气液两相流喷嘴雾化特性的实验研究及其降尘应用

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1、学校代码10530学号201510131323分类号TD714密级硕士学位论文气液两相流喷嘴雾化特性的实验研究及其降尘应用学位申请人袁辉指导教师欧阳晓平院士学院名称材料科学与工程学院学科专业材料科学与工程研究方向新能源材料与器件二零一八年六月Experimentalstudyonatomizationcharacteristicsofgas-watertwo-phaseflownozzleanditsdustremovalapplicationCandidateHuiYuanSupervisorAcademicianXiaopingOu

2、-YangCollegeSchoolofMaterialsScienceandEngineeringProgramMaterialsScienceandEngineeringSpecializationNewEnergyMaterialsandDevicesDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateJune,2018湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何

3、其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要粉尘危害是煤矿

4、生产的重大灾害之一，充斥生产空间的粉尘不仅加速机械磨损，缩短仪器的使用寿命，且在一定条件下会引发粉尘爆炸，特别是呼吸性粉尘易被人体吸收，产生各种呼吸性疾病，严重威胁矿井和矿工的安全。目前，国内外煤矿井下普遍采用湿式抑尘、降尘为主，应用最广泛的是喷雾降尘技术。其中，应用最多的为高压喷雾技术，该技术喷出的水雾粒径较大，水雾不易对呼吸性粉尘造成碰撞、拦截、团聚等作用，造成对呼吸性粉尘的捕集效率较低。国内外目前普遍认为实现液体最有效的雾化方式即为两相流喷雾技术，利用气液两相流喷嘴产生的雾滴粒径可以达到几微米，能够有效提高对呼吸性粉尘的沉降效率。

5、两相流喷嘴虽然已在除尘中得到一定的应用，对于影响气液两相流喷嘴雾化效率的因素也取得一定的研究进展，但还是存在喷嘴喷雾能耗高，雾化不均匀，喷嘴易堵塞、小粒径雾滴占比小等不足，导致两相流除尘技术在煤矿中的实际应用受到很大的限制。基于气液两相流喷嘴的特征结构、喷射条件和雾化机理，提出气孔的数量与孔径、水孔的孔径、气孔偏移角、出雾口形式和内置节流杆等特征结构是影响两相流喷嘴雾化的主要结构因素，气压、水压和气水比等喷射条件是影响两相流喷嘴雾化的主要喷射因素，且设计加工了一种两相流雾化喷嘴，搭建了一套完整的雾化测试系统和除尘实验系统。通过调控气孔的

6、数量与孔径、水孔的孔径、气孔偏移角、内置节流杆和出雾口形式可以实现两相流喷嘴的高效雾化，其雾滴中位粒径小于10微米，雾化量最高可达5kg/h,雾化均匀，雾化性能良好。其中，内置节流杆和气孔偏移角对两相流喷嘴雾化性能影响最大，是喷嘴在低能耗下也能产生10微米以下水雾的重要特征结构。通过调控气压、水压和气水比等因素来研究喷射条件对两相流喷嘴雾化性能的影响。研究结果表明雾滴粒径随着气压的增大而减小，随着水压的增大而增大，在一定气液比值范围内，喷嘴具有良好的雾化性能，粒径小，雾化均匀，在外流场中沿横向方向几乎不变，沿轴向方向逐渐增大。基于以上对

7、两相流喷嘴雾化特性的研究展开了两相流喷嘴不同雾化参数对雾化降尘的影响研究。研究发现喷射条件对雾化降尘效率有着很大影响，降尘效率随着雾滴粒径的增大而增大，随着雾化量的增大而减小，随着粉尘浓度的增大而增大，在雾滴粒径小于10μm时，对呼吸性粉尘的去除有良好的效果，其降尘效率可达90%以上，为低能耗、小粒径的喷嘴结构的优化及应用和除尘装置的设计提供了理论依据和关键技术支撑。关键词：气液两相流喷嘴；特征结构；喷射条件；雾化性能；雾化降尘；IAbstractThedusthazardisoneofthemajordisastersincoalmi

8、neproduction,fillintheproductionofspacedustnotonlyacceleratethemechanicalwear,shortentheservicelifeofth