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综放支架放煤口负压捕尘装置研究

作　者: 李奇
导　师: 寇子明
学　校: 太原理工大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 水雾活塞负压捕尘喷雾降尘相对真空度 FLUENT 气雾两相流
分类号: TD714.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 74次
引　用: 2次
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内容摘要

粉尘是煤矿五大自然灾害之一。为了控制其危害,许多种防治技术已在矿井中得到了应用,并已取得了良好的治理效果。随着综采放顶煤技术的逐渐推广,综放支架放煤口已经成为综采工作面最大的产尘点,目前针对该问题应用最多的防治措施是放煤口的喷雾降尘,然而喷雾时由于其水流量小等原因已经不能解决该粉尘污染问题,并且很多情况下这种喷雾方式并没有被充分利用。本文根据流体力学中常用的文丘里原理,研究了一种降尘装置,称为综放支架放煤口负压捕尘装置,该装置的整体结构合理紧凑,重量较轻,易于安装,在工作时,不仅具有文丘里管负压降尘的效果,而且不失喷雾降尘的工作能力,也即该装置具有负压及喷雾两种降尘的方式,从而降尘的效果比一般的喷雾降尘效果好很多。综放支架放煤口负压捕尘装置研究的理论基础有:文丘里管原理和喷雾降尘理论。该技术的重点是通过喷嘴的压力水在文丘里管中形成了水雾活塞,该水雾活塞在装置内运动时将会使装置的内流场形成一定的负压场,而本课题就是研究对该负压场中的相对真空度有影响的外界相关因素。首先,本文分析了雾化及雾滴的基本特性,介绍了喷雾降尘的机理,为降尘装置的进一步研究提供了理论依据。其次,本文借用流体力学中的伯努利方程及薄壁空口流量计算方法等基本流体知识研究了装置耗水量及吸风量的计算方法,从理论上进一步分析了本装置工作时的参数关系。从本课题的结论看,本装置正常工作时的供水压力、喷嘴开口大小、水雾活塞的行程及喉管的直径与内流场相对真空度均有关。本文研究的综放支架放煤口负压捕尘装置,该装置在结构上主要降尘点包括两部分:吸尘罩和渐扩管出口。其中,渐扩管出口处不仅具有负压吸尘的作用,而且能起到一定的喷雾降尘的作用。文中提出了各关键工作部分的结构设计计算方法,为装置结构的进一步改进提供了一定的理论基础。为了充分了解本装置在正常工作时的内流场,本文利用常用的CFD仿真软件FLUENT对其内流场进行了仿真研究,利用仿真求解的结果,分析了影响装置内流场中相对真空度大小的因素,并结合仿真的结果对装置的结构提出了改进的建议,对后期的实验研究及工业性试验研究均起到了很好的理论指导作用。然后,为了充分研究本装置在一定供水压力下的吸风量与耗水量的关系,我们借用了液气比的概念,在实验室研究中主要考察该参数。从对本装置工作性能前期分析及内流场仿真研究中可以看出,本装置内流场相对真空度的影响因素较多,在设计本实验时我们采用了目前应用较广的正交试验法,并且根据实验的结果我们分析出影响装置液气比的各因数的主次关系,并根据后期的实验数据处理找到了最佳的参数匹配,为装置的进一步深入研究提供了一定的实验数据参考。最后,为了对本装置的实用性做进一步的考察,我们进行了工业性试验研究。工业性试验中的降尘率数据结果表明该装置具有良好的降尘效果,为本装置的进一步推广应用及本课题的进一步研究做了充足的试验保证。

全文目录

摘要  2-4
ABSTRACT  4-10
第一章绪论  10-20
  1.1 煤矿粉尘概述  10-12
    1.1.1 粉尘的危害  10-12
    1.1.2 历史上粉尘爆炸重大煤矿事故案例  12
  1.2 粉尘防治技术发展现状  12-13
  1.3 放顶煤技术及放煤口粉尘治理研究现状  13-15
  1.4 负压捕尘技术在煤矿降尘问题上的应用  15-16
  1.5 煤矿常见的负压降尘设备  16-19
  1.6 本课题的研究意义和内容  19-20
    1.6.1 本课题的研究意义  19
    1.6.2 本课题的研究内容  19-20
第二章喷雾基本理论及放煤口负压捕尘装置的参数研究  20-30
  2.1 水雾的形成过程  20-23
    2.1.1 雾滴的形成  20-21
    2.1.2 雾化  21-23
  2.2 喷雾降尘理论  23-27
    2.2.1 常规喷雾降尘机理  23-24
    2.2.2 粉尘与水滴运动分析  24-27
  2.3 负压喷雾理论基础  27
  2.4 综放支架放煤口负压捕尘装置的雾化过程及参数分析  27-29
    2.4.1 雾化过程概述  27-29
    2.4.2 负压降尘机理及主要性能参数分析  29
  2.5 本章小结  29-30
第三章综放支架放煤口负压捕尘装置系统研究  30-44
  3.1 系统工作概述  30
  3.2 系统研究  30-40
    3.2.1 喷嘴结构的研究  31-32
    3.2.2 性能参数确定方法研究  32-37
    3.2.3 装置结构尺寸设计计算  37-39
    3.2.4 本系统主要研究参数及结构尺寸确定  39-40
  3.3 装置紧固支架研究  40-42
  3.4 装置结构调整  42-43
  3.5 本章小结  43-44
第四章综放支架放煤口负压捕尘装置流场仿真研究  44-63
  4.1 FLUENT 软件简介  44-45
  4.2 模型方程  45-47
  4.3 综放支架放煤口负压捕尘装置内流场仿真  47-62
    4.3.1 离散相湍流扩散模型选择  47-49
    4.3.2 求解器设置  49-51
    4.3.3 仿真结果分析及降尘建议  51-62
  4.4 本章小结  62-63
第五章综放支架放煤口负压捕尘装置实验研究  63-73
  5.1 实验目的  63
  5.2 实验考察参数  63
  5.3 实验条件  63-64
  5.4 实验系统  64
  5.5 实验数据收集  64-67
  5.6 实验数据分析  67-70
    5.6.1 计算诸因素在每个水平下的平均液气比  68
    5.6.2 将平均液气比点图  68-69
    5.6.3 将因素对相应的影响排序  69
    5.6.4 数据结论分析  69-70
  5.7 实验数据与仿真结果对比分析  70-71
  5.8 实验效果  71-72
  5.9 本章小结  72-73
第六章综放支架放煤口负压捕尘系统工业性试验研究  73-79
  6.1 试验背景  73
  6.2 现场安装  73-75
  6.3 现场试验数据收集  75-78
    6.3.1 测点布置  75-76
    6.3.2 粉尘浓度的计算  76-77
    6.3.3 测量结果  77-78
  6.4 本章小结  78-79
第七章结论与展望  79-81
  7.1 主要结论  79-80
  7.2 进一步工作与展望  80-81
参考文献  81-83
致谢  83-84
攻读学位期间发表的学术论文及参与的科研项目  84

综放支架放煤口负压捕尘装置研究

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