磁化帘降尘模拟实验研究.pdf

中国矿业大学学报990 2 16 中国矿业大学学报 JO U RNA L O F CH I NA U NI VERSI T Y O F M I NI NG 2 斯托克斯准则ρpv p d 2 p / l μg；3 欧拉准则p v g / ρg；4 雷诺准则ρgv g l / μg； 5 气固密度相似准则ρp/ ρg；6 气固速度相似准则v p / v g ；7 尘粒相似准 则 2 . 2 单值性条件相似 单值性条件相似包括边界条件、初始条件、几何相似以及单值条件的物理量的确 定等. 本次实验的边界条件主要是气流在进、出口处的流速与压力分布. 由于本实验的模 拟巷道长达6 0 m 以上，模拟作业地点距气流进出口均有2 0 ～30 m 的几何相似稳定 段，因此，不必考虑边界条件的相似，也可保证实验段流场相似. 此外，对于稳定流动 不存在初始条件［5］. 本研究涉及几何条件主要有巷道的几何尺寸、尘源的几何参数、多面空心球及 尘粒尺寸等. 根据现有的具体条件，笔者采用了变态模型，即巷道与尘源几何尺寸的比 例取l y ∶l m 2 ∶1（y 表示原型，m 为模型，下同），空心球当量直径与尘粒直径取为 d y ∶d m 1∶1. 本实验以空气为介质，故其密度、动力粘度及重力加速度等物理量均与 井下原型近似相等，而采用现场煤块加工成的模型尘粒密度亦与实型相等，即 ρg y ρg m ， μg y μg m ， g y g m ， ρp y ρp m . （7 ） 由式（7 ）及l y ∶l m 2 ∶1在雷诺准则中数值上相等得v g m 2 v g y ；在弗汝德准则中数 值相等则得. 许多文献均指出在实际模型中，要满足所有准则是不可能 的，这时应抓住主要的因素，而对次要因素可作近似处理或忽略不计. 矿井风流的运动 属于粘性流体受迫运动，因此考虑重力的弗汝德准则是可以忽略的，于是v p m 2 v p y . 由式（7 ）及v g m 2 v g y 在欧拉相似准则中数值相等得p m py / 2 . 由式（7 ）及v g m 2 v g y ，l y ∶l m 2 ∶1，dy ∶d m 1∶1，在尘粒相似准则中数值相等 得. 此外，速度准则与密度准则在上述物理量下数值亦相等. 综上所述，在模拟实验的 10 个物理量，除了在弗汝德准则中数值不相等外（忽略重力），在其它准则中均能保 持数值相等，因此可以满足近似相似条件. 2 . 3 模拟巷道的设计 以潞安漳村矿140 7 回风巷道为原型进行了模型的设计. 如前所述，模型的几何尺寸 f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 2 / 990 2 16 . h t m （第 5／8 页）2 0 10 -3-2 3 15 57 16 中国矿业大学学报990 2 16 按l y ∶l m 2 ∶1设计，由于巷道长度对实验结果影响不大，因此未按比例外，其它尺寸 按比例确定为长6 0 m ，上净宽1. 5m ，下净宽1. 8 m ，高1. 55m . 巷道模型系由中国矿业大 学 北京校区 通风实验巷道改装而成，该巷道为砖砌巷道，改装采用木材、纤维板 材、油毡等，支柱采用木板条外套油毡的方法，支柱间距为0 . 4m 巷道顶部安装有2 台功 率为7 . 5k W 的通风机并联作业. 实验用尘源是潞安局王庄矿的块煤，通过破碎、研磨加工而成的. 尘源的粒度分布 见图2 . 实验巷道里配制了3台ZY-2 型发尘器. 采用FC-4型固定式粉尘采样器进行测定. 图2 尘源的粒度分布 Fi g . 2 T h e s i z e d i s t r i b u t i o n o f s o u r c e d u s t 3 实验过程及结果分析 如2 节将“磁球串”每隔10 0 m m 张挂起来，磁化帘形成后，首先启动风机10 m i n ， 然后根据需要的台数启动发尘器，10 m i n 后开始测定各项参数指标. 测定通风阻力时， 分别在磁化帘前后布置了皮托管，间距达34m ，采用YJB-150 0 型补偿式微压计测定. 风 速测定采用了Q D F-2 A 型热球风速计和普通叶轮风表. 帘前后各2 m ，距底板1m 的巷道中 央各布置一个固定式滤膜采样头. 3台发尘器位于磁化帘前方2 5m 处的巷道中央. 实验结 果如表1和表2 . 在其他通风参数不变的情况下，由于张挂磁化帘引起的通风阻力增加量 即是磁化帘的局部阻力值H e r ，故 H e r H t h －H t q ， （8 ） 式中 H t h 为悬挂磁化帘后的通风阻力，Pa ；H t q 为悬挂磁化帘前的通风阻力，Pa . 表1 磁化帘降尘效率测定结果 T a b l e 1 D u s t i n g e f f i c i e n c y o f m e g n a t i z e d c u r t a i n 时间发尘器 ρ 尘粒 / m g . m -3 降尘效率/ f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 2 / 990 2 16 . h t m （第 6 ／8 页）2 0 10 -3-2 3 15 57 16 中国矿业大学学报990 2 16 帘前帘后 第 一 日 3台发尘器作业2 4. 57 . 56 9. 4 2 台发尘器作业14. 35. 46 2 . 2 平 均19. 46 . 56 5. 8 第 二 日 3台发尘器作业2 2 . 89. 259. 6 2 台发尘器作业15. 97 . 354. 1 平 均19. 48 . 356 . 9 表2 磁化帘通风参数测定结果 T a b l e 2 T h e t e s t i n g d a t a o f v e n t i l a t i o n p a r a m e t e r 风机和风门状况 风速/ m . s -1通风阻力/ Pa 帘前帘后帘前帘后 1风机作业1. 7 31. 912 . 8 53. 2 1 2 风机作业 1. 6 8 1. 8 22 . 7 73. 10 1，2 风机联合作业 3. 2 73. 6 2 10 . 6 6 12 . 0 0 1风机作业并关闭风门2 . 0 42 . 2 33. 7 64. 2 3 2 风机作业并关闭风门 2 . 0 22 . 183. 6 14. 12 1, 2 风机作业并关风门 4. 0 54. 2 513. 0 8 14. 8 9 磁化帘的局部阻力是帘子前后的全压之差，可按帘前动压倍数计算［6 ］，因此根 据阻力定律，粘尘帘的阻力系数ξ可表示为 ξ 2 H e r ／ρgv 2 g , （9） 式中 ρg为空气密度，取ρg 1. 2 k g / m 3；v g 为帘前风速，m / s . 根据表2 的测定值，按式（8 ）及式（9）计算得表3数值. 制作ξ子样直方图可知，子样近似服从正态分布. 设置信概率1－α 0 . 95，查表得 上侧分位数v α/ 2 1. 96 ，故按下式给出ξ的置信区间 ξj－v α/ 2 Sξ／n 1/ 2＜ξ＜ξj ＋v α/ 2 Sξ／n 1/ 2 . （10 ） 将n 6 代入上式，解得由58 8 个空心球组成的粘尘帘阻力系数ξ 0 . 18 9 3～0 . 2 0 5 f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 2 / 990 2 16 . h t m （第 7 ／8 页）2 0 10 -3-2 3 15 57 16 中国矿业大学学报990 2 16 5，单个空心球的局部阻力系数为3. 2 2 10 -4～3. 4910-4. 表3 ξ和H e r 的子样值 T a b l e 3 T h e i n c r e m e n t v a l u e o f ξ a n d H e r 项 目123456 均值ξj方差S 2 ξ H e r0 . 360 . 331. 340 . 470 . 511. 18 ξ0 . 2 0 0 5 0 . 194 9 0 . 2 0 8 80 . 18 8 2 0 . 2 0 8 3 0 . 18 3 9 0 . 197 4 1. 0 2 10 -4 4 结束语 通过模拟实验看出，磁化帘可在风阻增加不大的情况下，取得较好的降尘效果， 前两天的降尘率在54. 1～59. 4之间. 与非磁化的NCZ-1隔尘帘相比［7 ］，磁化帘的降 尘效率增加了15～2 0 ，并且持续时间要更长，说明磁场对NCZ-1粉的粘尘效果、粘 尘周期等均有较好的改善作用. 但是由于条件的限制，本次实验的多面空心球叶片垂 直、载液能力差，致使磁化帘的有效隔尘周期仅为两天. 因此，若想进一步提高磁化帘 的降尘效率，在煤矿井下推广应用，就必须开发出载液能力更强、有效截尘面积更 大、风阻更小的多面空心球，并要配备定期清洗磁化帘的装置，完善其应用工艺. *煤炭高校青年科学基金项目 Q 95-0 38 作者简介 何维军，男，196 6 年生，工程师，工学硕士 作者单位何维军‧ 金龙哲 中国矿业大学矿物加工利用系 北京 10 0 0 8 3 孟国营 北京科技大学资源工程学院 北京 10 0 0 8 3 参考文献 1 金龙哲编著. 矿井粉尘防治. 北京煤炭工业出版社，1993. 2 2 1～2 2 8 2 申元克，金龙哲，张 华. 浅析磁化降尘技术. 煤矿安全，1993（12 ）2 2 ～2 5 3 刘开维. 磁化水与清水降尘的对比试验. 煤矿安全，1997 （11）5～7 4 黄元平，金龙哲，马 鑫等. 粘尘阻燃粉的性能及其应用技术研究. 中国矿业大学学 报，1997 ，2 6 （3）2 8 ～32 5 郑治徐主编. 流体力学. 北京机械工业出版社，198 0 . 48 ～52 6 李之光. 相似与模拟（理论与应用）. 北京国防工业出版社，198 2 . 7 6 ～7 7 7 金龙哲，李怀宇，蒋仲安. NCZ-1隔尘帘降尘的试验研究. 金属矿山，1998 （3）44 ～46 收稿日期 1998 -0 5-14 f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 2 / 990 2 16 . h t m （第 8 ／8 页）2 0 10 -3-2 3 15 57 16