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創新點
（1）本文在對可壓縮氣體管內跨音速流動流場特性規律的前期研究基礎上、結合超音速橫向射流霧化理論，提出了超音速汲水虹吸式氣動霧化技術，研發了相應的霧化裝置。
（2）本文采用實驗和數值模擬方法研究得到了不同開口錐度超音速汲水虹吸式氣動霧化裝置在不同氣動壓力下的霧化和噴霧降塵特性，揭示了其噴霧降塵機理。
（3）本文依據超音速汲水虹吸式氣動霧化裝置的霧化和噴霧降塵特性，在煤礦井下回風巷構建了全斷面超音速汲水虹吸霧幕降塵系統，應用後降塵效果良好。
超音速汲水虹吸氣動霧化降塵技術
作者：張天1,2，荊德吉1,2，葛少成3，王繼仁1,2，任帥帥1,2，孟祥曦1,2
單位：1.遼寧工程技術大學 安全科學與工程學院；2.礦山熱動力災害與防治教育部重點試驗室；3.太原理工大學 安全與應急管理工程學院
背 景
粉塵汙染是煤礦行業的重要災害之一，空氣動力學粒徑在7.07μm以下的呼吸性粉塵可經呼吸作用進入人體，嚴重危害礦山工作人員的健康。目前，微米級噴霧降塵方式是控制此類粉塵最有效且成本低廉的方法，但由於霧滴與粉塵的尺寸越接近，二者碰撞機率越大，往往需要噴霧降塵技術達到更高的霧化效率。
目前國內外對提高霧化降塵效率的研究很多，但對超音速霧化降塵技術的研究很少，尤其是根據管內超音速流動特性對液相離散方式、結構引數的改進和最佳化研究仍為空白。為此，提出超音速汲水虹吸氣動霧化降塵技術，最佳化設計裝置並研究其霧化控塵和現場適用特性。
摘 要
長期以來，煤炭行業受到高質量濃度呼吸性粉塵危害嚴重，常規溼式除塵方法針對性不足、捕集效率低、能耗高、可靠性差。為解決該問題，提出超音速汲水虹吸式氣動噴霧降塵技術，並採用夫琅禾費衍射原理，測定其外霧場粒徑分佈；採用計算流體力學有限元方法，利用COMSOL軟體Spalart-Allmaras與液滴破碎霧化粒子追蹤模組模擬研究了試驗手段無法獲得的噴管出口0～30 cm處的近場霧滴粒徑、霧場速度分佈特性。
透過與超聲波幹霧抑塵技術的控塵對比試驗，得出該技術的控塵特性、控塵機理；透過試驗研究得到了不同工況引數、噴嘴出口錐度對霧化能耗和降塵速率的影響規律，研究結果表明：
所設計霧化降塵裝置，在低至0.2 MPa的氣動壓力下，達到負壓汲水虹吸的微米級、高動力霧化效果。在氣動壓力為0.6 MPa時，霧場粒徑分佈範圍為1.00～21.87 μm，噴嘴近場區域霧滴粒徑10 μm以下的數量濃度佔百微米以下的90%，5 μm以下的佔80%；霧滴速度快、射程遠，霧滴速度160m/s以上的數量濃度佔50%，50 m/s以上的佔99%。
耗氣量與耗水量低，不同工況、開口錐度時，均隨氣動壓力的增加而增大；噴霧角在60°～95°內，隨噴嘴錐角的增大先增大後減小。降塵速率為超聲波幹霧抑塵方式的1.5倍，並隨霧滴數量濃度、速度的增大而增加，瞬時效率提高了2%～26%；相同降塵效率時，取樣濾膜上PM10以下粉塵佔比減小24%；隔塵效果提高了10%。在敏東一礦06迴風巷應用後，受到中心風速為0.86 m/s的風流擾動，依舊能將之穿透並覆蓋全斷面，對呼吸性粉塵的降塵效率達到了88.8%以上，證明該霧化系統可達到低溼、節水和高效的控塵效果。
圖 片
超音速流場橫向射流霧化機理
拉瓦爾噴管內跨音速流動原理
拉瓦爾噴管內部流動特性分佈
超音速汲水虹吸氣動霧化裝置結構與霧化機理
超音速汲水虹吸氣動霧化效果
霧滴粒徑V50測試結果
網格劃分與軸向網格細化
近場霧滴速度大小三維分佈
霧滴速度與數量濃度關係統計
百微米下霧滴粒徑分佈數量濃度統計
汲水防堵穩定性試驗流程
控塵試驗平臺
不同出口錐度噴頭的霧化角
2種噴頭總能耗對比折線示意
超音速汲水虹吸霧化降塵機理
全斷面超音速汲水虹吸霧幕效果
作者簡介
張天，男，1992年8月26日生，遼寧阜新人，工學博士，碩士生副導師，遼寧工程技術大學安全科學與工程學院講師，遼寧工程技術大學首批“雙一流”學科建設創新團隊成員，中國職業安全健康協會通風安全與健康專業委員會青年委員，國家衛生健康委職業衛生研究中心工程防護實訓基地研究員。參與國家自然科學基金、遼寧省自然科學基金、遼寧省教育廳基金等縱向課題研究7項，參與企業委託橫向專案7項。發表學術論文10餘篇，其中SCI、EI檢索6篇，授權發明專利3項。
研究方向
職業安全與健康工程、礦井通風與粉塵防治
主要成果
致力於超音速同軸氣動霧化噴霧、氣動旋射流噴霧、螺旋氣動噴霧、水霧感應荷電、負壓卷吸霧幕、磁化及化學等技術及其控降塵機理與應用的研究。提出了超音速汲水虹吸氣動霧化、超音速同軸氣動霧化、超音速氣旋動射流、超音速氣動螺旋、水霧感應荷電等噴霧降塵技術，研發了相應的霧化裝置、構建了相應的噴霧降塵系統，在煤礦井下、選煤廠應用效果良好。
來源：
張天，荊德吉，葛少成，等．超音速汲水虹吸氣動霧化降塵技術[J]．煤炭學報，2021，46(12)：3912-3921.
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