矿用轴流湿式除尘风机的数值模拟和实验研究

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综放工作面是井下作业的主要产尘源,井下作业人员的身体健康受到了高浓度粉尘工作环境的严重影响,矿井的安全生产也因此备受威胁。因此,必须依据《煤矿安全规程》,将综放工作面的粉尘浓度控制在许可的范围之内。已在作业现场广泛应用的轴流湿式除尘风机对降尘、除尘具有有效作用,但湿式除尘机风量固定,对不同综放面的煤尘环境适应性差,且风机耗水量大,污水回收效果差,用风机除尘的成本高、出口处随排出的大量水雾造成环境潮湿、地面湿滑。因此,研究影响除尘风机除尘效果的主要因素,分析能适宜的喷雾条件,提高除尘风机的湿式除尘效益,具有经济和实际效益。  利用基础理论、数值模拟和现场实验相结合的方法,研究与分析除尘风机的湿式降尘机理、除尘腔内的流场分布以及不同条件下风机的除尘效果。通过对尘雾耦合的降尘机理分析,得出煤尘沉降的条件是使其角速度达到沉降速度。  根据煤矿生产中的常用规格,建立和简化了物理模型,以FLUENT为计算平台,使用RNG k–ε计算模型计算除尘腔内的强湍流流场,使用能追踪颗粒运动轨迹并能计算出各个壁面上的颗粒沉降质量的Discrete模型,对湿式旋流除尘风机的除尘过程进行数值模拟。  控制单一变量,保持喷雾和煤尘条件不变,变换从动轮转速,分析除尘腔内的速度场、压力场以及煤尘沉降量,得出2200 r/min是该规格风机除尘效果和经济成本取得最佳平衡的最优从动轮转速。保持煤尘和从动轮转速条件不变,设置不同的喷雾量,分析得出60μm以下的液滴才可在除尘腔中形成贯穿效果、实现湿式降尘功能;喷雾量在3000 g以上时,可满足《MT159-2005矿用除尘风机通用技术条件》中的除尘要求。  设计与数值模拟规格一致的湿式除尘实验装置,分析从动轮转速和喷雾条件对除尘效果的影响。实验研究结论与数值模拟结果基本一致,可将2200 r/min视为能达到《通用技术条件》要求的最优从动轮转速,但是由于数值模拟壁面环境更理想化,达到除尘要求的最低喷雾量在4500~6000 g之间,高于数值模拟得出的最优水量。实验还对该装置中的处理风量、漏风率和工作阻力进行了测量,对风机设计提出了改进意见。
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