本发明专利技术公开了一种风流场下喷雾降尘规律的模拟实验装置及其实验方法，其实验过程中，主要通过抽吸风机在模拟实验装置内形成稳定的风流场；通过发尘装置，在气流的作用下，向模拟实验装置内输送粉尘；通过与供水泵连接的喷雾杆上的喷嘴，在模拟实验装置内形成稳定的水雾；通过激光雾滴粒径测定仪和PM2.5粉尘采样器分别测定不同情况下、不同测点处的雾滴粒径及雾滴速度以及通过雾滴场前后的粉尘浓度，并将数据传输至所述计算机，从而得出粉尘与雾滴耦合过程中颗粒速度、粒度和浓度之间的关系。本发明专利技术具有仿真度高、实验结果准确、真实可靠，以及装置结构紧凑、实验操作简便、调节灵活等特点。
【技术实现步骤摘要】
一种风流场下喷雾降尘规律的模拟实验装置及其实验方法
本专利技术涉及一种模拟实验装置及其实验方法，尤其涉及一种风流场下喷雾降尘规律的模拟实验装置及其实验方法。
技术介绍
近年来，随着我国煤炭行业机械化程度的提高，采掘工作面高浓度粉尘问题越来越严重。据实测，在不采取任何防尘措施的情况下，综掘工作面迎头的粉尘浓度为1200～1500mg/m3，个别高达3000mg/m3左右；采煤工作面中，一般综采工作面的粉尘浓度可达2500～3000mg/m3，而且呼吸性粉尘在粉尘中的浓度接近40％。高浓度粉尘不仅会引发职业病，还可能导致引起矿井粉尘爆炸事故，严重影响着矿井的安全生产。目前，针对煤矿井下采掘工作面高浓度粉尘，常用的治理措施主要是喷雾除尘，喷雾除尘过程中雾滴颗粒的粒径大小和速度对喷雾除尘的效果影响显著。因此，加强对喷雾除尘过程中雾滴-粉尘颗粒耦合沉降规律研究，对增强喷雾除尘的除尘效率具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是，提供一种风流场下喷雾降尘规律的模拟实验装置，以用于研究喷雾除尘过程中尘-雾颗粒耦合沉降规律，为喷雾除尘技术实施过程中喷嘴选用、喷嘴排列方式以及喷雾压力的确定等提供可靠的理论支持。本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是，一种风流场下喷雾降尘规律的模拟实验装置，其特征在于，包括发尘装置、巷道模拟装置、通风装置、巷道环境测定装置、喷雾装置、激光雾滴粒径测定仪、实验废料处理装置和安装在装置外部的计算机；其中：所述发尘装置位于巷道模拟装置的进风口处，用于向巷道模拟装置中定量产生粉尘，为尘-雾颗粒耦合沉降实验提供粉尘，为该装置的尘源；所述巷道模拟装置为一两端开口的密封腔体，从左至右依次包括进风口、进风段、扩散段、稳定段、收缩段和出风口；所述进风口、进风段、扩散段、稳定段、收缩段和出风口的中心点位于同一中轴线上；所述进风段的左侧为进风口，所述收缩段的右侧为出风口；所述扩散段呈喇叭形状，从左至右依次由细变粗；所述收缩段呈倒喇叭形状，从左至右依次由粗变细；所述稳定段从左至右粗细一致；所述出风口与抽吸风机连接，所述抽吸风机由一带变频器的调速电机驱动；所述稳定段的前后侧壁上分别开设有第一透光孔和第二透光孔，所述第一透光孔的中心与前侧壁的底沿之间的距离为30cm，所述第二透光孔的中心与后侧壁的顶沿之间的距离为30cm；所述第一透光孔和第二透光孔处均分别安装有镜片，所述镜片与所述侧壁之间的接缝处密封；所述激光雾滴粒径测定仪的发生器和接收器分别设置在所述第一透光孔和第二透光孔外侧；所述激光雾滴粒径测定仪用于测量所述巷道模拟装置内部尘-雾颗粒的速度、粒度和浓度，并将检测到的数据传输至所述计算机，通过所述计算机得出粉尘与雾滴耦合过程中颗粒速度、粒度和浓度之间的关系；所述稳定段的底部安装有用于排除实验污水的排水管道；所述稳定段内顶壁沿纵向悬挂有一滑杆，所述滑杆位于所述中轴线的正上方，所述巷道环境测定装置悬挂在所述滑杆上；所述巷道环境测定装置包括风流速度测定仪、气压计和用于测定巷道模拟装置内粉尘浓度的PM2.5粉尘采样器；所述风流速度测定仪、气压计和粉尘采样器数量均为若干；所述滑杆上分别悬挂有三个可沿滑杆轴向滑动的网格状金属架，所述风流速度测定仪以均匀布置的方式固定在其中的一个网格状金属架上，所述气压计和PM2.5粉尘采样器分别以均匀布置的方式固定在另外两个网格状金属架上；所述喷雾装置包括顺次连接的水箱、供水泵和喷雾杆，所述喷雾杆上安装有若干数量的喷嘴；所述喷雾杆以可上下左右移动的方式安装在巷道模拟装置内部，并通过喷嘴将供水泵供送的水以雾状形式喷出，在所述巷道模拟装置内部形成雾滴场；所述实验废料处理装置包括水雾处理装置和废水净化装置；所述水雾处理装置包括一个除雾器，所述除雾器与所述抽吸风机的出风口连接，用于将所述抽吸风机抽出的水汽混合物进行除雾处理，并将除雾后的空气将通过风筒排到实验室外；所述废水净化装置通过排水管道与所述巷道模拟装置底壁处的排水管口连接，用于将所述巷道模拟装置内部的喷雾凝结水中颗粒粒径大于1um的杂质全部净化处理后，排到实验室外。作为优选，上述巷道模拟装置长度为11m，其中，进风段长度为1m，与所述中轴线垂直方向上的截面边长为1.5m；扩散段长度为3m，扩散段的扩散角为14度；稳定段长度为6m，与所述中轴线垂直方向上的截面边长为3m；收缩段长度为1m，收缩角为51度；所述巷道模拟装置为框架结构，其支撑骨架材质为钢，其余部分的材质为有机玻璃，所述有机玻璃的厚度为2～3cm。进一步优选，上述激光雾滴粒径测定仪可测量的最大喷雾场直径为4m，可测量的液滴粒径尺寸为0.5-2000μm，粒径测量准确度为0.5μm，速度测量范围为100-300m/s，准确度为1m/s；所述供水泵的额定工作压力为28Mpa；所述风流速度测定仪为叶轮风流速度测定仪，其型号为AVM-01，可以测量的风速范围是0～10m/s；所述发尘装置为SAG420气溶胶发生器，其产生的粉尘颗粒粒径范围为0～200μm；按粉尘密度为1g/cm3计，SAG420气溶胶发生器所产生的粉尘流量范围为0～12kg/h；所述抽吸风机为轴流风机，其额定功率为15kw、额定流量为20m3/s；所述变频器为G/P型高性能通用矢量变频器，其额定电压为380V，额定功率为75KW。进一步优选，上述进风段、扩散段、稳定段和收缩段在沿与所述中轴线垂直方向上的截面均为正方形；所述进风段的下方设置有进风段支架，所述稳定段的下方设置有稳定段支架，所述进风段支架和稳定段支架均设置有用于高度调节的调节螺栓；所述稳定段的前侧壁上还设置有一人孔。进一步优选，上述风流速度测定仪、气压计和粉尘采样器的数量均为9个。进一步优选，上述风流场下喷雾降尘规律的模拟实验装置，还包括有三脚架底座，所述发尘装置置于所述三脚架底座上。上述技术方案直接带来的技术效果是，一方面，发尘装置定量产生粉尘，抽吸风机可以保证巷道模拟装置内部具有一定风速，粉尘在风的作用下向巷道模拟装置内部扩散，喷嘴产生的雾滴与粉尘进行结合，由激光雾滴粒径测定仪和PM2.5粉尘采样器可以测定出尘-雾颗粒粒径和浓度；另一方面，主要检测仪器：风流速度测定仪、气压计和用于测定巷道模拟装置内粉尘浓度的PM2.5粉尘采样器数量均为若干；安装方式采用在滑杆上分别悬挂有三个可沿滑杆轴向滑动的网格状金属架，其中，风流速度测定仪以均匀布置的方式固定在其中的一个网格状金属架上，气压计和PM2.5粉尘采样器分别以均匀布置的方式固定在另外两个网格状金属架上。采用这种结构形式，使得模拟实验装置在实验过程中，检测到的基础数据全面、真实、可靠，确保了模拟实验结果的真实性和准确性。而且，喷雾杆以可上下左右移动的方式安装在巷道模拟装置内部，并通过喷嘴将供水泵供送的水以雾状形式喷出，在巷道模拟装置内部形成雾滴场；抽吸风机由一带变频器的调速电机驱动，通过变频器调节电机转速，进而调节风机输出功率的大小等系列技术手段的采用，使得整个模拟实验装置具有较高的“仿真度”；通过风速风量的灵活调节、喷雾杆位置的自由移动，结合不同型号规格喷嘴的使用，使得本专利技术的模拟实验装置可以测定在不同风速下尘-雾颗粒耦合沉降规律，为喷雾降尘过程中喷嘴种类的优选、喷雾压力的确定以及研发喷雾设备本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种风流场下喷雾降尘规律的模拟实验装置，其特征在于，包括发尘装置、巷道模拟装置、通风装置、巷道环境测定装置、喷雾装置、雾滴粒径测定装置、实验废料处理装置和安装在装置外部的计算机；其中：所述发尘装置位于巷道模拟装置的入风口处，用于向巷道模拟装置中定量产生粉尘，为尘‑雾颗粒耦合沉降实验提供粉尘，为该装置的尘源；所述巷道模拟装置为一两端开口的密封腔体，从左至右依次包括进风口、进风段、扩散段、稳定段、收缩段和出风口；所述进风口、进风段、扩散段、稳定段、收缩段和出风口的中心点位于同一中轴线上；所述进风段的左侧为进风口，所述收缩段的右侧为出风口；所述扩散段呈喇叭形状，从左至右依次由细变粗；所述收缩段呈倒喇叭形状，从左至右依次由粗变细；所述稳定段从左至右粗细一致；所述发尘装置设置在所述巷道模拟装置的进风口外的一侧；所述出风口与抽吸风机连接，所述抽吸风机由一带变频器的调速电机驱动；所述稳定段的前后侧壁上分别开设有第一透光孔和第二透光孔，所述第一透光孔的中心与前侧壁的底沿之间的距离为30cm，所述第二透光孔的中心与后侧壁的顶沿之间的距离为30cm；所述第一透光孔和第二透光孔处均分别安装有镜片，所述镜片与所述侧壁之间的接缝处密封；所述激光雾滴粒径测定仪的发生器和接收器分别设置在所述第一透光孔和第二透光孔外侧；所述激光雾滴粒径测定仪用于测量所述巷道模拟装置内部尘‑雾颗粒的速度、粒度和浓度，并将检测到的数据传输至所述计算机，通过所述计算机得出粉尘与雾滴耦合过程中颗粒速度、粒度和浓度之间的关系；所述稳定段的底部安装有用于排除实验污水的排水管道；所述稳定段内顶壁沿纵向悬挂有一滑杆，所述滑杆位于所述中轴线的正上方，所述巷道环境测定装置悬挂在所述滑杆上；所述巷道环境测定装置包括风流速度测定仪、气压计和用于测定巷道模拟装置内粉尘浓度的PM 2.5粉尘采样器；所述风流速度测定仪、气压计和粉尘采样器数量均为若干；所述滑杆上分别悬挂有三个可沿滑杆轴向滑动的网格状金属架，所述风流速度测定仪以均匀布置的方式固定在其中的一个网格状金属架上，所述气压计和PM 2.5粉尘采样器分别以均匀布置的方式固定在另外两个网格状金属架上；所述喷雾装置包括顺次连接的水箱、供水泵和喷雾杆，所述喷雾杆上安装有若干数量的喷嘴；所述喷雾杆以可上下左右移动的方式安装在巷道模拟装置内部，并通过喷嘴将供水泵供送的水以雾状形式喷出，在所述巷道模拟装置内部形成雾滴场；所述实验废料处理装置包括水雾处理装置和废水净化装置；所述水雾处理装置包括一个除雾器，所述除雾器与所述抽吸风机的出风口连接，用于将所述抽吸风机抽出的水汽混合物进行除雾处理，并将除雾后的空气将通过风筒排到室外；所述废水净化装置通过排水管道与所述巷道模拟装置底壁处的排水管口连接，用于将所述巷道模拟装置内部的喷雾凝结水中颗粒粒径大于1um的杂质全部净化处理后，排到实验室外。...
【技术特征摘要】
1.一种风流场下喷雾降尘规律的模拟实验装置，其特征在于，包括发尘装置、巷道模拟装置、通风装置、巷道环境测定装置、喷雾装置、激光雾滴粒径测定仪、实验废料处理装置和安装在装置外部的计算机；其中：所述发尘装置位于巷道模拟装置的进风口处，用于向巷道模拟装置中定量产生粉尘，为尘-雾颗粒耦合沉降实验提供粉尘，为该装置的尘源；所述巷道模拟装置为一两端开口的密封腔体，从左至右依次包括进风口、进风段、扩散段、稳定段、收缩段和出风口；所述进风口、进风段、扩散段、稳定段、收缩段和出风口的中心点位于同一中轴线上；所述进风段的左侧为进风口，所述收缩段的右侧为出风口；所述扩散段呈喇叭形状，从左至右依次由细变粗；所述收缩段呈倒喇叭形状，从左至右依次由粗变细；所述稳定段从左至右粗细一致；所述出风口与抽吸风机连接，所述抽吸风机由一带变频器的调速电机驱动；所述稳定段的前后侧壁上分别开设有第一透光孔和第二透光孔，所述第一透光孔的中心与前侧壁的底沿之间的距离为30cm，所述第二透光孔的中心与后侧壁的顶沿之间的距离为30cm；所述第一透光孔和第二透光孔处均分别安装有镜片，所述镜片与所述侧壁之间的接缝处密封；所述激光雾滴粒径测定仪的发生器和接收器分别设置在所述第一透光孔和第二透光孔外侧；所述激光雾滴粒径测定仪用于测量所述巷道模拟装置内部尘-雾颗粒的速度、粒度和浓度，并将检测到的数据传输至所述计算机，通过所述计算机得出粉尘与雾滴耦合过程中颗粒速度、粒度和浓度之间的关系；所述稳定段的底部安装有用于排除实验污水的排水管道；所述稳定段内顶壁沿纵向悬挂有一滑杆，所述滑杆位于所述中轴线的正上方，所述巷道环境测定装置悬挂在所述滑杆上；所述巷道环境测定装置包括风流速度测定仪、气压计和用于测定巷道模拟装置内粉尘浓度的PM2.5粉尘采样器；所述风流速度测定仪、气压计和粉尘采样器数量均为若干；所述滑杆上分别悬挂有三个可沿滑杆轴向滑动的网格状金属架，所述风流速度测定仪以均匀布置的方式固定在其中的一个网格状金属架上，所述气压计和PM2.5粉尘采样器分别以均匀布置的方式固定在另外两个网格状金属架上；所述喷雾装置包括顺次连接的水箱、供水泵和喷雾杆，所述喷雾杆上安装有若干数量的喷嘴；所述喷雾杆以可上下左右移动的方式安装在巷道模拟装置内部，并通过喷嘴将供水泵供送的水以雾状形式喷出，在所述巷道模拟装置内部形成雾滴场；所述实验废料处理装置包括水雾处理装置和废水净化装置；所述水雾处理装置包括一个除雾器，所述除雾器与所述抽吸风机的出风口连接，用于将所述抽吸风机抽出的水汽混合物进行除雾处理，并将除雾后的空气将通过风筒排到室外；所述废水净化装置通过排水管道与所述巷道模拟装置底壁处的排水管口连接，用于将所述巷道模拟装置内部的喷雾凝结水中颗粒粒径大于1um的杂质全部净化处理后，排到实验室外；所述巷道模拟装置长度为11m，其中：进风段长度...
【专利技术属性】
技术研发人员：程卫民，周刚，聂文，崔向飞，薛娇，于海明，马有营，马骁，张琦，白若男，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东;37
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