采煤机喷雾系统喷嘴喷雾仿真分析研究

喷雾降尘的机理是利用高速运动的水雾粒对漂浮在空气中的粉尘颗粒碰撞、截获、捕集,最后凝结沉降。在煤矿井下,对人体健康危害最大的是≤5μm的呼吸性粉尘,因此需要对这类粉尘进行有效的沉降。从影响降尘的主要因素分析发现:水雾粒速度和水滴粒径一定时,降尘效率随粉尘粒径增加而增加,达到某一值后趋于常数,大水滴对大粉尘降尘效率高;对于1-3μm的粉尘直径最佳雾粒直径范围为60μm-160μm;要使呼吸性粉尘降尘效率达到50%以上,水雾粒喷射速度必须大于35m/sec。 在喷雾降尘系统中,喷嘴的设计是关键。因为喷嘴的雾化性能直接影响到降尘的效果。还有就是增大喷雾流量和喷雾压力,但也都有一定的局限,且从节能角度考虑,不易太大。所以从喷嘴的设计考虑喷雾效果的改善是必行之路。结合到煤矿井下恶劣的工作环境、可靠性设计以及加工制作简单等因素,设计出一种既不用旋流芯,又能产生比较好的雾化效果的喷嘴。不用旋流芯,仍要使流体在喷嘴内部能产生比较大的旋转运动,这样才会使流体喷出喷嘴后,在离心力的作用下,产生比较好的雾化效果。所以需要流体在进入喷嘴内部时,有一定的角度,进入喷嘴内部后,会产生横向速度,这样就会产生一定的旋转运动。从这一思路出发,设计出一种喷嘴。 采用CFD(Computational Fluid Dynamics)计算流体动力学仿真软件对流体在喷嘴内部的流动情况进行动力学仿真。通过仿真分析得到:喷嘴内腔一定时,喷雾扩散角随着口径增大而增大,原因是液体在大口径喷嘴内部的旋流强度大。比较了1.0mm、1.2mm、1.5mm、1.75mm口径的喷嘴,旋流速度依次增大;喷嘴口径一定时,喷雾扩散角随着内腔孔径的增大而增大;喷嘴口径和内腔孔径一定时,旋流角在30度的时候旋流效果比较好;随着中心调节针阀离喷嘴出口越来越远,中心调节针阀对旋流流体的扰动及粘滞作用越来越小,内部速度在不断增加,当距离增加到一定值后,针阀作用可忽略不计。可见流体在针阀与喷嘴出口间隙大的时候其内部旋流强度大。 为了得到较好的降尘效果,喷嘴的设计要考虑自身的一些匹配关系。喷嘴内腔孔径应和喷嘴出口口径有一定的匹配关系。对于口径为d0=1-1.5mm的喷嘴,喷嘴内腔直径取D=6mm为宜;d0=1.75-2.5mm,取D=6.5mm为宜。喷嘴喷口的长度L取口径的0.5-1倍之间的值可以获得比较大的扩散角。另外在系统允许的范围内增大水压力可以增加出口喷雾扩散角。