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采煤机喷雾系统喷嘴喷雾仿真分析研究

作　者: 安爱英
导　师: 马素平
学　校: 太原理工大学
专　业: 机械设计与理论
关键词: 喷雾降尘喷雾雾化 CFD仿真参数匹配
分类号: TD714.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 241次
引　用: 4次
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内容摘要

喷雾降尘的机理是利用高速运动的水雾粒对漂浮在空气中的粉尘颗粒碰撞、截获、捕集,最后凝结沉降。在煤矿井下,对人体健康危害最大的是≤5μm的呼吸性粉尘,因此需要对这类粉尘进行有效的沉降。从影响降尘的主要因素分析发现:水雾粒速度和水滴粒径一定时,降尘效率随粉尘粒径增加而增加,达到某一值后趋于常数,大水滴对大粉尘降尘效率高;对于1-3μm的粉尘直径最佳雾粒直径范围为60μm-160μm;要使呼吸性粉尘降尘效率达到50%以上,水雾粒喷射速度必须大于35m/sec。在喷雾降尘系统中,喷嘴的设计是关键。因为喷嘴的雾化性能直接影响到降尘的效果。还有就是增大喷雾流量和喷雾压力,但也都有一定的局限,且从节能角度考虑,不易太大。所以从喷嘴的设计考虑喷雾效果的改善是必行之路。结合到煤矿井下恶劣的工作环境、可靠性设计以及加工制作简单等因素,设计出一种既不用旋流芯,又能产生比较好的雾化效果的喷嘴。不用旋流芯,仍要使流体在喷嘴内部能产生比较大的旋转运动,这样才会使流体喷出喷嘴后,在离心力的作用下,产生比较好的雾化效果。所以需要流体在进入喷嘴内部时,有一定的角度,进入喷嘴内部后,会产生横向速度,这样就会产生一定的旋转运动。从这一思路出发,设计出一种喷嘴。采用CFD(Computational Fluid Dynamics)计算流体动力学仿真软件对流体在喷嘴内部的流动情况进行动力学仿真。通过仿真分析得到:喷嘴内腔一定时,喷雾扩散角随着口径增大而增大,原因是液体在大口径喷嘴内部的旋流强度大。比较了1.0mm、1.2mm、1.5mm、1.75mm口径的喷嘴,旋流速度依次增大;喷嘴口径一定时,喷雾扩散角随着内腔孔径的增大而增大;喷嘴口径和内腔孔径一定时,旋流角在30度的时候旋流效果比较好;随着中心调节针阀离喷嘴出口越来越远,中心调节针阀对旋流流体的扰动及粘滞作用越来越小,内部速度在不断增加,当距离增加到一定值后,针阀作用可忽略不计。可见流体在针阀与喷嘴出口间隙大的时候其内部旋流强度大。为了得到较好的降尘效果,喷嘴的设计要考虑自身的一些匹配关系。喷嘴内腔孔径应和喷嘴出口口径有一定的匹配关系。对于口径为d0=1-1.5mm的喷嘴,喷嘴内腔直径取D=6mm为宜;d0=1.75-2.5mm,取D=6.5mm为宜。喷嘴喷口的长度L取口径的0.5-1倍之间的值可以获得比较大的扩散角。另外在系统允许的范围内增大水压力可以增加出口喷雾扩散角。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-11
第一章绪论  11-21
  1.1 选题意义  11-12
  1.2 煤矿井下粉尘的产生及危害  12-15
  1.3 国内外煤矿粉尘控制技术  15-18
  1.4 喷雾技术  18-19
  1.5 研究方案与技术路线  19-21
    1.5.1 论文的主要内容  19-20
    1.5.2 论文研究的技术路线  20-21
第二章喷雾降尘及喷嘴雾化机理  21-35
  2.1 喷嘴雾化机理  21-26
    2.1.1 惯性碰撞、截获、扩散捕尘  21-22
    2.1.2 喷雾降尘效率  22-25
    2.1.3 粉尘粒径与水雾粒的关系  25-26
    2.1.4 雾粒运动速度的影响  26
    2.1.5 供水量、压力、喷嘴口径及喷嘴数量的匹配  26
  2.2 喷嘴雾化性能  26-28
  2.3 几个重要参数  28-30
    2.3.1 雾滴粒径与喷嘴口径和喷雾压力的关系  28-29
    2.3.2 水雾粒径与能被水雾粒捕捉的最小粉尘粒径的关系  29-30
    2.3.3 雾粒的运动速度  30
  2.4 雾化方式  30-32
  2.5 小结  32-35
第三章喷嘴设计及仿真分析  35-59
  3.1 采煤机常用喷嘴  35-36
  3.2 喷嘴改进设计  36-38
  3.3 喷嘴CFD 仿真  38-46
    3.3.1 CFD 软件  38-39
    3.3.2 模型方程选择  39-40
    3.3.3 标准k-ε模型的定义  40-41
    3.3.4 喷嘴三维计算模型的建立和网格划分  41
    3.3.5 仿真计算  41-46
  3.4 仿真结果分析  46-57
    3.4.1 不同喷嘴口径仿真比较  46-50
    3.4.2 不同旋流角的喷嘴仿真比较  50-52
    3.4.3 针阀在不同位置的喷嘴仿真比较  52-56
    3.4.4 不同内腔的喷嘴仿真比较  56-57
  3.5 小结  57-59
第四章改善喷嘴雾化的途径  59-65
  4.1 关键尺寸的匹配  59-60
    4.1.1 内腔孔径与喷口口径的匹配  59-60
    4.1.2 喷口长度与喷口口径的匹配  60
  4.2 喷雾水压力因素  60-62
  4.3 其他影响因素  62-63
  4.4 小结  63-65
第五章结论、主要贡献和展望  65-69
  5.1 结论  65-66
  5.2 本项研究工作的主要贡献  66
  5.3 展望  66-67
  5.4 小结  67-69
参考文献  69-71
致谢  71-72
攻读硕士学位期间的学术成果  72

采煤机喷雾系统喷嘴喷雾仿真分析研究

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