超音速同轴气动雾化降尘技术
张天1
穆新升1
葛少成2
李胜3
佟林全4
陶爽1
王长友5
1.辽宁工程技术大学安全科学与工程学院,辽宁阜新 123000;矿山热动力灾害与防治教育部重点实验室,辽宁阜新 1230002.太原理工大学安全与应急管理工程学院,山西太原 0300243.辽宁地质工程职业学院,辽宁丹东 118302;辽宁工程技术大学矿业学院,辽宁阜新 1230004.国家卫生健康委职业安全卫生研究中心,北京 102308;国家卫生健康委粉尘危害工程防护重点实验室,北京 1023085.中煤西安设计工程有限责任公司,陕西西安 710054
摘要：在煤矿开采过程中伴随大量的呼吸性粉尘产生,严重危害工人健康.喷雾技术作为应用最为广泛的降尘技术,具高效、清洁等优点,但现有的喷雾技术对呼吸性粉尘的捕获能力不强,雾化效率低.为解决该问题,研发了超音速同轴气动雾化技术.通过实验和数值模拟的方法对该技术的雾化特性进行了研究,并基于自行设计的降尘实验平台对比了超音速汲水虹吸气动雾化降尘技术与超音速同轴气动雾化降尘技术的降尘特性.同时通过 2种技术的隔尘对比实验揭示了粉尘在超音速动力微雾幕作用下的沿程沉降机理.结果表明:在不同气动压力下,超音速同轴雾化降尘装置所采用的同轴探针注水方式大幅降低了探针结构对超音速流场能量的损耗,显著提高了雾化效率,产生了大量 11 μm以下、空间分布均匀的高速雾滴群,与虹吸雾化装置相比,粒径减小了 12%～50%,在喷雾流场中形成了大范围高速细雾区域.雾滴场与粉尘场的耦合效果,可以由粉尘的瞬时分散度表征,并由雾滴场特性的分布特征决定.不同时刻,各个粒径区间的分级降尘效率的变化趋势不同,在不同压力下对总的降尘效率的贡献不同.超音速同轴雾化技术产生的大范围高速细雾易于捕集呼吸性粉尘,PM0～PM2.5 的分级效率在 75%以上,最高可达 90%.压力的增大使高速细雾范围增大,有利于对微细颗粒的捕集.含尘气流在有限空间运移过程中粉尘在超音速动力微雾幕作用下的沿程沉降过程可划分为雾滴捕尘区、凝并沉降区、蒸发逃逸区.在不同区域雾滴与粉尘不同的行为与浓度分布,是受到喷雾气流及气载风流曳力运移,高速微雾碰撞捕捉、雾滴凝并沉降、雾滴蒸发失重作用的结果.
关键词：呼吸性粉尘喷雾降尘超音速同轴雾化动力微雾分级降尘效率
分类号：TD714(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(52204216)中国博士后启动基金资助项目(2022M711456)辽宁省自然科学基金资助项目(2022-BM-331)
论文发表日期：2024-07-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：11( 3118-3128 )
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