一种煤粉装堆起尘规律的风洞实验方法技术

本发明专利技术公开了一种煤粉装堆起尘规律的风洞实验方法，利用实验设备或仪器，如实验风洞、堆取料机的模型机、风速仪、微量称重天平、干燥箱及筛分仪；通过测定自然含水率下的原煤、大矿原煤、水洗煤、精煤这四种煤种的起尘量，得出装堆起尘率与环境风速和装卸高度之间的实验关联式β＝k·U3.13·H1.64，进而得到了这四种煤粉的修正系数k。研究表明：煤炭装卸过程的起尘量与卷吸空气量存在一定的关系，煤种不同则k值不同。本发明专利技术是一种能够与煤粉装堆起尘规律理论分析相结合的有效方法，实施方便，实用性强，能够测量不同煤种随装卸高度和风速变化下的起尘量，以探究煤炭在装堆作业下的起尘规律，为港口粉尘防治提供基础数据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
我国港口大气总悬浮颗粒物(Total Suspended Particles,简称TSP)普遍超标，港口尘源分布复杂，起尘主要来源于散货的装卸、堆存和输运环节，其起尘量分别约占总尘源量的35%、50%和15%。敞开式露天作业方式决定了煤粉粉尘的堆存、装卸、传输等主要产尘环节都在露天堆场内完成。堆场内在堆取料机动态装卸的作用下，释放出大量粉尘，不仅直接导致了数以亿计的原料损失，而且造成了严重的空气污染。目前对煤炭堆存起尘的研究较多，得到了一些煤粉起动风速及静态起尘量的关系式，但对装卸作业下起尘的研究较少。煤炭装堆作业过程，即煤炭从出料口下落到煤堆的下落过程，卷吸周围空气，与细小煤炭颗粒形成的边界层，粉尘主要产生在此边界层区。理论分析认为:下落颗粒羽流的边界层半径随着下降高度的增加而增加。曾有学者提出了一个基于安静环境空气中，通过单个颗粒下降模型，来预测自由下落微粒流的产生的卷吸空气量；并有人对卷吸空气量进行了进一步的研究，并提出了各自的公式。如国内的一些学者以二氧化硅、黄沙等为实验材料通过理论分析与实验研究，得出影响自由下落微粒羽流中颗粒摩擦阻力的参数，并研究了下落颗粒流的速度的分布规律及卷吸空气速度分布规律。对于装堆过程起尘量的研究，美国国家环保局(EPA)采用Cowherd等人提出的散料装卸作业的排放因子。日本白仓藏生等人在自然风速下测定起尘量，得到回归方程。并通过对装卸器械进行系数修正，可以求出不同装卸方式下的起尘量。国内，也有一些学者以山西“平塑煤矿”为样煤作风洞试验，回归得到皮带运输机卸煤时起尘量公式，通过修正系数Cf求解不同装卸条件下的起尘率。为从理论上探究不同煤种在装堆过程内的起尘情况，以煤粉装堆过程，即煤粉由堆取料机下落到煤堆的过程为研究对象，采用理论分析与风洞实验相结合方法，测量不同煤种随装卸高度和风速变化下的起尘量，以探究煤炭在装堆作业下的起尘规律，为港口粉尘防治提供基础数据。因此，能够提供一种有助于上述理论分析的新的风洞实验方法尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的任务在于提供。其技术解决方案是:，包括以下步骤:a提供实验设备或仪器，包括实验风洞、堆取料机的模型机、风速仪及称重天平；其中，实验风洞的实验段长32m、宽3m、高2m，风机驱动功率为160KW，在实验段设有两个直径为2米的转盘，用于模拟来流风向，实验段的起始处有粗糙元和尖劈，以模拟大气边界层气流，风速在0.2 20.0m/s连续可调；现场装堆作业中的堆取料机是露天堆场最普遍的作业机械，为模拟煤堆的装卸，按照1:100的比例制作堆取料机的模型机，该模型机以一个电机控制传送带运动及斗轮转动，以另一电机控制料斗的震动，以保证煤粉连续下落；b提供煤粉样品，煤粉样品选用国内最常用的四类煤种:原煤、大矿原煤、水洗煤或精煤；c在上述两步骤完成后，先对实验风洞实验段的流动状态进行调试，以满足近地面大气边界层模拟的相似性要求，使用DISA热线风速仪，将平均来流风廓线调整到对数律形式，保证实验段的雷诺数(Re)大于104，达到流动的自模拟，以保证湍流结构的相似性得到满足，对于入口段空气动力学粗糙度的满足，则是通过调节粗糙元和尖劈，以保证粗糙度雷诺数Re*>2.5，达到地表粗糙度的实验要求；对于风洞中径向压力梯度对流动的影响则通过调节顶板进行消除；调试完毕后，进行装堆起尘实验，按以下步骤进行:首先称取一定量的自然含水率的煤粉样品，设定为Miks，同时测量模型机的质量，设定为Mtw，以及转盘中心孔盛料桶的质量，设定为Mtw ;将称取的煤粉样品倒入模拟机的盛料器中，并将模拟机布置在实验风洞测试段合适位置，调整模拟机的悬臂使之达到装卸高度，并将出料口与转盘中心孔对齐；然后启动实验风洞，当来流风速达到设计风速后启动模拟机，煤粉开始落入转盘中心孔，持续吹蚀15分钟后停风，模拟机停止工作；最后将未落入盛料桶但在堆底座线内的煤粉扫入盛料桶，称量剩余煤粉与模型机的总重，设定为Mjsm,以及称量转盘中心孔中的煤粉及盛料桶的总重，设定为Mjsii ;其中装堆起尘量q和下料量Q的确定如下: q=M雌+M諫+M擁-M后机-M后桶_ 3] Q=M前煤+M U机-M后机起尘率β为:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种煤粉装堆起尘规律的风洞实验方法，其特征在于包括以下步骤：a提供实验设备或仪器，包括实验风洞、堆取料机的模型机、风速仪及称重天平；其中，实验风洞的实验段长32m、宽3m、高2m，风机驱动功率为160KW，在实验段设有两个直径为2米的转盘，用于模拟来流风向，实验段的起始处有粗糙元和尖劈，以模拟大气边界层气流，风速在0.2～20.0m/s连续可调；现场装堆作业中的堆取料机是露天堆场最普遍的作业机械，为模拟煤堆的装卸，按照1：100的比例制作堆取料机的模型机，该模型机以一个电机控制传送带运动及斗轮转动，以另一电机控制料斗的震动，以保证煤粉连续下落；b提供煤粉样品，煤粉样品选用国内最常用的四类煤种：原煤、大矿原煤、水洗煤或精煤；c在上述两步骤完成后，先对实验风洞实验段的流动状态进行调试，以满足近地面大气边界层模拟的相似性要求，使用DISA热线风速仪，将平均来流风廓线调整到对数律形式，保证实验段的雷诺数(Re)大于104，达到流动的自模拟，以保证湍流结构的相似性得到满足，对于入口段空气动力学粗糙度的满足，则是通过调节粗糙元和尖劈，以保证粗糙度雷诺数Re*>2.5，达到地表粗糙度的实验要求；对于风洞中径向压力梯度对流动的影响则通过调节顶板进行消除；调试完毕后，进行装堆起尘实验，按以下步骤进行：首先称取一定量的自然含水率的煤粉样品，设定为M前煤，同时测量模型机的质量，设定为M前机，以及转盘中心孔盛料桶的质量，设定为M前桶；将称取的煤粉样品倒入模拟机的盛料器中，并将模拟机布置在实验风洞测试段合适位置，调整模拟机的悬臂使之达到装卸高度，并将出料口与转盘中心孔对齐；然后启动实验风洞，当来流风速达到设计风速后启动模拟机，煤粉开始落入转盘中心孔，持续吹蚀15分钟后停风，模拟机停止工作；最后将未落入盛料桶但在堆底座线内的煤粉扫入盛料桶，称量剩余煤粉与模型机的总重，设定为M后机，以及称量转盘中心孔中的煤粉及盛料桶的总重，设定为M后桶；其中装堆起尘量q和下料量Q的确定如下：q=M前煤+M前机+M前桶?M后机?M后桶Q=M前煤+M前机?M后机起尘率β为：β=qQ×100%上述来流风速分别设计为1.5、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0和7.0m/s，根据实验中模型机 缩放的比例，模型机的装卸高度分别设计为10cm、20cm和30cm，通过改变来流风速及装卸高度，重复上述起尘实验过程获取不同来流风速和装卸高度下的起尘量数据。...

【技术特征摘要】
1.一种煤粉装堆起尘规律的风洞实验方法，其特征在于包括以下步骤: a提供实验设备或仪器，包括实验风洞、堆取料机的模型机、风速仪及称重天平；其中，实验风洞的实验段长32m、宽3m、高2m，风机驱动功率为160KW，在实验段设有两个直径为2米的转盘，用于模拟来流风向，实验段的起始处有粗糙元和尖劈，以模拟大气边界层气流，风速在0.2 20.0m/s连续可调；现场装堆作业中的堆取料机是露天堆场最普遍的作业机械，为模拟煤堆的装卸，按照1:100的比例制作堆取料机的模型机，该模型机以一个电机控制传送带运动及斗轮转动，以另一电机控制料斗的震动，以保证煤粉连续下落； b提供煤粉样品，煤粉样品选用国内最常用的四类煤种:原煤、大矿原煤、水洗煤或精煤； c在上述两步骤完成后，先对实验风洞实验段的流动状态进行调试，以满足近地面大气边界层模拟的相似性要求，使用DISA热线风速仪，将平均来流风廓线调整到对数律形式，保证实验段的雷诺数(Re)大于104，达到流动的自模拟，以保证湍流结构的相似性得到满足，对于入口段空气动力学粗糙度的满足，则是通过调节粗糙元和尖劈，以保证粗糙度雷诺数Re*>2.5，达到地表粗糙度的实验要求；对于风洞中径向压力梯度对流动的影响则通过调节顶板进行消除；调试完毕后，进行装堆起尘...

【专利技术属性】
技术研发人员：丛晓春，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：