shè)定24-26
• 2.4 壓入式通風(fēng)流場(chǎng)分布特征26-32
• 2.5 掘進(jìn)工作面粉塵分布規(guī)律32-35
• 2.6 環(huán)流氣水霧化裝置降塵方案35-38
• 2.7 本章小結(jié)38-40
• 第三章 環(huán)流氣水霧化裝置的數(shù)值仿真研究40-68
• 3.1 環(huán)流氣水霧化裝置的結(jié)構(gòu)40-41
• 3.2 氣水霧化機(jī)理及數(shù)學(xué)模型41-47
• 3.2.1 氣水霧化機(jī)理41-43
• 3.2.2 氣水霧化中液滴二次破碎的數(shù)學(xué)模型43-47
• 3.3 裝置在氣流沖擊霧化工作方式下的數(shù)值模擬47-59
• 3.3.1 模型建立與網(wǎng)格劃分47-48
• 3.3.2 求解模型的選擇及參數(shù)設(shè)置48-49
• 3.3.3 裝置內(nèi)介質(zhì)流動(dòng)的數(shù)值模擬49-53
• 3.3.4 結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)液相流場(chǎng)分布規(guī)律的影響53-59
• 3.4 裝置在負(fù)壓引入破碎液滴霧化工作方式下的數(shù)值模擬59-65
• 3.4.1 氣相流動(dòng)的數(shù)值模擬59-62
• 3.4.2 裝置霧化的數(shù)值模擬62-65
• 3.5 兩種霧化方式的比較65-66
• 3.6 本章小結(jié)66-68
• 第四章 環(huán)流氣水霧化除塵裝置的試驗(yàn)研究68-74
• 4.1 試驗(yàn)系統(tǒng)68-70
• 4.2 負(fù)壓引入破碎液滴霧化工作方式下氣體壓強(qiáng)對(duì)霧滴粒度的影響70-71
• 4.3 裝置在負(fù)壓引入破碎液滴霧化工作方式下的降塵試驗(yàn)71-72
• 4.4 本章小結(jié)72-74
• 第五章 結(jié)論與展望74-76
• 5.1 主要結(jié)論74-75
• 5.2 工作展望75-76
• 參考文獻(xiàn)76-80
• 致謝80-82
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文82

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：913598