专利名称：一种煤粉装堆起尘规律的风洞实验方法
技术领域：
本发明涉及一种煤粉装堆起尘规律的风洞实验方法。
背景技术：
我国港口大气总悬浮颗粒物(Total Suspended Particles,简称TSP)普遍超标，港口尘源分布复杂，起尘主要来源于散货的装卸、堆存和输运环节，其起尘量分别约占总尘源量的35%、50%和15%。敞开式露天作业方式决定了煤粉粉尘的堆存、装卸、传输等主要产尘环节都在露天堆场内完成。堆场内在堆取料机动态装卸的作用下，释放出大量粉尘，不仅直接导致了数以亿计的原料损失，而且造成了严重的空气污染。
目前对煤炭堆存起尘的研究较多，得到了一些煤粉起动风速及静态起尘量的关系式，但对装卸作业下起尘的研究较少。煤炭装堆作业过程，即煤炭从出料口下落到煤堆的下落过程，卷吸周围空气，与细小煤炭颗粒形成的边界层，粉尘主要产生在此边界层区。理论分析认为:下落颗粒羽流的边界层半径随着下降高度的增加而增加。曾有学者提出了一个基于安静环境空气中，通过单个颗粒下降模型，来预测自由下落微粒流的产生的卷吸空气量；并有人对卷吸空气量进行了进一步的研究，并提出了各自的公式。如国内的一些学者以二氧化硅、黄沙等为实验材料通过理论分析与实验研究，得出影响自由下落微粒羽流中颗粒摩擦阻力的参数，并研究了下落颗粒流的速度的分布规律及卷吸空气速度分布规律。
对于装堆过程起尘量的研究，美国国家环保局(EPA)采用Cowherd等人提出的散料装卸作业的排放因子。日本白仓藏生等人在自然风速下测定起尘量，得到回归方程。并通过对装卸器械进行系数修正，可以求出不同装卸方式下的起尘量。国内，也有一些学者以山西“平塑煤矿”为样煤作风洞试验，回归得到皮带运输机卸煤时起尘量公式，通过修正系数Cf求解不同装卸条件下的起尘率。
为从理论上探究不同煤种在装堆过程内的起尘情况，以煤粉装堆过程，即煤粉由堆取料机下落到煤堆的过程为研究对象，采用理论分析与风洞实验相结合方法，测量不同煤种随装卸高度和风速变化下的起尘量，以探究煤炭在装堆作业下的起尘规律，为港口粉尘防治提供基础数据。因此，能够提供一种有助于上述理论分析的新的风洞实验方法尤为重要。发明内容
本发明的任务在于提供一种煤粉装堆起尘规律的风洞实验方法。
其技术解决方案是:
一种煤粉装堆起尘规律的风洞实验方法，包括以下步骤:
a提供实验设备或仪器，包括实验风洞、堆取料机的模型机、风速仪及称重天平；其中，实验风洞的实验段长32m、宽3m、高2m，风机驱动功率为160KW，在实验段设有两个直径为2米的转盘，用于模拟来流风向，实验段的起始处有粗糙元和尖劈，以模拟大气边界层气流，风速在0.2 20.0m/s连续可调；现场装堆作业中的堆取料机是露天堆场最普遍的作业机械，为模拟煤堆的装卸，按照1:100的比例制作堆取料机的模型机，该模型机以一个电机控制传送带运动及斗轮转动，以另一电机控制料斗的震动，以保证煤粉连续下落；
b提供煤粉样品，煤粉样品选用国内最常用的四类煤种:原煤、大矿原煤、水洗煤或精煤；
c在上述两步骤完成后，先对实验风洞实验段的流动状态进行调试，以满足近地面大气边界层模拟的相似性要求，使用DISA热线风速仪，将平均来流风廓线调整到对数律形式，保证实验段的雷诺数(Re)大于104，达到流动的自模拟，以保证湍流结构的相似性得到满足，对于入口段空气动力学粗糙度的满足，则是通过调节粗糙元和尖劈，以保证粗糙度雷诺数Re*>2.5，达到地表粗糙度的实验要求；对于风洞中径向压力梯度对流动的影响则通过调节顶板进行消除；调试完毕后，进行装堆起尘实验，按以下步骤进行:首先称取一定量的自然含水率的煤粉样品，设定为Miks，同时测量模型机的质量，设定为Mtw，以及转盘中心孔盛料桶的质量，设定为Mtw ;将称取的煤粉样品倒入模拟机的盛料器中，并将模拟机布置在实验风洞测试段合适位置，调整模拟机的悬臂使之达到装卸高度，并将出料口与转盘中心孔对齐；然后启动实验风洞，当来流风速达到设计风速后启动模拟机，煤粉开始落入转盘中心孔，持续吹蚀15分钟后停风，模拟机停止工作；最后将未落入盛料桶但在堆底座线内的煤粉扫入盛料桶，称量剩余煤粉与模型机的总重，设定为Mjsm,以及称量转盘中心孔中的煤粉及盛料桶的总重，设定为Mjsii ;其中装堆起尘量q和下料量Q的确定如下:
q=M雌+M諫+M擁-M后机-M后桶_ 3] Q=M前煤+M U机-M后机
起尘率β为:
权利要求
1.一种煤粉装堆起尘规律的风洞实验方法，其特征在于包括以下步骤: a提供实验设备或仪器，包括实验风洞、堆取料机的模型机、风速仪及称重天平；其中，实验风洞的实验段长32m、宽3m、高2m，风机驱动功率为160KW，在实验段设有两个直径为2米的转盘，用于模拟来流风向，实验段的起始处有粗糙元和尖劈，以模拟大气边界层气流，风速在0.2 20.0m/s连续可调；现场装堆作业中的堆取料机是露天堆场最普遍的作业机械，为模拟煤堆的装卸，按照1:100的比例制作堆取料机的模型机，该模型机以一个电机控制传送带运动及斗轮转动，以另一电机控制料斗的震动，以保证煤粉连续下落； b提供煤粉样品，煤粉样品选用国内最常用的四类煤种:原煤、大矿原煤、水洗煤或精煤； c在上述两步骤完成后，先对实验风洞实验段的流动状态进行调试，以满足近地面大气边界层模拟的相似性要求，使用DISA热线风速仪，将平均来流风廓线调整到对数律形式，保证实验段的雷诺数(Re)大于104，达到流动的自模拟，以保证湍流结构的相似性得到满足，对于入口段空气动力学粗糙度的满足，则是通过调节粗糙元和尖劈，以保证粗糙度雷诺数Re*>2.5，达到地表粗糙度的实验要求；对于风洞中径向压力梯度对流动的影响则通过调节顶板进行消除；调试完毕后，进行装堆起尘实验，按以下步骤进行:首先称取一定量的自然含水率的煤粉样品，设定为Miks,同时测量模型机的质量，设定为Miw,以及转盘中心孔盛料桶的质量，设定为Mtw;将称取的煤粉样品倒入模拟机的盛料器中，并将模拟机布置在实验风洞测试段合适位置，调整模拟机的悬臂使之达到装卸高度，并将出料口与转盘中心孔对齐；然后启动实验风洞，当来流风速达到设计风速后启动模拟机，煤粉开始落入转盘中心孔，持续吹蚀15分钟后停风，模拟机停止工作；最后将未落入盛料桶但在堆底座线内的煤粉扫入盛料桶，称量剩余煤粉与模型机的总重，设定为Mjsm,以及称量转盘中心孔中的煤粉及盛料桶的总重，设定为Mjsii ;其中装堆起尘量q和下料量Q的确定如下:
2.根据权利要求1所述的一种煤粉装堆起尘规律的风洞实验方法，其特征在于上述步骤c中还包括:使用最小二乘法，将实验获取数据进行拟合，得到装堆起尘率随风速、装卸闻度的实验关联式: β =k.U3.13.hL64% 式中:β为装堆起尘率，% ；υ为风速，m/s ；H为装卸高度，m ；k为某一类型煤粉样品的修正系数；并进一步获取原煤、大矿原煤、水洗煤与精煤四类煤种的修正因子k，分别为Alg煤=3.87X10。;k大矿=3.49X10-3 ;k水洗=2.50X10。;k精煤=1.81 X IO^30
全文摘要
本发明公开了一种煤粉装堆起尘规律的风洞实验方法，利用实验设备或仪器，如实验风洞、堆取料机的模型机、风速仪、微量称重天平、干燥箱及筛分仪；通过测定自然含水率下的原煤、大矿原煤、水洗煤、精煤这四种煤种的起尘量，得出装堆起尘率与环境风速和装卸高度之间的实验关联式β＝k·U3.13·H1.64，进而得到了这四种煤粉的修正系数k。研究表明煤炭装卸过程的起尘量与卷吸空气量存在一定的关系，煤种不同则k值不同。本发明是一种能够与煤粉装堆起尘规律理论分析相结合的有效方法，实施方便，实用性强，能够测量不同煤种随装卸高度和风速变化下的起尘量，以探究煤炭在装堆作业下的起尘规律，为港口粉尘防治提供基础数据。
文档编号G01M9/02GK103162931SQ201310057788
公开日2013年6月19日 申请日期2013年2月25日 优先权日2013年2月25日
发明者丛晓春 申请人:山东科技大学