【摘 要】
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煤炭作为我国支柱型能源,社会经济的高速发展从而伴随着煤炭消耗的持续增加。随着科学技术的不断发展和完善,煤矿现代化水平逐渐提升,煤矿安全事故发生率逐年下降,但是煤矿尘肺病发病率逐年上升,井下粉尘浓度严重超标。目前,我国降尘方法应用最广泛的为喷雾降尘技术,其中以气液喷雾降尘技术为主,该技术的关键核心在于气液两相流喷嘴,虽然对该喷嘴也取得了一定的研究进展,但是通过该喷嘴产生的雾滴粒径仍存在速度低、匹配性
【基金项目】
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国家自然科学基金（51704145、52174195）； 山西省基础研究计划（自由探索类）项目（20210302123103）； 山西省基础研究计划（自由探索类）面上项目,《音爆脉冲载荷作用下波-流-固耦合增渗强润降尘机制研究》,项目编号:20210302123122,资助单位:山西省教育厅；
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煤炭作为我国支柱型能源,社会经济的高速发展从而伴随着煤炭消耗的持续增加。随着科学技术的不断发展和完善,煤矿现代化水平逐渐提升,煤矿安全事故发生率逐年下降,但是煤矿尘肺病发病率逐年上升,井下粉尘浓度严重超标。目前,我国降尘方法应用最广泛的为喷雾降尘技术,其中以气液喷雾降尘技术为主,该技术的关键核心在于气液两相流喷嘴,虽然对该喷嘴也取得了一定的研究进展,但是通过该喷嘴产生的雾滴粒径仍存在速度低、匹配性差等问题,造成各产尘环节除尘效果很不理想。因此,本文在音爆雾化原理的基础上提出有别于传统喷雾方式的音爆雾化技术,依据拉瓦尔动力学原理研发设计出一种新型音爆雾化喷嘴。首先建立音爆雾化喷嘴数学模型,之后依据经验和理论计算公式确定音爆雾化喷嘴内部阀芯结构具体尺寸参数。自行搭建音爆雾化特性实验平台,定义喷嘴内部阀芯拉瓦尔结构收缩段—喉管段—扩张段断面比例关系,选取12种不同结构参数的音爆雾化喷嘴分为三组开展雾化特性实验,探究不同比例系数、相同比例系数下不同参数对喷嘴雾化性能的影响规律:当比例系数相同时,在恒定供水压力、供气压力下随着音爆雾化喷嘴尺寸参数的增加雾滴粒径逐渐减小,12种音爆雾化喷嘴当中α9、α10、α11、α12的雾滴粒径最小;每一组包含四种比例系数,在每组内随着比例系数的增加,雾滴中位直径呈现出先减小后增加的趋势,在比例系数为α2、α6、α10时雾滴粒径参数达到最低,即在比例关系为β3（2.6:1:2）时雾滴粒径最小,因此可知10#为最优喷嘴。并将音爆雾化喷嘴与传统内混式喷嘴进行对比发现音爆雾化喷嘴的粒径峰值以及雾滴粒径分布范围均小于传统内混式喷嘴。供水压力、供气压力等运行条件对喷嘴雾化性能起着至关重要的作用,改变气压、水压来探究运行条件对雾化性能的影响。研究结果表明当供水压力恒定时,随着供气压力的增加,表征雾滴粒径的所有参数均逐渐减少;随着供水压力的增加,表征雾滴粒径的所有参数均增加。不同比例关系的音爆雾化喷嘴、不同运行条件都将影响喷雾射程。在恒定供水压力、供气压力情况下,当比例关系增加时,喷雾射程先增加后减小,在比例关系为β3（2.6:1:2）时达到最高值。在供水压力为0.3MPa下,α9、α10、α11、α12四种音爆雾化喷嘴喷雾射程随着供气压力的增加先增加后减小,变化拐点在0.6MPa。以李家壕煤矿前31116综采工作面回风顺槽为研究背景开展现场降尘试验,设计音爆雾幕智能监测降尘系统,采用CCZ20矿用粉尘采样器对四个测试地点进行喷雾前后浓度测试得到开启音爆雾化降尘系统后全尘和呼尘的平均降尘率分别为91.26%和90.16%,验证音爆雾化喷嘴在井下应用工艺的可行性。
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