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。一關(guān)鍵詞：弓I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

2、原理如圖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2o1.2 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)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)

3、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；一流量系數(shù)，與噴嘴出口

4、結(jié)構(gòu)有關(guān);q流量，即耗水量， m3/s?？芍簢娮旌乃颗c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嫡流，伯努利方程變?yōu)?十二三2+破二£(方程沿流線)(4)I式中丫 一一大氣溫度的直降率，對(duì)于雙原子氣體丫取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 Ai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/s,由 式得

6、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。I -油箱;2 施壓泵;3 -壓力表;4 截止牌;5 -流量計(jì)6 -文丘里管射流器門-集水罩再-負(fù)壓表；9 -溢流陶?qǐng)D3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

7、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)得射流器的耗水量，計(jì)算耗水量與吸風(fēng)量的比值，就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)壓力/L "min"1d « L2 mmd = 1.5 mmd n 2.0 mm理風(fēng)*l液氣比耗水量 min-1吸風(fēng)量Zinmin'1液氣比髭/LrE加/暖風(fēng) min"1液氣比t2.057.SG1X365 93.

8、17.30M235 5工47U51/132 421851/367 04k 1丸11/235 1工61*3t/132 L33.4912.781/36625.011.761X235 26411.411/132 fl4*4IS, 151/3(57。5潭1/235 010.814,251/131 954.6016.t!1/36676.615.521/235 212. tL5.男1/131 96莊的IT.W1/367 37.116.921723S3n.317.561/135 075.3fl19.471/36747.7IS. H1/235 214419.011/132 085-7421.091ZJ67 4S.319.311723S 115門20.2117132 1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4%以內(nèi)。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得到不同噴嘴16.92m3/min,與舉例的計(jì)算值很接近，其誤差值在開(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。6420864204百¥*道20152車圖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，