气液两相流喷嘴雾化特性的实验研究及其降尘应用

作     者：袁辉 

作者单位：湘潭大学 

学位级别：硕士

导师姓名：欧阳晓平

授予年度：2018年

学科分类：0819[工学-矿业工程] 081903[工学-安全技术及工程] 08[工学] 

主      题：气液两相流喷嘴 特征结构 喷射条件 雾化性能 雾化降尘 

摘      要：粉尘危害是煤矿生产的重大灾害之一,充斥生产空间的粉尘不仅加速机械磨损,缩短仪器的使用寿命,且在一定条件下会引发粉尘爆炸,特别是呼吸性粉尘易被人体吸收,产生各种呼吸性疾病,严重威胁矿井和矿工的安全。目前,国内外煤矿井下普遍采用湿式抑尘、降尘为主,应用最广泛的是喷雾降尘技术。其中,应用最多的为高压喷雾技术,该技术喷出的水雾粒径较大,水雾不易对呼吸性粉尘造成碰撞、拦截、团聚等作用,造成对呼吸性粉尘的捕集效率较低。国内外目前普遍认为实现液体最有效的雾化方式即为两相流喷雾技术,利用气液两相流喷嘴产生的雾滴粒径可以达到几微米,能够有效提高对呼吸性粉尘的沉降效率。两相流喷嘴虽然已在除尘中得到一定的应用,对于影响气液两相流喷嘴雾化效率的因素也取得一定的研究进展,但还是存在喷嘴喷雾能耗高,雾化不均匀,喷嘴易堵塞、小粒径雾滴占比小等不足,导致两相流除尘技术在煤矿中的实际应用受到很大的限制。基于气液两相流喷嘴的特征结构、喷射条件和雾化机理,提出气孔的数量与孔径、水孔的孔径、气孔偏移角、出雾口形式和内置节流杆等特征结构是影响两相流喷嘴雾化的主要结构因素,气压、水压和气水比等喷射条件是影响两相流喷嘴雾化的主要喷射因素,且设计加工了一种两相流雾化喷嘴,搭建了一套完整的雾化测试系统和除尘实验系统。通过调控气孔的数量与孔径、水孔的孔径、气孔偏移角、内置节流杆和出雾口形式可以实现两相流喷嘴的高效雾化,其雾滴中位粒径小于10微米,雾化量最高可达5kg/h,雾化均匀,雾化性能良好。其中,内置节流杆和气孔偏移角对两相流喷嘴雾化性能影响最大,是喷嘴在低能耗下也能产生10微米以下水雾的重要特征结构。通过调控气压、水压和气水比等因素来研究喷射条件对两相流喷嘴雾化性能的影响。研究结果表明雾滴粒径随着气压的增大而减小,随着水压的增大而增大,在一定气液比值范围内,喷嘴具有良好的雾化性能,粒径小,雾化均匀,在外流场中沿横向方向几乎不变,沿轴向方向逐渐增大。基于以上对两相流喷嘴雾化特性的研究展开了两相流喷嘴不同雾化参数对雾化降尘的影响研究。研究发现喷射条件对雾化降尘效率有着很大影响,降尘效率随着雾滴粒径的增大而增大,随着雾化量的增大而减小,随着粉尘浓度的增大而增大,在雾滴粒径小于10Km时,对呼吸性粉尘的去除有良好的效果,其降尘效率可达90%以上,为低能耗、小粒径的喷嘴结构的优化及应用和除尘装置的设计提供了理论依据和关键技术支撑。