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    磁化荷電液滴除塵機(jī)理及碰撞浸潤煤塵數(shù)值仿真

    2023-10-18 12:49:08熊光婷葛少成孫麗英龐星宇
    煤炭學(xué)報 2023年9期
    關(guān)鍵詞:磁電荷電煤塵

    熊光婷,葛少成,孫麗英,龐星宇,劉 碩,陳 曦,年 軍

    (太原理工大學(xué) 安全與應(yīng)急管理工程學(xué)院,山西 太原 030024)

    煤炭作為我國基礎(chǔ)性能源,占能源消費總量的56%,國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)統(tǒng)計顯示,2020 年、2021 年全國原煤產(chǎn)量分別達(dá)到39 億t、40.7 億t[1-2]。隨著煤礦開采機(jī)械化程度的提高,煤礦井下粉塵產(chǎn)量增大,由煤礦粉塵所引發(fā)的塵肺病及爆炸事故死亡人數(shù)已遠(yuǎn)高于同期煤礦其他生產(chǎn)事故死亡人數(shù)總和[3]。因此高效防治煤礦粉塵迫在眉睫。

    目前廣泛采用的控除塵技術(shù)主要有噴霧降塵、煤層注水、泡沫除塵等[4]。雖已有成效,但由于煤塵具有強(qiáng)疏水性,普通噴霧難以快速凝并對人體危害最大的呼吸性粉塵[4-5]。梁旺亮等[6]通過試驗和工程應(yīng)用證明局部封閉性狀態(tài)的活性磁化水降塵措施,為粉塵治理提供了一種新型控除塵技術(shù)。王林等[7]通過數(shù)值模擬的方法,研究了影響荷電液滴群捕塵效率的因素,發(fā)現(xiàn)靜電沉積占主導(dǎo)地位時,噴霧密度對捕集效率影響不大,液滴荷電量越大,微細(xì)粉塵顆粒捕集效率越高。SANDIP K Pawar 等[8-9]從微觀角度研究液滴對粉塵的潤濕性,通過實驗研究液滴與玻璃顆粒的碰撞,以改變碰撞參數(shù)和韋伯?dāng)?shù)來觀察碰撞的狀態(tài),并將實驗結(jié)果用于粒子-液滴碰撞的未來理論和模擬研究。宋亮等[10-11]通過建立液滴與顆粒碰撞的物理模型,研究了粒徑比、潤濕角、碰撞速度對碰撞結(jié)果的影響,發(fā)現(xiàn)提高液滴碰撞速度一定程度上可以提高液滴潤性,潤濕角小于90°時,粒徑比越大,液滴在顆粒表面的展鋪范圍越大。近年來有學(xué)者提出將磁化水霧與荷電水霧協(xié)同應(yīng)用到噴霧降塵中,賈蕎溪等[12]采用交叉實驗法,測量不同磁場強(qiáng)度、荷電電壓下的液滴表面張力,研究發(fā)現(xiàn)磁電耦合作用對液滴表面張力的改善效果最明顯。荊德吉等[13]基于K-H 液滴破碎模型及湍流k-ε的霧滴粒子場模型,研究4 種工況下霧滴粒子的速度分布與粒徑分布,發(fā)現(xiàn)磁電耦合作用下具有最佳霧滴粒子場。上述研究均是從宏觀或微觀的單一角度來研究液滴捕塵特性,并不能全面揭示液滴-煤塵顆粒的碰撞浸潤機(jī)理。

    在前人的研究基礎(chǔ)上,筆者將液滴碰撞球形顆粒的動力學(xué)特征應(yīng)用到噴霧降塵中,從宏觀和微觀雙重角度來探究磁化荷電液滴碰撞浸潤煤塵顆粒特性。宏觀上采用磁電耦合交叉實驗的方法,探究磁化強(qiáng)度、荷電電壓對液滴表面張力的影響,并確定磁電耦合最佳參數(shù);微觀上運用數(shù)值模擬的方法,通過動態(tài)監(jiān)測液滴最大鋪展半徑系數(shù)、液膜中心高度系數(shù)以及液滴撞擊球形煤塵顆粒的形態(tài)變化,來分析磁化荷電液滴的霧化潤濕性能。其研究成果對進(jìn)一步提高粉塵防治效率、改善液滴霧化潤濕性具有重要的指導(dǎo)意義。

    1 磁化荷電液滴除塵機(jī)理

    水是抗磁性極性分子,在磁化器內(nèi)水流切割磁力線促使水分子電離,所產(chǎn)生的正負(fù)電荷產(chǎn)生相反的回旋運動,水分子極性增強(qiáng),在旋轉(zhuǎn)運動作用下,原來締合鏈狀的水分子氫鍵畸變、斷裂,使液體之間平衡距離變大,引力變小,表面張力降低,從而水對煤塵潤濕性提高[14]。對于完全不能潤濕的煤塵顆粒,當(dāng)液滴在粉塵顆粒表面鋪展到如圖1 所示位置,便認(rèn)為可被捕捉[15]。

    圖1 液滴捕捉疏水性煤塵顆粒形態(tài)Fig.1 Droplet capture of non-wetting coal dust particle states

    在液滴與煤塵顆粒碰撞黏附過程中,由于液滴半徑遠(yuǎn)小于毛細(xì)作用長度,此時表面張力占主導(dǎo)作用,重力影響可忽略不計。疏水性煤塵顆??朔旱伪砻鎻埩λ龉16]為

    式中,Wr為塵??朔旱伪砻鎻埩λ龅墓?,J;σ為液滴的表面張力,mN/m。

    煤塵顆粒即將接觸液滴時,必須具有的最小相對速度[16]為

    式中,vr為液滴碰撞煤塵顆粒所具有的最小速度,m/s;ρr為粉塵顆粒密度,kg/m3。

    可知vr正比于σ1/2,在磁場作用下,水的表面張力減小,從而引起vr、Wr減小,即磁化作用降低了液滴捕塵所需的功,減小了液滴包覆塵粒所需的最小速度。

    液滴在空氣的霧化作用下通過噴嘴噴射出來后,其體積平均直徑[16]為

    式中,B1為噴嘴常數(shù);K1為常數(shù),約1.78;ΔPN為噴嘴出口壓差,MPa;C0為流量系數(shù),取0.80~0.95;ρ0為液滴密度,kg/m3。

    上述公式說明磁化作用下,水黏聚力下降,表面張力減小,此時液滴尺寸減小,從而提高了液滴的霧化性能[17-18]。

    磁化液滴感應(yīng)荷電裝置如圖2(a)所示。電極環(huán)與噴嘴之間形成非勻強(qiáng)電場,磁化水通過噴嘴進(jìn)入非勻強(qiáng)電場,負(fù)電載流子被金屬噴嘴電極吸引至接地端,正電載流子經(jīng)噴嘴霧化后形成帶正電的荷電霧滴[19]。

    圖2 磁化荷電液滴降塵原理Fig.2 Principle of magnetoelectric droplet dust removal

    磁化液滴荷電+q,煤塵在高壓電場中與液滴發(fā)生相對運動,在靜電感應(yīng)作用下,煤塵顆粒發(fā)生電子漂移運動,靠近液滴端的表面帶上同等荷電量-q,2 者間產(chǎn)生靜電吸引力[20],如圖2(b)所示。

    磁化荷電液滴與煤塵顆粒之間的吸引力Fi表示為

    式中,εp為空氣中顆粒物介電常數(shù),F(xiàn)/m;ε0為真空介電常數(shù),F(xiàn)/m;εw為霧滴介電常數(shù),F(xiàn)/m;dp為霧滴粒徑,mm;q為霧滴飽和荷電量,C;s為液滴與顆粒物的中心距離,m。

    綜上,液滴在磁化作用下提高了潤濕性能和霧化性能,再通過靜電感應(yīng)的方式進(jìn)行荷電,帶電液滴與煤塵顆粒之間產(chǎn)生靜電吸引力,磁化荷電液滴表面張力顯著下降,煤塵更易被黏附捕捉。

    2 磁電耦合液滴表面張力交叉實驗

    2.1 實驗裝置

    2.1.1磁化荷電液滴表面張力測試系統(tǒng)

    表面張力測量實驗平臺如圖3(a)所示。由TD2202型負(fù)電靜電駐極電壓、SDC-350 型表面張力測量儀、控制分析系統(tǒng)3 部分構(gòu)成。采用接觸荷電的方式,負(fù)電靜電駐極電壓通過絕緣線路連接到接觸角測量針管上,自吸式注液管數(shù)字化控制注射進(jìn)程,從而使注液管內(nèi)的實驗溶液荷電,最終通過Contact angle V3/V5全自動三相分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和擬合。

    圖3 實驗裝置Fig.3 Experimental devices

    2.1.2磁化荷電水霧降塵系統(tǒng)

    課題組自主搭建的磁化荷電水霧降塵系統(tǒng)如圖3(c)所示。該系統(tǒng)由5 部分組成,其中噴霧子系統(tǒng)由跨音速氣動噴嘴、空壓機(jī)、磁化水制備裝置及靜電感應(yīng)荷電裝置構(gòu)成。磁化水制備裝置包括臥式離心泵、智能電磁流量計、FSCN-DN25 磁化水裝置和儲水箱,通過改變磁化強(qiáng)度及磁化時間等參數(shù)制備磁化水,如圖3(b)所示。靜電感應(yīng)裝置包括高壓靜電直流發(fā)生器和電極環(huán)。發(fā)塵系統(tǒng)由HRH-DAG768 型粉塵氣溶膠發(fā)生器,2-2200 型無油空氣壓縮機(jī)2 部分組成,通過改變氣流量控制發(fā)塵質(zhì)量濃度。風(fēng)機(jī)系統(tǒng)由HTFC 靜音風(fēng)機(jī)和變頻箱組成,通風(fēng)機(jī)在變頻箱的控制下調(diào)節(jié)風(fēng)速。模擬巷道系統(tǒng)由透明亞克力板箱體拼接而成,內(nèi)部放有除霧器,風(fēng)機(jī)系統(tǒng)與模擬巷道系統(tǒng)之間連接擴(kuò)散風(fēng)筒,進(jìn)行抽出式通風(fēng)。監(jiān)測系統(tǒng)為測量誤差<10%的CCHZ-1000 全自動粉塵測定儀。

    2.2 實驗方法

    采用多級循環(huán)磁化水實驗裝置制備磁化水,選取疏水性晉城無煙煤為試驗煤樣,利用表面張力測量儀測定液滴在磁化、荷電、磁化荷電3 種工況下的表面張力。本實驗磁強(qiáng)參數(shù)選取150、200、240、300、350、400、450、500 MT,荷電電壓參數(shù)選取1、2、3、4、5、6、7、8 kV。將2 組變量進(jìn)行交叉實驗,每組測量3 次,取均值作為結(jié)果。

    2.3 實驗結(jié)果與分析

    磁化液滴表面張力變化如圖4(a)所示。可見液滴表面張力與磁化強(qiáng)度并非呈線性負(fù)相關(guān),在磁強(qiáng)為150~350 MT 時,磁強(qiáng)越大,液滴表面張力越小,350 MT時表面張力達(dá)到最小值;在350~400 MT 時,表面張力增大;400 MT 后,液滴表面張力基本不變。

    圖4 磁化、荷電、磁化荷電作用液滴表面張力變化規(guī)律Fig.4 Surface tension of droplets of Magnetization,Charge and Magnetoelectric changes regularity

    荷電液滴表面張力變化如圖4(b)所示。表面張力隨荷電電壓的增大而減小,5 kV 后液滴表面張力急劇下降,電極環(huán)和噴嘴電極之間非均勻電場場強(qiáng)增大,霧滴荷電效果增強(qiáng)。但當(dāng)荷電電壓增長至8 kV 以上時,由于電極環(huán)表面粗糙且存在細(xì)微金屬顆粒,導(dǎo)致該處電荷密度增大,場強(qiáng)突變,周圍空氣被擊穿,出現(xiàn)電暈放電現(xiàn)象并產(chǎn)生大量負(fù)離子,與感應(yīng)荷電產(chǎn)生的帶正電的液滴相抵消,荷質(zhì)比明顯減小,感應(yīng)荷電效果減弱[21]。因此筆者不考慮8 kV 以上的情況。

    磁化荷電液滴表面張力變化如圖4(c)所示。荷電電壓>2 kV 時,液滴達(dá)到最小表面張力后,繼續(xù)增大磁強(qiáng),表面張力大小基本不變。隨荷電電壓增大,液滴表面張力達(dá)到最小值所需的磁化強(qiáng)度呈下降趨勢。荷電電壓為5~6 kV 時,液滴表面張力在350 MT 達(dá)到最小值,當(dāng)荷電電壓>7 kV 時,液滴表面張力急劇下降,并在300 MT 達(dá)到最小值。

    依據(jù)實驗結(jié)果得到了3 種作用條件下液滴的最小表面張力,見表1。

    表1 磁化、荷電、磁化荷電作用下液滴表面張力最小值Table 1 Minimum values of surface tension of liquid droplets under magnetisation,charge and magnetoelectric

    相較于普通液滴,磁化作用、荷電作用、磁電耦合作用后液滴表面張力最小值分別降低了18.2%、78.1%、87.4%,可見磁化、荷電、磁電耦合作用對液滴浸潤性改善能力大小關(guān)系為磁電耦合作用>荷電作用>磁化作用,并得到最佳耦合參數(shù):在磁化強(qiáng)度300 MT,荷電電壓8 kV 時,液滴表面張力達(dá)到最小值9.20 mN/m。

    3 磁化荷電液滴-球形煤塵顆粒碰撞數(shù)值模擬

    3.1 幾何模型

    筆者采用Comsol 兩相流模型,研究包含相初始化的瞬態(tài)。液滴碰撞球形煤塵顆粒模型如圖5(a)所示,液滴與球形煤塵顆粒正心碰撞,計算域Lx×Ly=180 μm×180 μm;液滴直徑和煤塵顆粒的直徑分別為d0和dr,dr=25 μm,d0分別設(shè)置為20.0 μm 和13.5 μm,液-塵粒徑比DTP=d0/dr,空氣標(biāo)記為紅色,液滴標(biāo)記為藍(lán)色,煤塵顆粒標(biāo)記為灰色,置于液滴正下方60 μm處,液滴被賦予相對碰撞速度v0,液滴為微流體,可忽略重力影響,邊界ABCD為開放邊界。

    圖5 幾何模型Fig.5 Geometric models

    如圖5(b)定義液滴在顆粒表面的潤濕弧長為d,液膜最高點到煤塵顆粒表面最短距離為h。通過液滴碰撞煤塵顆粒的形態(tài)變化、最大鋪展半徑系數(shù)D*及液膜中心高度系數(shù)H*等參數(shù),作為衡量液滴潤濕霧化潤濕性能的指標(biāo)。

    無量綱參數(shù)D*和H*分別表示為

    3.2 數(shù)值模型

    Comsol 多物理場是一個交互式環(huán)境,使用有限元法求解方程,采用各種數(shù)值求解器進(jìn)行有限元分析和誤差控制。本模擬采用層流兩相流接口,研究包含相初始化的瞬態(tài),跟蹤2 種不混流體之間的界面。求解方程為動量守恒的納維-斯托克斯方程和質(zhì)量守恒的連續(xù)性方程。

    本模擬中設(shè)定普通水滴黏度為1 mPa·s;普通水滴在煤塵(疏水性晉城無煙煤)顆粒表面接觸角為95°;普通水滴表面張力為72.83 mN/m;磁化荷電水滴黏度為0.81 mPa·s;磁化荷電水滴在煤塵顆粒表面接觸角為70°;磁化荷電水滴表面張力為9.20 mN/m;普通水滴密度為1 000 kg/m3;空氣黏度為0.018 mPa·s;空氣密度為1.225 kg/m3。在計算域內(nèi),對于兩相流,根據(jù)質(zhì)量守恒,連續(xù)性方程為

    根據(jù)動量守恒,納維-斯托克斯方程為

    其中,v為流體速度,m/s;t為時間,s;ρ為密度,kg/m3;T為溫度,K;μ為動力黏度,Pa·s;p為壓力,Pa;Fi為黏性力,N;I為單位張量。各項分別對應(yīng)于慣性力(1)、壓力(2)、黏性力(3)、外力(4)。

    根據(jù)霍夫曼經(jīng)驗公式表達(dá)動態(tài)接觸角對接觸線速度的依賴性,從而定義煤塵顆粒表面潤濕壁性質(zhì)[22-25]:

    其中,θd為動態(tài)接觸角;θe為靜態(tài)接觸角;fh為霍夫曼經(jīng)驗函數(shù);Ca為毛系數(shù)。其中fh[22-25]表示為

    Ca表示[22-25]為

    式中,vcl為接觸線速度,m/s;μ為液滴動力黏度,Pa·s。

    3.3 結(jié)果與討論

    根據(jù)磁電耦合表面張力交叉實驗所得到的最小表面張力,在磁化荷電液滴與球形煤塵顆粒的碰撞捕捉模擬研究中,賦予液滴相對碰撞速度v0=4、8 m/s。通過查閱資料發(fā)現(xiàn)[26-27]當(dāng)液-塵粒徑比>1 時,液滴的潤濕性能基本不變。因此本模擬液塵比選取0.54 和0.80,用于對比普通水滴、磁化荷電液滴與煤塵顆粒碰碰撞過程中最大鋪展半徑系數(shù)(D*)、液膜中心高度系數(shù)(H*)及液滴在煤塵顆粒表面鋪展形態(tài)的變化規(guī)律。

    3.3.1磁化荷電液滴D*及H*變化規(guī)律

    圖6 為3 種工況下磁化荷電液滴與普通水滴D*、H*的變化規(guī)律對比。普通水滴碰撞過程會發(fā)生拉伸、分裂、聚合、回彈等現(xiàn)象,D*及H*曲線劇烈波動。粒徑比不變時,速度越大,波動越大;碰撞速度不變時,粒徑比越小,波動越大。相反,磁化荷電液滴D*曲線線性增大到最大值后保持穩(wěn)定,H*曲線線性減小到最小值后保持穩(wěn)定??梢姶烹婑詈献饔孟讼鄬ε鲎菜俣群土奖茸兓瘜Σ秹m效果的不利影響。

    圖6 3 種工況下普通水滴、磁化荷電液滴D*及H*變化規(guī)律對比Fig.6 Comparison of the variation laws of ordinary droplets,magnetoelectric droplets D* and H* under three working conditions

    3.3.2磁化荷電液滴與煤塵碰撞形態(tài)變化

    圖7 為3 種工況下普通水滴、磁化荷電液滴與煤塵顆粒的碰撞形態(tài)變化對比。

    圖7 3 種工況下普通水滴、磁化荷電液滴與煤塵顆粒的碰撞形態(tài)變化Fig.7 Morphological changes of ordinary droplets,magnetized charged droplets under three working conditions

    圖7(a)中普通水滴在疏水性煤塵顆粒上的鋪展范圍小,50.0 μs 時發(fā)生反彈,無法捕捉煤塵顆粒。而圖7(a)中磁化荷電液滴在煤塵顆粒的鋪展范圍線性增長、鋪展速度加快,無反彈現(xiàn)象,在50.0 μs 時鋪展范圍達(dá)到最大,相較于普通水滴擴(kuò)大了44.98%。可見,磁化荷電作用下液滴表面張力減小,更易黏附在煤塵顆粒表面,潤濕性能提高。

    如圖7(b)所示,當(dāng)相對碰撞速度增大到8 m/s 時,普通水滴在煤塵顆粒表面的最大鋪展范圍基本不變,17.2 μs 時液滴分裂成3 部分,29.8 μs 時發(fā)生回彈。而在磁電耦合作用下,如圖7(b)所示,液滴在煤塵顆粒表面完全展鋪,且未發(fā)生分裂和回彈。可見磁化荷電作用削弱了相對碰撞速度過大所導(dǎo)致的液滴的分裂和回彈效應(yīng)。

    圖7(c)中普通水滴在17.3 μs 時液滴被拉長,30.0 μs時液滴在剪切力的作用下開始分裂,且分裂液滴體積占液滴總體積的一半,難以產(chǎn)生衛(wèi)星液滴,霧化性能差,50.0 μs 時由于慣性力大于毛細(xì)管力,分裂液滴迅速逃逸煤塵顆粒表面。而圖7(c)中磁化荷電液滴在煤塵顆粒表面的鋪展范圍顯著增大,17.3 μs 時液滴分裂呈狹長狀、體積占比小,并產(chǎn)生多個衛(wèi)星液滴,霧化性能提高。這在噴霧降塵的應(yīng)用中,可以增大微細(xì)液滴濃度,液滴與煤塵顆粒碰撞的概率增大,捕塵效率提高。50.0 μs 時在毛細(xì)管力的作用下,液滴全部包覆在煤塵顆粒的表面??梢姶烹婑詈献饔锰岣吡艘旱蔚撵F化性能。

    綜上所述,通過對比分析普通水滴、磁化荷電液滴與球形煤塵顆粒碰撞過程H*及D*的動態(tài)變化,發(fā)現(xiàn)磁電耦合作用消除了相對碰撞速度和粒徑比變化所導(dǎo)致的液滴反彈效應(yīng)。通過觀察液滴在球形煤塵顆粒表面的展鋪形態(tài),發(fā)現(xiàn)磁化荷電液滴更易黏附在煤塵顆粒表面,包覆范圍擴(kuò)大了44.98%,表面張力減小,液滴潤濕性能提高;且在磁電耦合作用下液滴更易分裂并產(chǎn)生衛(wèi)星液滴,霧化性能提高,從而使微細(xì)液滴質(zhì)量濃度增大,液滴與煤塵顆粒碰撞的概率增大,提高了捕塵效率。

    3.4 模擬驗證

    模擬驗證實驗,采用團(tuán)隊自主搭建的磁化荷電水霧降塵實驗系統(tǒng)[28-29],測定普通水霧、磁化水霧、荷電水霧、磁化荷電水霧4 種工況下的降塵效率。實驗煤樣選取疏水性的晉城無煙煤,采用Malvern MS3000激光粒度儀測定粉塵粒徑分布區(qū)間為1~74 μm,其中直徑為6~30 μm 的煤塵占比達(dá)66.3%。選用項目組自行研發(fā)的孔徑為1 mm 的跨音速氣動霧化噴嘴,供氣壓力為0.5 MPa,將無煙煤粉罐裝至粉塵發(fā)生器中,開啟風(fēng)機(jī)使用變頻器調(diào)整巷道內(nèi)風(fēng)速達(dá)4 m/s,設(shè)置質(zhì)量流量為10 kg/min,進(jìn)給粉塵時間為1 min,為去除水霧影響在粉塵測定儀前后加上除霧器。在模擬巷道內(nèi)設(shè)置3 個測點,測定儀1 和2 進(jìn)行對照,測定儀3 確保粉塵完全沉降,保證實驗安全。粉塵測定儀測定時間均為進(jìn)給結(jié)束后靜置3 min,每種工況重復(fù)3 組試驗,取均值作為最終結(jié)果。

    為便于分析普通水霧、磁化水霧、荷電水霧、磁化荷電水霧的降塵效果,驗證磁化荷電水霧降塵所具備的優(yōu)越性,通過式(12)計算測點的的降塵效率,并取其平均值得到各噴霧降塵在整個模擬巷道上的降塵效率。

    式中,C1為初始粉塵質(zhì)量濃度,mg/m3;C2為降塵后的粉塵質(zhì)量濃度,mg/m3;η為降塵效率,%。

    圖8 為普通水霧、磁化水霧、荷電水霧、磁化荷電水霧降塵效率的對比關(guān)系。實驗前全塵質(zhì)量濃度為437.68 mg/m3,呼吸性粉塵質(zhì)量濃度為264.73 mg/m3。應(yīng)用磁化荷電水霧降塵后粉塵質(zhì)量濃度大幅降低,呼吸性粉塵質(zhì)量濃度降幅顯著,模擬巷道內(nèi)全塵平均降塵效率達(dá)94.07%、呼吸性粉塵降塵效率達(dá)82.69%。相較于普通水霧降塵,全塵降塵效率提高39.16%,呼吸性粉塵降塵效率提高42.29%;與磁化水霧降塵相比其效率分別提高24.71%、26.34%;與荷電水霧降塵相比其效率分別提高20.89%、21.21%。可見磁化荷電水霧降塵具有顯著的優(yōu)越性。

    圖8 4 種工況下降塵效率對比Fig.8 Comparison of dust reduction efficiency under four working conditions

    圖9 為普通水霧和磁化荷電水霧的降塵效果對比,可知磁電耦合并非簡單的疊加作用,而是在磁化作用降低水霧表面張力、黏度等參數(shù)的同時,荷電作用使水霧與煤塵顆粒之間產(chǎn)生相互吸引力,在磁和電的協(xié)同作用下,提高了水霧的霧化和潤濕性能,從而提高降塵效率。

    圖9 不同降塵技術(shù)后巷道環(huán)境Fig.9 Working environment after applying various dust control technology

    4 結(jié)論

    (1)磁化荷電液滴在磁化作用下水分子黏聚力下降,表面張力減??;同時在荷電的作用下液滴與煤塵顆粒之間產(chǎn)生靜電吸引力。2 者協(xié)同改善了液滴的霧化和潤濕性能。

    (2)磁化強(qiáng)度、荷電電壓與液滴表面張力之間并非呈線性負(fù)相關(guān)。磁化、荷電、磁電耦合作用對液滴浸潤性改善能力大小關(guān)系為:磁電耦合作用>荷電作用>磁化作用,且磁電耦合作用存在最佳參數(shù)。以疏水性晉城無煙煤煤塵為例,在磁化強(qiáng)度300 MT,荷電電壓8 kV 時,液滴表面張力達(dá)到最小值9.20 mN/m。

    (3)液滴與球形煤塵顆粒碰撞過程中,磁電耦合作用消除了相對碰撞速度和粒徑比變化所導(dǎo)致的液滴反彈效應(yīng)。相較于普通水滴,荷電磁化液滴更易分裂并產(chǎn)生衛(wèi)星液滴,即霧化性能提高,微細(xì)液滴濃度增大,液滴與煤塵顆粒碰撞概率增大;荷電磁化液滴最大鋪展范圍擴(kuò)大了44.98%,液滴潤濕性能顯著提高。

    (4)以疏水性-晉城無煙煤為例,磁化荷電水霧全塵、呼吸性粉塵平均降塵效率分別達(dá)到94.07%、82.69%,呼吸性粉塵質(zhì)量濃度明顯降低,相較于普通水霧降塵,其效率分別提高了39.16%、42.29%。

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