金属矿山气-水喷头雾化特性及降尘能力实验研究

为分析金属矿山多中段高溜井喷头雾化特性及其降尘效果,建立高溜井喷雾降尘实验平台。采用激光粒径分析仪及喷雾实验设备对新型气-水喷头雾化特性、冲击气流对喷雾捕尘能力影响规律进行研究分析。研究结果表明:气、水流量比是影响新型气-水喷头雾化效果的关键因素;当喷头工作时气、水流量比为100～150时,雾化效果最佳,最佳气压和水压区间分别为[0.4, 0.6] MPa和[0.3, 0.5] MPa,雾滴粒径分布在15～35μm范围内;在最佳气压和水压区间内,雾化角度随气压的增加而增大,随水压先增大后减小,最大雾化角度为40°,调整气压是优化雾化角度的主要手段;溜井卸矿冲击气流对喷雾雾滴粒径影响较大,喷雾捕尘能力与冲击气流速度呈负相关。     

综采面架间喷雾引射除尘技术

为了有效解决综采面采煤机割煤及液压支架移架产尘难以控制的难题,根据喷雾引射除尘机理、采煤机及液压支架结构、产尘特点,对综采面架间喷雾引射除尘技术进行研究;在12种空心和实心锥形喷雾场喷嘴中,实验选定综合雾化性能(包含雾化角、有效射程及雾滴粒径)最优的喷嘴。研究结果表明:最佳喷雾压力为8 MPa,在该压力下,架间喷雾引射除尘技术形成的喷雾场可基本完全覆盖煤壁至液压支架立柱的空间区域,总吸风量为22.03 m3/min,可有效吸入人行道处的含尘气流;相对采取原有除尘措施,综采面全尘和呼尘的降尘率平均值分别提高26.2%和27.3%,移架工处全尘和呼尘的降尘率分别提高30.6%和31.9%。     

八钢翻车机喷雾降尘改造设计

八钢翻车机于2008年投入使用至今,运行可靠,效率较高。主要翻卸国内外球团矿,因长距离输送导致翻卸球团时粉尘量增大,而翻车机自身附带的喷水降尘已经不能满足正常的使用,在保证岗位职工身心健康的前提下,对翻车机除尘系统进行改造。采用新型的喷雾降尘技术,改造后现场环境得到很大程度的改善。     

综掘工作面粉尘控制技术的研究与应用

为了有效降低综掘工作面的粉尘浓度，通过对同忻矿2203工作面掘进时粉尘浓度大小的测定和控制措施的调研，针对现有的防降尘措施的不足，提出了气水喷雾降尘技术和巷道双层水幕帘联合使用的降尘方法，并在现场安装实施，取得了良好的降尘效果。     

基于模糊PID的综采面降尘喷雾恒压供水系统

 针对综采工作面降尘喷雾的恒压供水系统问题,提出了一种模糊PID 控制策略,利用Simulink 软件针对不同工况,对降尘喷雾恒压供水系统进行仿真分析。结果表明,模糊PID 控制比传统PID 控制达到稳定值的时间快5 s,遇到干扰恢复平稳运行比传统PID 控制快36%,且无较大的超调现象,提高了系统的静动态性能,模糊PID 控制能够满足综采工作面降尘喷雾恒压供水系统的要求,方法可行。     

水力自动滚筒闸门振动特性的试验研究

分析动水压力作用下新型水力自动滚筒闸门在开启工作过程中的振动响应,以揭示横置水中圆筒的振动加速度及位移变化规律.横置水中圆筒表面绕流流场水流变化复杂,目前水力自动滚筒闸门在动水压力作用下的振动无现成的计算方法.通过物理模型试验研究,发现在筒下开度一定的情况下,当上游水位不断上升时,筒体表面振动加速度呈现不断增大的趋势;当上游水位上涨至筒体上下同时泄水后,振动加速度增幅快速增长.与加速度变化规律不同,当上游水位与筒顶平齐且无水体附加质量约束作用时,筒体表面振动位移实测值最大.     

基于遗传算法的掘进机外喷雾降尘效率最大的参数优化

 为了提高掘进机外喷雾降尘效率,降低煤矿掘进工作面生产时产生的大量粉尘,改善工作面工作环境及人体健康,提高掘进机截割头的使用寿命,抑制由于粉尘浓度达到一定程度后而发生粉尘爆炸情况造成的人身财产的重大损失;为了避免过多的雾滴落在截割机构上造成水的浪费,令喷雾截面圆与大端面圆近似相切,并保证喷雾覆盖区域相互重叠1/4、捕集区的喷雾截面积近似为环形、雾流形状在有效的作用区内为圆锥形以及喷雾捕集区的粉尘分布是均匀的,建立了掘进机外喷雾降尘效率的数学模型,选择喷雾压力、喷雾有效作用区的长度、喷雾扩散角度以及喷嘴的直径为设计参数,以掘进机外喷雾降尘效率最大为优化目标,建立了相应的约束条件,并且将优化模型进行了无约束化处理,采用遗传算法对影响掘进机外喷雾降尘效率的主要参数进行了优化。优化结果表明,喷雾压力增大了9.79%,喷雾作用区的长度降低了8%,雾化角度减小了11.15%,掘进机外喷雾的降尘效率增加了15.19%。该研究为工程实践提供了理论基础,为掘进机外喷雾系统结构参数的整体优化,使其整体功能达到最佳状态提供了依据,并且对于掘进机内喷雾系统的建模及优化方法提供了重要参考,具有一定的指导意义。     

直流电动-水动力驱油机理研究

根据物理化学流体动力学理论 ,从多孔介质渗流的毛管模型出发 ,建立了储层条件下电动力水动力耦合公式。利用该理论公式和Buckley Leverett模型 ,探讨了恒速注水电动 水动力驱油机理 ,利用该机理对国内外两个典型实验结果进行了拟合。结果表明 ,在储层条件下 ,由电动力引起的电渗作用是提高水驱油采收率的重要因素之一 ,且电加热作用可以降低原油粘度 ,从而提高水驱油采收率。当直流电场的电位梯度为 7.5V/cm时 ,电加热可以提高原油采收率 1 3%左右 ,而电动力仅可以提高采收率 2 %左右。直流电场作用可以降低水油比 ,施加 5.0V/cm的电场 ,当注入 3倍孔隙体积水时 ,水油比减小了 1 6%。     

二甲醚和柴油高压喷射喷雾与燃烧可视化对比研究

为明晰高压喷射条件二甲醚闪急沸腾状态下的喷雾形态、自着火和火焰发展特性，通过高温高压定容燃烧弹，利用高速相机基于纹影法对比研究了柴油和二甲醚的喷雾和燃烧特性。实验中将喷射压力设置为60、100 MPa,环境背压设置为4 MPa,在喷雾、燃烧条件下环境温度分别设置为400、800 K。研究结果表明：同工况下二甲醚的喷雾贯穿距和喷雾面积均小于柴油，但其喷雾锥角大于柴油，雾化时间短于柴油，雾化效果优于柴油。随着喷射压力的提高，二甲醚与柴油的贯穿距和喷雾面积都增大，100 MPa喷射压力下二甲醚喷雾面积较60 MPa增大18.18%,而同工况下柴油增大23.5%。相比于柴油，二甲醚燃烧滞燃期和火焰浮起长度较短，燃烧持续期与柴油相当，但二甲醚燃烧火焰亮度、火焰面积和碳烟生成量明显低于柴油。随着喷射压力的提高，柴油与二甲醚的碳烟生成量均降低，但二甲醚的碳烟生成量降低效果更加显著，该文碳烟生成量用体积分数KL因子总和来表示，发现100 MPa喷射压力下的二甲醚KL总和较60 MPa减小33.3%,而同工况下柴油减小19.32%。     

通风条件影响长压短抽掘进面粉尘扩散的仿真实验

为了提高长压短抽掘进面通风除尘效果,通过仿真实验确定通风条件影响风流场运移及粉尘扩散的规律。研究结果表明:风流场运移规律为压风口与迎头距离、压抽比越大,抽风口与迎头距离、压风量越小,越利于形成风速方向均指向掘进面迎头的控尘风流场,形成控尘风流场的压风口与迎头最小距离为25 m。粉尘扩散规律为随着测点与迎头距离的增大,粉尘质量浓度整体呈现减小或波动性减小趋势;抽风口与迎头距离越小,迎头粉尘扩散能力越小;随着压风口与迎头距离增大、压抽比减小,迎头粉尘扩散能力逐渐减小并趋于稳定,压抽比为0.75时距迎头5~39 m的有人作业区域全尘、呼尘平均降尘率已增至95.56%和94.31%;随着压风量增大,迎头粉尘扩散能力先减小后增大,其中压风量为250 m3/min时扩散能力最小。     

喷雾降尘效率的研究与分析

为了有效地利用喷雾技术沉降工矿企业作业场所中的粉尘,通过对水雾粒度与供水压力的内在联系进行理论分析与研究,结合粉尘沉降效率与水雾粒度的关系,得出粉尘沉降效率与喷雾水压力之间的关系,应用MATLAB软件将其绘制成曲线图。针对一定口径的雾化喷嘴,不同的供水压力对应不同的粉尘沉降效率曲线,且压力越大,效率越高。通过实践,实测降尘效率与曲线图上对应的值很接近,因此,可以以该曲线图为依据指导实际工作。当限定耗水量时,宜选择小口径雾化喷嘴,可以提高喷雾水压力获得细微的水雾,从而达到较高的降尘效率;对于粒径大于2μm的粉尘,在相同供水压力下,各级别粒度的粉尘沉降效率变化不大。此外,惯性碰撞捕尘机理对于粒径小于2μm的粉尘,沉降效率急剧下降,尤其是在供水压力比较低的情况下。     

苔藓植物护坡及固土作用试验研究

以兰州市榆中县夏官营古城的苔藓坡面为研究对象,通过野外调查,研究苔藓的生长环境特征.选择有代表性的自然坡面进行风蚀、雨蚀实验,研究苔藓坡面的抗风蚀、雨蚀能力.取当地的原状土样进行室内土工实验研究其强度特征.结果表明:苔藓能显著提高黄土坡面的抗风蚀、雨蚀能力和抗剪强度.苔藓覆盖度越大,抗风蚀、雨蚀能力越强.相比较无苔藓的坡面,苔藓覆盖度达到40%时,抗风蚀能力可提高2～3倍,抗雨蚀能力可提高3～4倍,苔藓覆盖度超过40%后,抗风蚀、雨蚀能力提高幅度会下降.随着苔藓覆盖度增大,原状土样的内聚力显著增大,抗剪强度整体增大.     

以R22为冷却剂的闭式循环相变喷雾冷却实验研究

为了获得相变喷雾冷却特性,设计并搭建了以R22为冷却剂的闭式循环喷雾冷却实验平台,研究了制冷剂R22的相变喷雾冷却性能。实验在喷雾高度为22 mm、喷雾腔压力维持在0.34MPa、喷嘴入口温度保持在-3℃的条件下进行。实验结果表明:当维持喷嘴入口压力为定值时,随着加热功率的增大,热流密度增大,表面换热系数先快速升高但在接近临界热流密度时有所下降;当调节入口压力时,随着喷嘴入口压力从0.6MPa升高至1.0MPa,临界热流密度呈现出先升高后降低的趋势;当入口压力为0.8MPa时,系统所能达到的临界热流密度最高,为276.1W.cm-2,相应的喷雾冷却壁面温度为26.8℃,说明当使用R22为喷雾介质时,文中实验系统具有高热流密度及低冷却表面温度的显著特点。     

直流电动—水动力驱油机理研究

根据物理－化学物体动力学理论，从多孔介质渗流的毛管模型出发，建立了储层条件下电动力－水动力耦合公式。利用该理论公式和Buchkly-Leverett模型，探讨了恒速注水电动－水动力驱油机理，利用该机理对国内外两个典型实验结果进行了拟合。结果表明，在储层条件下，由电动力引起的电渗作用是提高水驱油采收率的重要因素之一，且电加热作用可以降低原油粘度，从而提高水驱油采收率。当直流电场的电位梯度为7．5V／cm时，电加热可以提高原油采收率13％左右，而电动力仅可以提高采收率2％左右。直流电场作用可以降低水油比，施加5．0V／cm的电场，当注入3倍孔隙体积水时，水油比减少了16％。     

表面活性剂影响下细水雾吸附细颗粒物特性的试验

为了探讨细水雾吸附细颗粒物的机理,利用含有风送结构的喷雾系统对表面活性剂影响下不同粒径细水雾脱除细颗粒物特性进行了试验研究,获得了液滴粒径、表面活性剂质量浓度及风送速度对细水雾降尘率的影响规律.结果表明:细水雾降尘率随着水雾粒径的减小先提高后下降,存在最大降尘率;在纯水中添加表面活性剂能大幅提高不同粒径水雾对细颗粒物的降尘率,且粒径越小提升效果越明显;随着溶液中表面活性剂质量浓度的增大,降尘率基本呈上升趋势,同时当水雾粒径较大时,低速风送对纯水及表面活性剂溶液的降尘率均有提升效果.     

倾斜螺纹孔射流传热特性的数值研究

为了提高传统圆孔冲击射流的冷却效果,提出采用螺纹孔来代替圆孔,并采用数值模拟方法研究了倾斜状态下螺纹孔旋转冲击射流的复杂流动状态和传热性能,研究的影响因素包括射流倾斜角(α=45°～90°)、冲击距离(H/d=2,4,6)、雷诺数(Re=6 000～24 000)。研究结果表明:倾斜角和冲击距离对射流空间内旋涡的大小、形状和位置有较大的影响;在倾斜状态下,旋转射流冲击冷却效果要优于圆孔射流,但当α=45°时,旋转射流冲击靶面的对流传热效果会明显恶化;当Re=6 000,α=60°,H/d分别为2、4和6时,旋转射流靶面中心努塞尔数Nu比圆孔射流靶面中心Nu分别高139.9%、107.2%、27.3%;当冲击距离相同时,旋转射流靶面平均努塞尔数高于圆孔射流。与圆孔射流相比,Re≤18 000下提高射流Re,旋转射流能显著增强靶面传热能力。     

库水可压缩性对重力坝动力特性和地震响应的影响

采用ABAQUS中的声学单元模拟库水,探讨库水可压缩性对重力坝动力特性和地震响应的影响.首先建立了刚性直墙和柔性墙模型,采用声学单元模拟库水可压缩性,将动水压力结果与相关文献进行对比,验证了库水单元模型的正确性.然后以Koyna大坝为例建立了坝体-库水-地基有限元模型,分析了库水可压缩性对于坝体自振频率和关键部位地震响应的影响,并对不同高度大坝和不同卓越频率的地震荷载对坝体关键部位的动水压力进行了探究.结果表明:可压缩库水模型能够降低坝体自振频率,与忽略库水可压缩性时相比降低3.1%.考虑库水可压缩性时,会增大坝顶、上游坝面中点处水平位移响应,增大下游坝面折点、坝踵处主拉应力响应.对于不同高度大坝,可压缩库水模型相较于不可压缩库水模型增大了坝面动水压力,且动水压力峰值随着坝高的增加逐渐增大.在地震卓越频率与可压缩库水模型自振频率相接近时,对动水压力有较大的影响.     

单喷嘴喷雾冷却旋转圆筒的换热特性实验研究

采用单喷嘴喷雾冷却的换热方式来研究旋转圆筒的换热特性。通过设置不同的参数,观察圆筒外壁的温度分布及变化规律,并计算物料的热流密度。实验结果表明,物料到筒外壁之间的热阻会对换热过程产生严重的制约;未喷雾时,外壁面温度达到物料的30%,而喷雾时,达到11%。随着物料温度的升高,外壁平均温度会显著升高,物料的热流密度增长幅度也会逐渐的增大;并且温度越高,喷雾冷却的优势越明显。圆筒转速对温度的分布会产生一定的影响,转速越高,温度分布越均匀,热流密度也会有所提升;当提升1 r/min时,热流密度提高不到1%;喷雾流量对换热效果的影响较大,热流密度随流量的增大而增大,但增长速率会逐渐减缓。     

积液型两相流分配器的性能与优化

摘要： 试验研究了带有复杂入口管的积液型两相流分液器在不同干度和质量流量条件下的分液均匀性.结果表明：当干度增大时,分液器的分液均匀性下降;当质量流量增大时,分液器的分液均匀性得到改善;各工况下分液器分液的流体质量流量标准偏差（STD）的平均值为2.80%.同时,对复杂入口管进行了计算流体动力学模拟,提出了一种能够有效降低入口管形式影响的新型双筒体型分液器,并通过试验加以验证.验证试验结果表明,在各工况下,双筒体型分液器分液的STD的平均值为2.36%,比积液型分液器的分液均匀性提高了15.7%.     

基于实测速度与应力风机的基础动力响应分析

目的探究黏性阻尼以及材料阻尼对风机基础动力响应计算的影响.方法采用风机塔筒-基础整体模型,区别考虑风机气动黏性阻尼、风机塔筒材料阻尼以及基础的材料阻尼,用COMSOL Multiphysics有限元软件对风机整体进行模态计算,对在不同阻尼下的风机基础上法兰的受力情况进行计算分析,并与现场实测应力进行对比.讨论阻尼对风机动力响应计算的影响.结果风机模态、相应位置应力实测与模拟值吻合良好.考虑气动阻尼和各材料阻尼时,动力响应幅值比不考虑阻尼时的幅值要减小10 MPa,幅值减小31. 25%.当空气黏性阻尼比缩小2. 5倍时,幅值增大21. 4%.钢结构阻尼比缩小2. 5倍时,幅值增大8. 33%.基础材料阻尼比缩小2. 5倍时,幅值增大12%.结论阻尼在动力计算中对计算结果起着较大的作用;风机的阻尼比越大时,动力响应越小.黏性阻尼对风机的动力响应影响比材料阻尼更大,基础的材料阻尼要比钢结构的材料阻尼对动力响应的影响要大.