文丘里管射流器的主要性能參數(shù)研究

1、在研究文丘里管工作原理的根底上，提出了確定文丘里管射 的 土要性能參數(shù)：耗水量與吸風(fēng)量的計算方法，并通過實驗驗證了該計算方法的正確性，有利于文丘里管射流器在煤礦降塵工作中的進(jìn)一步推廣。關(guān)鍵詞：引射；吸風(fēng)量；水霧活塞隨著放頂煤工藝的逐漸推廣，放煤口成為放頂煤綜采工作面的最大產(chǎn)塵源之一。 放煤時的 瞬時粉塵濃度有時可高達(dá)萬余 mg/m3，對作業(yè)人員的身體健康危害性極大。 噴霧方式控制煤 礦粉塵是經(jīng)濟(jì)的，也是有效的。在適中的噴霧壓力和較少耗水量的情況下， 文丘里式噴霧降 塵裝置對煤礦粉塵，尤其是呼吸性粉塵的降塵效果非常明顯 1。圖1文丘里管工作原理示意圖1文丘里管射流器的工作原理1.1文丘里管的工作

2、原理如圖1所示，高速水流經(jīng)過文丘里管的變徑后，速度急劇增大，壓力減少，從噴嘴噴出的水霧錐體，在直徑等于引射管內(nèi)徑后受管壁約束而變?yōu)閳A柱體，此水霧圓柱稱為水霧活塞， 隨著水霧從噴嘴噴出， 水霧活塞沿引射管高速運(yùn)動并從噴射出口高速射出，水霧錐的后部形成真空，夕卜部空氣源源不斷地從吸氣口吸入引射管，這些新吸進(jìn)的氣體在引射噴射管內(nèi)與水霧錐碰撞混合，并隨水霧從噴射口噴出， 假設(shè)吸入的是含塵氣體，那么粉塵被強(qiáng)制在水霧中運(yùn)動濕潤或粘結(jié)成較大顆粒被噴射出引射管后，很快失去在空氣中的懸浮能力而降落下來，從而實現(xiàn)降塵的目的2。1.2文丘里管中流體流動特性分析文丘里管是利用流體在變截面管道中流速、壓力和狀態(tài)的變化來

3、實現(xiàn)預(yù)期的能量轉(zhuǎn)換的目的。因為高壓噴霧并引射含塵空氣，所以可根據(jù)稀顆粒群兩相流動中的均相流動模型，可把流經(jīng)文丘里管的霧流和含塵空氣假定為均勻、理想的流體，流動過程也是可逆且絕熱的3。文丘里管中的混合流體經(jīng)過管中變徑后，馬赫數(shù)會有突變，即速度會有很大的變化。 在噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)確定的條件下，文丘里管中的水流速度直接影響整個裝置的吸風(fēng)能力，所以，有 必要進(jìn)一步研究文丘里管射流器在不同噴嘴開口條件下的吸風(fēng)量與耗水量的大小。2耗水量及吸風(fēng)量的理論計算2.1耗水量的計算根據(jù)薄壁孔口流量計算及管嘴流量計算公式:式中 p 孔口前后壓差，Pa;A 孔口面積，m2 p 體的密度，kg/m3;卩一一流量系數(shù)，與噴嘴出

4、口結(jié)構(gòu)有關(guān);q流量，即耗水量， m3/s。可知：噴嘴耗水量與孔口大小及孔口前后壓差有關(guān)。2.2水流流速的計算根據(jù)理想流體連續(xù)性方程的推導(dǎo)公式:(2)式中q噴嘴耗水量，m3/S; d噴嘴開口直徑， m; V水流流速，m/s。將式代入式 計算出噴嘴流速:(3)2.3風(fēng)速的計算根據(jù)伯努利定理的特殊形式 ，對于完全氣體可壓縮等熵流，伯努利方程變?yōu)?*宀丘方程沿流線 (4) £ y +1 p式中丫一一氣溫度的直降率，對于雙原子氣體丫取1.4;“一一體積力場的勢能，并且它只是空間位置的函數(shù)；P空氣密度;V空氣流速，根據(jù)均相流模型理論，該空氣流速為噴嘴出口水流流速C常數(shù)。根據(jù)圖2所示，取A1及A2

5、兩斷面，相對于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，取中心線為基準(zhǔn)平面，聯(lián)立伯努 利方程圖2模型簡圖及流體斷面選取因為取管中心線為基準(zhǔn)，即z為0,所以可得斷面 A2處的風(fēng)速式中，V為噴嘴水流流速。2.4吸風(fēng)量的計算將上述所得V2代入理想流體連續(xù)性方程，即可得到吸風(fēng)量:A2為接受管截面積與噴嘴截面積的面積差，由式7可得出吸風(fēng)量主要跟噴嘴前后壓差、接受管面積、噴嘴結(jié)構(gòu)及開口大小、噴管截面積有關(guān)。3計算舉例以孔口直徑1.5mm,孔口前后壓差 6MPa為例，由式 可計算出耗水量為 6.96L/min，由 式可得斷面Ai水流速度為65.7m/s，由式 和式可得斷面A23/s接受管直徑為90mm， 噴管外徑取為38mm。4文丘里管

6、射流器的實驗研究4.1實驗系統(tǒng)設(shè)計實驗室研究文丘里管射流器，主要考察2個參數(shù)：射流器耗水量和吸風(fēng)量。 在引射風(fēng)量定的情況下，希望耗水量越小越好，這樣不但能節(jié)約用水，還可以減少對廢水的處理工作。I -油箱詔-高壓泵R -壓力表沖-截止閥/ -計6 -文丘里曾射流蠱集水#S8-負(fù)圧表淨(jìng)溢流閩圖3測試系統(tǒng)實驗室測試系統(tǒng)如圖 3所示。該系統(tǒng)中高壓泵對進(jìn)水加壓，經(jīng)壓力表及流量計進(jìn)入射流裝置的噴嘴，在射流器噴管中以水霧活塞形式向外噴出。可以用溢流閥調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)水壓力的大小，滿足實驗設(shè)計的要求。用皮托管負(fù)壓計可以測得文丘里管所產(chǎn)生的負(fù)壓值，進(jìn)一步可以算出文丘里管吸風(fēng)量，由流量計可以測得射流器的耗水量，計算耗水

7、量與吸風(fēng)量的比值，就可以得到文丘里管射流器的液氣比 6。4.2實驗數(shù)據(jù)收集影響文丘里管射流器吸風(fēng)量的最重要因素有：供水壓力和噴嘴結(jié)構(gòu)。實驗時對3種不同直徑的噴嘴進(jìn)行實驗：d=1.2mm ； d=1.5mm ； d=2.0mm。實驗結(jié)果如表 1 所示。表1實驗系統(tǒng)設(shè)計ZLd x 1+ 2 mmd - L5 nd0 mm/人 win *Knit/L" mirT1/mimin'1臧氣出耘水it /L - min"LjG* min"1液弋出12.057.5G1/36S93.17-301/23SS5.47.151/132421S51/367 04,1嗽6*1/235

8、 17.6I0.Mt/ltt 133.4912.7810662S.O11.761/23S29-. 4tL411/132 044.12IS, 121/367 0D.631/23S014.151/131 954.6016.171/36676.615.5217235 212.115.971/131 964.89IT.W1/3A7 37.116.421如畏313.317.S61/132 073.301471/367 47.71& H1/235 214419.011/132 085-742L091/367 4S.319.511Z23S 115.320.211/132 13/min,與舉例的計算值很接近，其誤差值在4%以內(nèi)。由實驗數(shù)據(jù)可以得到不同噴嘴開口下的耗水量、壓力及吸風(fēng)量 接受管直徑D=90mm之間的關(guān)系曲線如圖 5所示。mmcf= L5 rammm4 S & 啦壓/MPh圖5耗水量、水壓、吸風(fēng)量相關(guān)曲線圖5小結(jié)通過對文丘里管射流器工作參數(shù)的理論計算，得出在裝置結(jié)構(gòu)確定的情況下，吸風(fēng)量與耗水量的計算方法，并且通過實驗數(shù)據(jù)的驗證，證明該計算方法合理可用，實驗結(jié)果