Dust as a Potential Tracer for the Flow over Topography

The distribution of mineral dust around topographical obstacles is examined, employing the dimensionless Froude number that describes different flow regimes in a fluid. Flow around a peak with a near-circular shape in a dusty environment like the Sahara and the Sahel was examined in order to investigate the distribution of the dust around the obstacle. The Total Ozone Mapping Spectrometer Aerosol Index (TOMS-AI) daily Aerosol Index, the u and v wind components and the temperature, were used for the period 1979-1992,?i.e. 14 years. It is found by the AI data that the shape of the dust distribution around the circular peak is in good agreement with the shape of the peak itself. Additionally good correlation exists between the vertical distribution of the dust above the peak and the Froude Number in its vicinity. This method allows for the first time the investigation of the flow above and around topographical obstacles in different flow conditions in the open space employing dust as the flow tracer.

一种基于直流式风洞的火星尘暴模拟装置

为了研究火星表面尘暴环境对探测器及人类活动的影响,研制了一种基于低密度直流式风洞的火星尘暴环境模拟装置:采用超声速引射器作为风洞动力源,结合具备多工况动态调节能力的大抽气量真空系统,实现了引射气量精准调控,可模拟100~1500 Pa低气压下的5~100 m/s大跨度风速;针对低气压下沙尘浓度难以精确控制的问题,采用振动式喂料、逆向螺旋式喷嘴设计以及大周期滞后串级调节方式,实现了0.1~1 g/m^(3)的沙尘浓度精确控制。该装置可用于研究火星尘暴环境对材料和机构的影响,同时还可用于火星气动力研究。

综掘工作面混合式风流调控下的粉尘沉降研究

煤矿掘进过程中粉尘聚集严重,目前针对综掘工作面混合式风流调控下粉尘沉降规律及优化的研究还不够深入。基于混合式风流调控系统,依托陕煤集团神木柠条塔矿业有限公司综掘工作面,分析了压风口距工作面距离、压风口右偏角度、压风口口径、抽风口距工作面距离和压抽比等混合式风流调控参数对粉尘沉降规律的影响:随着压风口距工作面距离增加,司机处和回风侧行人呼吸带截面大颗粒粉尘占比先增后减再增,小颗粒粉尘占比增加;随着压风口右偏角度增加,司机处和回风侧行人呼吸带截面大颗粒粉尘占比变化明显;随着压风口口径增加,司机处截面小颗粒粉尘占比先增后减再增,回风侧行人呼吸带截面大颗粒粉尘占比先增后减;随着抽风口距工作面距离增加,司机处截面大颗粒粉尘占比先增后减,小颗粒粉尘占比先增后减再增,回风侧行人呼吸带截面粉尘粒径分布变化不大;随着压抽比增大,司机处和回风侧行人呼吸带截面小颗粒粉尘占比减小。以上述风流调控各参数为自变量,回风侧行人呼吸带全尘平均浓度和司机处呼尘平均浓度最低为优化目标,建立了粉尘沉降优化回归模型,利用粒子群优化算法求解模型,得到最优风流调控方案:压风口距工作面距离为8.9 m,压风口右偏角度为14.8°,压风口口径为0.9 m,抽风口距工作面距离为4.3 m,压抽比为1.1。搭建了风流调控下粉尘沉降实验平台,实验结果表明:测试值与粉尘沉降优化回归模型的模拟值误差在13%以内,验证了模型的准确性;优化后粒径为71~100μm的粉尘受风流调控参数影响明显,沉降在掘进机前方;优化后回风侧行人呼吸带全尘平均浓度和司机处呼尘平均浓度分别降低了47.4%和42.4%,降尘效果明显。

超大型侧吹熔池熔炼余热锅炉烟气流动及烟尘黏附研究

富氧侧吹熔池熔炼广泛应用于铜、铅、锌等有色金属的提取,其后端的余热锅炉承载着余热回收利用、沉降烟尘的重要作用。但在实际生产过程中,炉内烟气流场混乱,烟尘易黏附积灰,炉壁与部件磨损严重等,导致了余热回收效率降低,低负荷运行甚至被迫停机。针对上述问题,采用多相网格质点方法,对年处理150万t精矿超大型富氧侧吹熔池熔炼余热锅炉内烟气流动特性、烟尘沉降与黏附开展数值模拟研究。结果表明:炉内的烟气涡旋会导致烟尘回流至入口烟道;挡板前移会导致挡板受击与堵塞情况加剧;增大挡板间距能有效减小挡板的堵塞;增大辐射室空间能大幅度减小挡板受到的冲击。

轴流式对旋除尘风机的结构优化与性能研究

为了提高轴流式对旋除尘风机的除尘性能,研究各个参数相互之间的干扰,对其一级叶轮叶片数量、二级叶轮叶片数量、一二级叶轮距离、风筒直径和叶轮至进口距离这5个主要的结构参数进行优化改进和参数匹配。采取正交试验法,通过FLUENT对各结构参数下的风机除尘过程进行模拟仿真试验,分析风机除尘作业时内部流场和进出口速度、压力分布情况,给出综合评价风机除尘性能公式,得到轴流式对旋除尘风机各个参数的影响程度由大到小分别为一级叶轮叶片数量、风筒直径、二级叶轮叶片数量、一二级叶轮距离、叶轮至进口距离,并通过计算分析得到风机结构的最佳参数组合。

管道形状对超音速雾化降尘特性的影响

为治理煤矿行业中井下粉尘的污染问题,基于可压缩气流管内超音速流动理论,提出1种超音速雾化降尘技术;通过数值模拟的方法来研究不同结构、气动总压力对拉瓦尔喷管内超音速流动过程的影响,并通过激波、音速环以及轴向最大马赫数、轴线最大平均速度等现象来分析不同气动总压力下不同拉瓦尔喷管结构参数的超音速流动规律;搭建雾化特性实验平台,对最佳的喷管形状在不同的压力下进行降尘效率的计算,对比分析不同时刻和不同压力下降尘效率的变化规律。研究结果表明:凹形喷管在不同压力下的降尘稳定性最强,是制作雾化降尘喷头的最好选择。凹形喷管在不同压力下3种时刻的瞬时降尘效率都随着时间增加而逐渐升高,雾化降尘效果良好,当喷雾时间为3 min且气动压力为0.5 MPa时,凹形喷管的降尘效率为85.13%,降尘效率最高,降尘效果最好。研究结果可为治理煤矿井下采煤过程中的粉尘问题提供理论支持和治理手段。

低阻文丘里振弦栅除尘系统内流场模拟研究

为探究除尘系统流场分布情况以及粉尘与液滴颗粒对除尘系统性能的影响,运用Fluent模拟研究气态单相流、气固两相流和气固液三相流的流场分布情况,分析除尘器在不同工况条件下压力与流场分布规律以及颗粒的运动情况。结果表明:除尘系统流场主要受除尘器结构的影响,受粉尘颗粒的影响较小;液滴颗粒的存在会提高系统的除尘效率;加入液滴颗粒后,粉尘运动凌乱度增强,与液滴碰撞作用加强,促进了细微粉尘的凝聚,但同时会影响除尘器流场稳定性,增加除尘系统阻力损失。

喷雾降尘对旋式轴流风机结构参数设计优化

随着中国城市化和工业化的快速发展,粉尘污染问题日益突出。通过对喷雾降尘对旋式轴流风机的结构参数即一级叶轮叶片数、二级叶轮叶片数和导流叶个数进行单因素实验,将风机射程、流量及全压效率等作为评价指标,获得优化方案并仿真验证。研究表明:通过单因素分析,确定各结构参数的优选数值分别为一级叶轮叶片数为9,11,13,二级叶轮叶片数为8,10,12,导流叶个数为4,5,6;通过单因素实验及优化选定,确定优化方案为一二级叶轮叶片数分别为13,12,导流叶个数为6,优化方案较初始模型在射程提高了5.90%,流量提高了69.64%,全压效率提高到70.88%。

井下巷道喷浆过程产尘的运移及分布特性

煤矿井下全气动喷浆技术的喷射过程涉及浆体基料、喷雾作用与周围空气等,是典型的气、液、固三相流。基于CFD-DPM方法,采用欧拉双流体模型模拟气相和水相,采用拉格朗日模型追踪喷浆过程产生的粉尘,研究了多种工况喷雾作用下粉尘的扩散过程,分析了粉尘运移及分布特性,获得了喷雾角度与流量对粉尘分布的影响规律。喷射角度的变化对粉尘扩散的影响主要集中在中下部区域,控制喷雾流量可有效降低区域粉尘,为合理降尘、提高喷射效率提供了理论支持。

气固逆流式移动床过滤器的实验研究

为探究操作条件对气固逆流式移动床过滤器过滤性能的影响,通过大型冷模实验,考察了气固逆流式移动床过滤器的捕集颗粒循环强度、入口粉尘浓度、表观气速及入口粉尘粒径对装备性能的影响。实验结果表明,表观气速是影响床层压降的主要因素,表现出正相关的趋势。捕集颗粒循环强度、入口粉尘浓度、粉尘粒径的改变对床层压降影响较小。捕集颗粒循环强度和入口粉尘浓度的增加使压降增加。而粉尘粒径与床层压降间的关系随时间变化,开始时粉尘粒径与压降呈正相关,但当装置运行至平稳阶段则趋于降低。装备的除尘效率与入口粉尘浓度及颗粒循环强度正相关,与粉尘粒径及表观气速负相关。但粉尘粒径越小过滤效率越高的趋势受装置内滤饼的影响,仅在粉尘中位粒径10μm以上,且入口粉尘质量浓度在0~32 g·m^(-3)出现。移动床过滤器保持稳定床层压降的同时,具有较高的除尘效率。在颗粒循环强度0.3119 kg·s^(-1),16.5~32.7 g·m^(-3)入口粉尘浓度条件下,除尘效率可达99%;且对细微(13μm以下)粉尘的粒级效率接近99.9%。

结构参数对闭口体系新型激波吹灰器工作特性的影响研究

锅炉吹灰器可以有效实现清除锅炉内部的积灰,提高锅炉运行效率,对锅炉安全运行具有重要意义。SPG型激波吹灰器是在传统激波吹灰器基础上发展而来的闭口体系新型高性能吹灰器,使用数值方法对该装置的可行性进行验证,并分析工作特性,可以为实际应用与改进提供参考。基于CFD技术,将SPG型激波吹灰器作为研究对象,使用动网格技术对设备内活塞的真实运动过程进行仿真模拟,利用Fluent软件模拟计算SPG型激波吹灰器内部流场的连续变化这一动态过程,并通过调整喷管、燃烧室以及压力蓄能器的结构参数,在出口处监测得到各部件结构参数变化对排气特性的影响规律,获取其工作特性。结果表明:喷管的长径比从2增加到4时,出口参数峰值出现滞后现象,但压力峰值与速度峰值获得显著提升,且喷管的扩张段改为直管可以降低膨胀损失,适当增加喷管长径比并直接连接直管是一种较好的方案;燃烧室径向和轴向壁面之间的间距缩短均可使出口压力峰值提高,但轴向距离缩短压力峰值增加幅度更大;在压力蓄能器中,去除阻尼装置压力提升较少,且无法减缓活塞复位,使排出气体减少,去除限位器后喷管出口压力大幅提高,但其峰值持续时间变短。

中心型蝶阀流阻特性数值仿真模拟及试验研究

为了弄清中心型蝶阀的流阻特性,先采用Fluent软件对通风除尘系统中一种φ560的中心型金属密封蝶阀不同开度下的流阻特性进行数值仿真模拟,通过设置试验测试蝶阀不同开度下的阻力系数,比较试验值与模拟值吻合程度,以验证仿真模拟的正确性,最后基于实验数据通过流阻特性对比分析,将全轴蝶阀改为双端轴蝶阀。仿真结果表明,在全开状态下双端轴蝶阀的流阻系数比全轴蝶阀有一定减小,达到了减小流阻的工程目的。

综掘工作面风流调控装置与射流风幕综合调控粉尘场优化分析

为解决目前综掘工作面传统混合式通风下粉尘聚集污染严重的问题,提出了利用出风口风流调控装置与抽风口射流风幕综合调控优化粉尘场的思路。以陕北某矿综掘工作面为研究对象,建立了风流-粉尘气固耦合场有限元模型,分析了调控装置口径、调控装置右偏角、风幕出口宽度、风幕出口速度及风幕出口张角等参数对粉尘场的影响;设计了正交试验以确定最佳综合调控方案,设计搭建了实验平台进行综合调控方案准确性和降尘效果验证。结果表明:在该综掘工作面通风系统布局下,当调控装置口径1.2 m,调控装置右偏角9°,风幕出口宽度0.14 m,风幕出口速度7 m/s,风幕出口张角60°时,司机位置粉尘质量浓度和行人呼吸带高度平均粉尘质量浓度分别降低91.7%和74.9%,测试误差均在10%以下,有效改善了通风环境。

基于风流运动的粉尘运移研究进展及趋势

矿井机械化、智能化水平提升所导致的粉尘问题愈发严重,探究风流-粉尘运移规律,掌握工作面风流、粉尘的运动特征,对改进工作面控尘措施,改善井下作业环境,加速实现绿色矿山目标具有重要意义。通过查阅国内外文献资料,调研相关研究进展与实践经验,从粉尘受力运动原理、相似实验设计、数值模拟研究、组合方法效果评估等方面,研究当前风流场及其对粉尘分布的影响,认为当前存在风流场与粉尘之间相互作用复杂,粉尘受力运动机理与运动路径研究不透彻,不同因素组合作用与粉尘运移规律关系不明朗等问题。从提高规律向实用性和普遍性转变的角度,提出风流-粉尘运移规律的研究重点应向明晰粉尘运移受力机理和作用力协同机制、建立多参数表征运移规律、提升监测仪器精密度、减弱次要因素对相似实验结果影响程度、增强对风流场和粉尘运移力学特征的认知、明朗影响因素间的耦合关系、构建适用于气-固两相流的数学模型及完善颗粒运动扩散方程8个方面转变。

综掘巷道径向涡旋运移对截割产尘污染的影响

为了掌握综掘巷道风幕运移动态过程对截割产尘污染的影响规律,以进一步提高风幕阻尘效率。采用数值模拟与现场实测相结合,研究分析不同径向涡旋强度和运移距离条件下综掘巷道流场结构演变和粉尘污染。研究结果表明:径向涡旋以贴壁旋流形式运移,随径向涡旋强度和运移距离增大,运移过程中分别形成偏向压风侧和轴向的支流,随后径向涡旋转变为均匀轴向流场,粉尘污染随之分别呈不断减小和先增大后减小的规律。掘进司机处粉尘质量浓度与径向涡旋强度和运移距离间分别满足玻尔兹曼分布Boltzmann模型和对数正态分布LogNormal模型。当径向涡旋强度为0.9,运移距离为30 m时,能够实现高效控尘,现场实测结果显示,掘进司机处总尘和呼吸性粉尘降尘率分别达到82.7%和78.3%,能够有效改善人员作业环境。研究结果可为煤矿综掘巷道粉尘污染高效控制与治理提供参考。

油菜播种机除尘式播量监测系统设计与试验

[目的/意义]针对气送式油菜直播机作业过程中粉尘影响种子流检测性能、监测系统难以适应不同幅宽播种行数等问题,设计了一种油菜播种机除尘式播量监测系统。[方法]该监测系统由除尘式油菜种子流检测装置与播量监测终端构成,可通过改变检测装置数量适配不同幅宽播种机。根据粉尘影响种子流检测结构机制,设计了防尘除尘机构。该机构通过透明防尘板将光电感应器件与导种管隔开,粉尘只附着在透明防尘板靠近导种管一侧,同时利用步进电机-丝杆机构使透明防尘板与除尘布产生相互摩擦实现对透明防尘板除尘。通过分析与试验确定透明防尘板尺寸、除尘启动阈值等关键参数。[结果和讨论]检测装置对比台架试验表明,在平均排种频率12.4~36.3 Hz、平均粉尘流量252~386 mg/s下,无防尘除尘检测装置在两个除尘周期后检测准确率不高于80.2%;有防尘除尘检测装置在单个除尘周期内平均检测准确率不低于93.6%,检测装置不会将粉尘误计。播量监测台架试验表明,在平均排种频率不高于37.6 Hz时,播量监测准确率不低于92.2%。田间播种试验表明,在2.8~4.6 km/h的油菜直播机正常作业速度下,田间排种频率为14.8~31.1 Hz时,播量监测准确率不低于93.1%。[结论]该油菜播量监测系统为气送式油菜直播机作业中粉尘影响下种子流精准检测提供了有效支持,提高了对不同宽幅播种行数的适应性。

高寒地区平板热管式太阳能集热系统热性能研究

基于呼和浩特地区高寒气候条件,搭建两组完全一致的平板热管式太阳能集热系统,通过实验对比分析太阳辐射强度、传热工质流量、集热板表面积尘等因素对集热器瞬时集热效率以及系统热性能的影响。结果表明,在同等外界条件下,集热器的集热效率随着工质流量的增加而增大,集热效率与太阳辐射强度变化趋势相近,随积尘密度的增加,集热板表面积尘导致系统的得热量减少,集热性能下降。

煤矿胶带运输巷道综合降尘技术

为了解决煤矿运输转载过程中的粉尘污染问题,以曹家滩煤矿主斜井、主运大巷为研究背景,根据主要产尘来源和产尘规律,在传统的喷雾降尘措施基础上,优化实施了“运输胶带密闭喷雾降尘+运输胶带地面快速清洁+巷道断面风流降尘”综合降尘技术,通过理论分析和现场试验确定了胶带密闭喷雾水量和喷雾间距,研制了胶带清刮、胶带喷雾冲洗、胶带旋转毛刷等胶带清洁装置,分析了巷道断面喷雾的合理间距。结果表明:胶带密闭喷雾水量为20 L/min、喷雾间距为800 m时,结合胶带清洁装置处理可以从源头上明显地降低胶带运输过程中的产尘量;当巷道断面相邻降尘水幕间距为900 m时,湿式捕尘网可以有效净化巷道内弥散的粉尘。现场应用表明曹家滩主斜井及主运大巷的呼吸性粉尘均可降至8 mg/m^(3)以下,粉尘治理效果良好,为类似条件下的降尘措施制定提供借鉴。

滤筒除尘器喷吹孔孔径的优化

【目的】为控制各个喷吹管气流量的均匀性,对喷吹管上的喷吹孔径进行优化,提高滤筒除尘器清灰效果。【方法】自制高压脉冲喷吹气流量测量装置对现有喷吹管气流量进行测定,采用光纤传感分析仪测试除尘器滤筒各部分的侧壁压力峰值,分析各滤筒清灰效果不均匀的原因;以滤筒各部位侧壁压力峰值作为清灰均匀性效果评估指标,优化喷吹孔径。【结果】优化前4个喷吹孔径均为19 mm,喷吹孔的气流量依次为13.69、 14.78、 16.03、 16.93 L,对应4个滤筒上、中、下部侧壁压力峰值的最小值分别为最大值的37%、 26%、 20%,气流量均匀度标准差为1.41;优化后4个喷吹孔径分别为23、 20、 18、 17 mm,喷吹气流量依次为14.05、 15.08、 15.87、 16.13 L,对应4个滤筒上、中、下部测壁压力峰值的最小值为最大值的56%、 56%、 53%,气流量均匀度标准差降为0.93。【结论】优化后的喷吹管气流量均匀化程度提高,可实现滤筒除尘器的均匀清灰。

综采工作面风流及粉尘运移规律研究

为研究薄煤层综采工作面风流及粉尘运移规律,利用Fluent软件对双阳煤矿薄煤层综采工作面风流及不同产尘工序产生的粉尘运移进行数值模拟。结果表明:双阳煤矿薄煤层综采工作面风流基本规律为突然升高,再缓慢下降,最后趋于稳定;粉尘浓度出现聚集区域为移架工作区域和采煤机滚筒截割处;粉尘在人行横道空间整体扩散并不明显,在底板上存在沉积现象。为后续薄煤层综采工作面雾滴运移及降尘研究提供了前提。