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细水雾在瓦斯输送管道中的均布及沉降规律研究

作　者: 齐博
导　师: 刘志超
学　校: 河南理工大学
专　业: 机械工程
关键词: 低浓度瓦斯细水雾均布沉降数值模拟试验研究
分类号: TD712
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

瓦斯是煤炭开采过程中的一种伴生气体，它的有效利用既可以减少对大气层的破坏，又可以带来巨大的经济效益。近年来随着研究的不断深入，低浓度瓦斯细水雾安全输送保护技术开始在煤矿应用。但因瓦斯-细水雾两相输送的复杂性，该方面的基础研究还有待进一步深入开展。本文通过对输送管道内喷嘴的安装角度、布置方式及最佳输送管径进行探讨，对瓦斯-细水雾混合气体的输运工况进行了优化，得到了不同工况下细水雾的均布长度和沉降规律，其结果为低浓度瓦斯细水雾安全输送保护系统的推广及应用，奠定了一定的理论基础。本文采用理论分析、数值模拟、试验研究相结合的方法，系统地对细水雾在输送管道内的均布和沉降情况进行研究。首先，运用势流叠加原理建立瓦斯流场和细水雾流场有效叠加的理论模型，通过对细水雾颗粒受力情况进行研究，优化出水雾颗粒的运动轨迹方程，对细水雾在输送管道中的均布及沉降进行理论探讨。其次运用数值模拟的方法对输送管道内喷嘴的安装角度、布置方式及最佳输送管径进行研究，进而确定最佳工况条件下细水雾颗粒的均布长度；最终借助于试验对均布长度内细水雾是否布满管道及沉降规律进行验证。由数值模拟和试验研究结果可见：输送管道管径为300mm、喷嘴在输送管道中心0°安装时，细水雾颗粒的均布情况最佳；在该工况条件下，细水雾的均布距离随着瓦斯流场速度的增大而增大，当瓦斯流场为1m/s、2m/s、3m/s、4m/s、5m/s、6m/s时，细水雾的均布长度为1.780m、2.161m、2.627m、2.712m、2.754m、3.136m，且通过试验验证在均布长度内细水雾颗粒布满管道；在距喷嘴0.25m处细水雾的沉降率明显大于其它位置，当瓦斯流场速度大于1m/s时，细水雾颗粒沉降率随着输送距离的增加逐渐降低；对既定测试位置，细水雾沉降率随着瓦斯流场速度的增大先降低后升高。本研究的结果，为低浓度瓦斯细水雾安全输送保护系统的设计及工程应用提供了一定的理论基础，瓦斯-细水雾混合气体输送管道中喷嘴的安装方式、安装距离、沉降规律的理论研究和试验结果，对工程设计有一定的参考价值。

细水雾在瓦斯输送管道中的均布及沉降规律研究

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