趙書(shū)山

（大同煤礦集團(tuán)挖金灣煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 大同 037000）

1 噴嘴結(jié)構(gòu)的優(yōu)化及建模

在礦井采煤作業(yè)中產(chǎn)生的粉塵向著各個(gè)方向擴(kuò)散，進(jìn)行噴霧除塵的噴霧必須要有足夠的覆蓋面積才能達(dá)到降塵的效果。為了保證噴嘴能夠噴出較大的水霧，采用離心霧化噴嘴，在水霧噴出前形成旋流，增加擴(kuò)散的面積[1-3]。常用的噴嘴采用斜切孔的形式形成離心效應(yīng)，但這種噴嘴對(duì)水質(zhì)的要求較高，容易造成堵塞，并且使用的時(shí)間較短，內(nèi)部結(jié)構(gòu)狹小，無(wú)法進(jìn)行有效的清理[4]。

采用雙頭導(dǎo)流式的旋轉(zhuǎn)芯噴嘴，相對(duì)常用的噴嘴縮短了內(nèi)部的流道，增加了過(guò)流的截面面積，具有較強(qiáng)的抗污染能力，可以避免堵塞[5]。噴嘴采用分體式的設(shè)計(jì)，如圖1 所示，該設(shè)計(jì)便于噴嘴的維護(hù)使用，具有較長(zhǎng)的使用壽命，適用于礦井惡劣的工作環(huán)境。

采用Fluent 軟件對(duì)噴嘴的噴霧效果進(jìn)行分析，F(xiàn)luent 軟件可對(duì)流體問(wèn)題進(jìn)行很好的分析，自帶物理模型可針對(duì)不同流體的特點(diǎn)采用精確的數(shù)值進(jìn)行分析。采用Fluent 對(duì)噴嘴的噴涂效果進(jìn)行分析，針對(duì)噴射的壓力及噴嘴的口徑對(duì)霧化的影響進(jìn)行分析，從而得到最佳霧化的噴嘴結(jié)構(gòu)[6]。建立噴嘴的三維分析模型，并對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分，得到噴嘴的模型如圖2 所示。

2 噴嘴霧化效果的仿真分析

采用Fluent 進(jìn)行噴嘴的霧化效果分析，設(shè)置入口處的壓力分別為2 MPa、3 MPa，出口處的壓力設(shè)定為標(biāo)準(zhǔn)的氣壓值，設(shè)置出口處的邊界條件，對(duì)噴嘴的口徑設(shè)置為1 mm、1.5 mm、1.75 mm 三種不同的情況進(jìn)行霧化效果的分析。對(duì)不同斷面上的速度進(jìn)行分析。如下頁(yè)圖3 所示為在入口壓力2 MPa 時(shí)斷面y15 處三種不同口徑的噴嘴速度變化曲線(xiàn)圖。

圖1 旋轉(zhuǎn)芯噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖（單位：mm）

圖2 噴嘴結(jié)構(gòu)模型

從圖3 中可以看出，在不同的曲線(xiàn)圖中，基本呈現(xiàn)兩邊的速度對(duì)稱(chēng)分布，變化的趨勢(shì)保持一致，在噴嘴的中心位置呈現(xiàn)由高到低的變化趨勢(shì)，在噴嘴口徑增加的過(guò)程中，速度隨之增加，說(shuō)明在口徑大的噴嘴內(nèi)部形成的旋流的強(qiáng)度較大，具有較高的噴射速度。

下頁(yè)圖4 中4-1 為噴嘴口徑為1.5 mm 時(shí)在同樣y15 斷面位置處入口壓力為3 MPa 時(shí)的速度變化曲線(xiàn)，從圖中可以出，在入口壓力增加時(shí)，速度曲線(xiàn)的變化趨勢(shì)與圖3 中的變化趨勢(shì)保持一致，在數(shù)值上，速度值有所增加，這說(shuō)明增加入口處的壓力，噴嘴的出口速度也有所增加；圖4-2 中為相應(yīng)的出口斷面上沿直徑方向的速度變化圖，從圖中可以看出，在同一噴嘴的分析中，沿直徑方向上的速度相差不大，這說(shuō)明噴霧的出口速度沿著各個(gè)直徑方向基本一致。

圖3 入口壓力為2 MPa 時(shí)不同噴嘴口徑下的噴嘴沿?cái)嗝娴乃俣茸兓€(xiàn)

通過(guò)上述的分析可知，在進(jìn)行霧化除塵的過(guò)程中，噴嘴的口徑對(duì)于旋流的形成具有較大的影響，口徑越大則出口處的水霧速度越大；入口處的壓力同樣對(duì)出口的速度值具有較大的影響，增加入口的壓力，可以提高出口處的速度，并且噴嘴在各個(gè)方向上的速度保持一致，有利于水霧的集中擴(kuò)散。在進(jìn)行噴嘴的設(shè)計(jì)及應(yīng)用中，應(yīng)盡量增加內(nèi)部的噴嘴口徑，并采用工況允許的較大的入口壓力進(jìn)行煤礦的噴霧除塵，從而實(shí)現(xiàn)較好的除塵效果。

3 結(jié)論

1）在噴嘴的結(jié)構(gòu)中，噴嘴的口徑，對(duì)于旋流的形成具有較大的影響，口徑越大則出口處的水霧速度越大。

圖4 入口壓力為3 MPa、1.5 mm 口徑時(shí)不同方向下噴嘴沿?cái)嗝娴乃俣茸兓€(xiàn)

2）在進(jìn)行噴嘴的應(yīng)用中，入口處的壓力對(duì)出口的速度值具有較大的影響，增加入口的壓力，可以提高出口處的速度，并且噴嘴在各個(gè)方向上的速度保持一致，有利于水霧的集中擴(kuò)散。

3）噴嘴是進(jìn)行霧化除塵的直接零件，采用大口徑的噴嘴并應(yīng)用較大的入口壓力，可以增加水霧的噴射速度，從而形成較大的覆蓋面積，降低礦井內(nèi)的粉塵濃度，改善礦井的作業(yè)環(huán)境，提高礦井的安全性，有利于煤炭的高效開(kāi)采。