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基礎(chǔ)上，提出了確定文丘里管射流器的主要性能參數(shù)：耗水量與吸風(fēng)量的計(jì)算方法，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該計(jì)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(shí)的瞬時(shí)粉塵濃度有時(shí)可高達(dá)萬(wàn)余mg/m3，對(duì)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(duì)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 文丘里管的工作原

2、理如圖 1 所示， 高速水流經(jīng)過(guò)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(chēng)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(dòng)并從噴射出口高速射出，水霧錐的后部形成真空， 外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，若吸入的是含塵氣體，則粉塵被強(qiáng)制在水霧中運(yùn)動(dòng)濕潤(rùn)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(lái)，從而實(shí)現(xiàn)降塵的目的2。 1.2 文丘里管中流體流動(dòng)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

3、來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)期的能量轉(zhuǎn)換的目的。因?yàn)楦邏簢婌F并引射含塵空氣，所以可根據(jù)稀顆粒群兩相流動(dòng)中的均相流動(dòng)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(dòng)過(guò)程也是可逆且絕熱的3。文丘里管中的混合流體經(jīng)過(guò)管中變徑后，馬赫數(shù)會(huì)有突變，即速度會(huì)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(gè)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(kāi)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(jì)算 2.1 耗水量的計(jì)算4根據(jù)薄壁孔口流量計(jì)算及管嘴流量計(jì)算公式：式中 p 孔口前后壓差，pa； a 孔口面積， m2 流體的密度， kg/m3； 流量系數(shù)

4、， 與噴嘴出口結(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(jì)算4根據(jù)理想流體連續(xù)性方程的推導(dǎo)公式：式中 q 噴嘴耗水量，m3/s； d 噴嘴開(kāi)口直徑，m； v 水流流速， m/s。將式 (1)代入式 (2)計(jì)算出噴嘴流速： 2.3 風(fēng)速的計(jì)算根據(jù)伯努利定理的特殊形式5，對(duì)于完全氣體可壓縮等熵流，伯努利方程變?yōu)椋菏街?大氣溫度的直降率，對(duì)于雙原子氣體 取 1.4；體積力場(chǎng)的勢(shì)能，并且它只是空間位置的函數(shù)；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4； c 常數(shù)。根據(jù)圖 2 所示，取 a1及 a2兩斷

5、面，相對(duì)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(jiǎn)圖及流體斷面選取因?yàn)槿」苤行木€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(jì)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(kāi)口大小、噴管截面積有關(guān)。 3 計(jì)算舉例以孔口直徑1.5mm，孔口前后壓差6mpa 為例，由式 (1)可計(jì)算出耗水量為6.96l/min ，由式(3)可得斷面a1水流速度為65.7m/s，由式 (5)和式 (6)可得斷面a2處的風(fēng)速為52.2m/

6、s，由式(7)得吸風(fēng)量為16.36m3/s(接受管直徑為90mm，噴管外徑取為38mm)。 4 文丘里管射流器的實(shí)驗(yàn)研究 4.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室研究文丘里管射流器，主要考察2 個(gè)參數(shù)： 射流器耗水量和吸風(fēng)量。在引射風(fēng)量一定的情況下，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(duì)廢水的處理工作。圖 3 測(cè)試系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試系統(tǒng)如圖3 所示。該系統(tǒng)中高壓泵對(duì)進(jìn)水加壓，經(jīng)壓力表及流量計(jì)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?？梢杂靡缌鏖y調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)水壓力的大小，滿足實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的要求。用皮托管負(fù)壓計(jì)可以測(cè)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(jì)可以測(cè)得射

7、流器的耗水量，計(jì)算耗水量與吸風(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(shí)驗(yàn)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)6。實(shí)驗(yàn)時(shí)對(duì)3 種不同直徑的噴嘴進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：d=1.2mm；d=1.5mm ；d=2.0mm。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1 所示。表 1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，當(dāng)噴嘴直徑d=1.5mm，壓力為 6mpa 時(shí)，耗水量為7.1l/min ，吸風(fēng)量為16.92m3/min，與舉例的計(jì)算值很接近，其誤差值在4%以內(nèi)。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得到不同噴嘴開(kāi)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。圖 5 耗水量、水壓、吸風(fēng)量相關(guān)曲線圖 5 小結(jié)通過(guò)對(duì)文丘里管射流器工作參數(shù)的理論計(jì)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(jì)算方法，并且通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證，證明該計(jì)算方法合理可用，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明對(duì)于確定結(jié)構(gòu)的文丘里管射流器，其工作水