抑尘液滴对煤表面动态润湿特征模拟评估方法

在煤体表面喷洒抑尘液是涉煤工业企业常用抑尘手段,而抑尘液滴撞击煤表面的润湿过程对抑尘效果具有重要意义。为研究抑尘液滴在煤表面动态润湿过程以及进一步评估液滴润湿性能,提出了液滴撞击煤表面过程中动态润湿指标,基于CLSVOF数值模拟法研究了液滴在煤表面动态润湿过程;利用无量纲润湿长度和无量纲润湿面积评价该过程中体现的润湿性能,并得出最大无量纲润湿长度与最大无量纲润湿面积相关理论表达,同时与表面张力的润湿性评估能力进行了比较。结果表明:CLSVOF方法能够较好地模拟液滴在煤表面的撞击以及动态润湿过程,可用来评估液滴对煤的动态润湿能力。液滴滴落在煤表面上,首先展铺为圆盘状,达到最大展铺时,圆盘边缘与中心存在速度差。当速度差较小时,液滴回缩汇聚成为一个液滴;当速度差较大时,液滴出现断裂行为,形成许多微小液滴。液滴粒径越大,断裂行为越早出现、现象越明显。一旦液滴在煤表面发生破裂,无量纲润湿长度与无量纲润湿面积并不是保持着一致性变化趋势,无量纲润湿面积评估能力更佳。液滴粒径相同时,撞击煤表面的韦伯数越大,润湿能力越好;相同速度下增加粒径对液滴润湿能力影响较小。与表面张力相比,无量纲润湿长度和无量纲润湿面积具有更好的液滴润湿性评估能力,体现出在润湿剂评价、优选中的潜在应用价值。

液滴在球形粉尘表面的动力润湿特性

液滴撞击、润湿粉尘现象在喷雾除尘中广泛存在,该润湿过程具有明显的动力学特征。为进一步理解液滴对粉尘的动力润湿特性,以液滴形态为监测对象,在欧拉框架下采用VOF数值模拟法,对液滴进行表面追踪,研究了液滴撞击球形尘粒前的形变特征及其与尘粒撞击过程中的动力润湿特性,分析了液滴撞击速度、液尘粒径比与无量纲展铺系数、无量纲液滴中心高度的关系。结果表明:在近尘时,随着液尘粒径比的增大,液滴形变程度降低。液滴速度越大,其形变程度越大。随着粒径降低,液滴抵抗形变能力逐渐增强。液滴撞击尘粒后,界面处存有气泡,阻碍液滴润湿尘粒,且气泡可发生断裂。液滴速度越大,气泡在压力和剪切应力作用下断裂越快。液滴展铺过程中,速度越大,越易达到最大展铺系数和最小液滴中心高度。随着液尘粒径比增大,初始无量纲液滴中心高度增大。液滴撞击尘粒表面后,无量纲液滴中心高度逐渐降低,其变化幅度逐渐降低。尘粒粒径分别为20,200,2000μm时,随着液尘粒径比增大,无量纲展铺系数相应减小,液尘粒径比大于1时,增大液滴粒径不会提高对尘粒的包裹程度;展铺结束后,有少部分微液滴滞留在尘粒表面。尘粒粒径为2μm、粒径比在0.5~1.5时,液滴展铺过程受到明显抑制,尽管粒径比大于1时无量纲展铺系数最大值稍有增加,但增加量十分微小;展铺结束后,液滴整体滞留在尘粒表面。