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创新点创新

(1)基于对可压缩气体管道跨音速流场特性和超音速横向射流雾化理论的初步研究，提出了超音速虹吸气动雾化技术，并研制了相应的雾化装置。

(2)采用实验和数值模拟的方法，研究了不同气动压力下不同开口锥度的超音速虹吸气动雾化装置的雾化和喷雾降尘特性，揭示了其喷雾降尘机理。

(3)基于超音速虹吸式气动雾化装置的雾化和喷淋抑尘特性，在煤矿回风巷中搭建了全断面超音速虹吸式雾幕抑尘系统，应用后抑尘效果良好。

超音速吸气虹吸气动雾化除尘技术

作者： 张天1, 2，荆1, 2，葛少成3，王积仁1, 2，任1, 2, 1, 2。

辽宁工程技术大学安全科学与工程学院， 邮编：1; 2. 矿山热力灾害防治教育部重点实验室； 3.太原理工大学安全与应急管理工程学院

后视图

扬尘污染是煤炭开采行业的重要灾害之一。空气动力学粒径7.07m以下的呼吸性粉尘可通过呼吸进入人体，严重危害采矿工人的健康。目前，微米级喷雾抑尘方法是控制此类粉尘最有效、成本最低的方法。但雾滴尺寸越接近粉尘，它们之间碰撞的概率就越大，这往往需要喷雾抑尘技术来实现更高的雾化效率。

目前国内外关于提高雾化除尘效率的研究较多，但对超音速雾化除尘技术的研究较少，特别是基于超音速特点对液体分散方式和结构参数的改进和优化。在管道中流动。为此，提出了超音速吸力虹吸气动雾化除尘技术，对装置进行了优化，并研究了其雾化除尘控制及现场应用特性。

概括

长期以来，煤炭行业受到高品质、高浓度呼吸性粉尘危害严重。传统的湿式除尘方法针对性不够、除尘效率低、能耗高、可靠性差。为了解决这一问题，提出了超音速虹吸气动喷雾除尘技术，利用夫琅和费衍射原理测量其外部雾场的粒径分布。利用计算流体力学的有限元方法，利用COMSOL软件Spalart-Allmaras和液滴破碎雾化粒子跟踪模块，模拟了喷嘴出口处0~30 cm处无法观测到的近场液滴尺寸和速度分布特征。通过实验手段获得。

通过与超声波干雾抑尘技术的对比，得出该技术的抑尘特性及机理。通过实验研究，得出不同工况和喷嘴出口锥度对雾化能耗和除尘率的影响。结果显示：

所设计的雾化除尘装置可在低至0.2 MPa的气动压力下实现负压抽吸虹吸的微米级、高倍率雾化效果。当气动压力为0.6 MPa时，雾场粒径分布范围为1.00~21.87微米。喷嘴近场区域粒径10微米以下的液滴数浓度占100微米以下的90%，5微米以下的占80%；液滴速度快且射程远。液滴速度在160 m/s以上的数浓度占50%，50 m/s以上的数浓度占99%。

耗气量和水耗量较低，在不同工况和开口锥度下，随着气动压力的增加而增加。喷雾角度在6095范围内，随着喷嘴锥角的增大先增大后减小。抑尘率是超声波干雾抑尘法的1.5倍，并随着雾滴浓度和速度的增加而提高，瞬时效率提高2%~26%。同等除尘效率下，采样过滤器上PM10以下粉尘比例下降24%；防尘效果提高10%。在闽东一矿06回风巷应用后，在中心风速0.86m/s的风扰动下，仍能穿透覆盖整个断面，呼吸性粉尘降尘效率达到以上高于88.8%，证明雾化系统可以达到低湿、节水、高效降尘的效果。

绘画

超声速流场横向射流雾化机理

拉瓦尔喷嘴中的跨音速流动原理

拉瓦尔喷管流动特性分布

超音速吸气虹吸气动雾化装置的结构及雾化机理

超音速吸气虹吸管气动雾化效果

液滴尺寸V50 的测试结果

网格划分和轴向网格细化

近场液滴速度三维分布

液滴速度与数浓度关系统计

100微米以下液滴尺寸分布的定量浓度统计

泵送稳定性和防堵塞测试程序

粉尘控制测试平台

不同出口锥度喷嘴的雾化角度

两种锯齿形喷嘴总能耗对比

超音速吸气虹吸雾化抑尘机构

全断面超音速吸风虹吸雾幕效果

关于作者

张田，男，1992年8月26日出生于辽宁省阜新市，工学博士，硕士生助教，辽宁工程大学安全科学与工程学院讲师，技术，辽宁工程技术大学首批“双一流”学科建设创新团队成员。中国职业安全健康协会通风安全与健康专业委员会青年委员，国家卫生健康委员会职业健康研究中心工程防护培训基地研究员。参与国家自然科学基金、辽宁省自然科学基金、辽宁省教育厅基金等纵向项目7项，参与企业委托横向项目7项。发表学术论文10余篇，其中SCI、EI收录6篇，授权发明专利3项。

研究方向

职业安全卫生工程、矿井通风与粉尘治理

主要的成就

致力于超音速同轴气动雾化喷雾、气动旋流喷雾、螺旋气动喷雾、水雾感应充电、负压雾幕、磁化和化学及其抑尘机理和应用的研究。提出了超音速吸力虹吸气动雾化、超音速同轴气动雾化、超音速旋风喷射、超音速气动螺旋、细水雾感应充电等喷雾降尘技术。开发了相应的雾化装置，建设了相应的喷雾降尘系统，在煤矿、选煤厂取得了良好的效果。

来源：

张天，静，葛少成，等。超音速吸力虹吸气动雾化除尘技术[J].煤炭学报， 2021, 46 (12) : 3912-3921。

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