一种粉尘产生及降尘模拟实验方法及其设备与流程

技术特征：

1.一种粉尘产生及降尘模拟实验方法，其特征在于，包括步骤：

选取巷道模型的相似准则数，将选取的相似准则数进行量化；

根据量化的相似准则数建立巷道模型；

根据巷道模型设置喷雾降尘装置、粉尘发生装置、通风装置和尾气处理装置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述选取巷道模型的相似准则数，包括：

根据三大前提条件建立巷道模型：

第一：研究粉尘颗粒在巷道流体介质中运动时，只考虑气流与其相对运动引起的作用力及其自身重力，而忽略其他作用力；

第二：忽略巷道实体与巷道模型气流介质的差异性，视空气流体介质为不可压缩粘性气体，流动为定常流；

第三：粉尘颗粒均视为固体球形；

因此，用气流运动方程和固体球形颗粒运动方程描述粉尘在空气中的运动，气流运动方程为：

式中：ρ_g—气流密度，kg/m³；Ug—气流速度矢量，m/s；t—时间，s；

F—单位体积气流质量力矢量，N/m³；P—气流压力矢量，pa；

μ_g—气流动力粘性系数，pa·s；

以及气流连续性方程为：▽U_g＝0；

由上述两式，气流运动方程简化为：

以及粉尘颗粒运动方程为：

式中：d_p—粉尘颗粒直径，m；ρ_p—粉尘颗粒密度，kg/m³；U_p—粉尘颗粒速度矢量，m/s；C_p—阻力系数；U_r—气流与尘粒的相对速度U_r＝Ug-U_p，m/s；

由此，在气流和尘粒两大运动方程中，有量纲且独立的物理量有10个：ρ_g、ρ_p、Ug、Up、μ_g、d_p、g、l、P、t；

根据上面所述的10个物理量，由量纲分析中的π定理得到10个相似准则数：气流雷诺准则Re_g＝lρ_gU_g/μ_g、颗粒雷诺准则Re_p＝d_pρ_g(U_g-U_p)/μ_g、均时性准则H_o＝U_gt/l、弗劳德准则斯托克斯准则欧拉准则密度准则ρ_p/ρ_g、运动准则U_p/U_g、几何准则l/L、相对粗糙度准则ε/l；

同时，粉尘颗粒运动速度在短时间内能与气流达到一致，故U_p/U_g近似取1，运动准则满足；而颗粒雷诺准则Re_p，由于(U_g-U_p)趋于0故可忽略；巷道模型与实体气体流场均处稳定状态，均时性准则H₀不考虑；粉尘颗粒粒径不大，惯性力与重力比值可忽略不计，弗劳德准则F_r不考虑；由于欧拉数E_u＝f(H₀，Re，F_r)不独立，故不考虑；另外，粉尘采集于现场，巷道模型的气流与实体巷道的气流属同一流体介质，密度准则ρ_p/ρ_g满足；因此，建立模型需考虑的相似准则数有4个：Re_g、S_tk、l/L和ε/l。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将选取的相似准则数进行量化，包括：

由几何系数＝巷道实体:巷道模型＝n，要满足斯托克斯准则 实际现场准则数/模型准则数＝1，即实际现场相似准则数＝模型相似准则数，得

故实验所用粉尘直径应是现场的其中，d_p表示现场粉尘，d'_p表示实验用粉尘。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据量化的相似准则 数建立巷道模型，包括：

所述巷道模型设计为由至少两节两端无面的空心长方体巷道连接而成；在每节所述空心长方体巷道的顶部布置有测量孔，并且在每节所述空心长方体巷道的内部安装有与测量孔相对应的框架；另外，用4根L型金属片分别将每个框架的4个角连接起来，即每个框架的左上角、右上角、左下角、右下角分别依次通过1根L型金属片连接起来。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据量化的相似准则数建立巷道模型之后，包括：

为满足巷道模型与巷道实体几何相似，通过设计移动挡板对建立的巷道模型进行调整。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述巷道模型内设置有粉尘发生装置，并且外接喷雾降尘装置。而且，巷道模型的出口通过通风装置与尾气处理装置连接。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的粉尘发生装置包括风机、装尘盒、粉尘扩散器、收缩腔以及长方体空腔；其中，在所述长方体空腔的一端与所述风机连接，且另一端通过所述收缩腔与所述粉尘扩散器连接；而且，在所述长方体空腔的上端与所述装尘盒连通；

另外，粉尘从所述装尘盒中下落到所述长方体空腔，跟随所述风机风流通过所述收缩腔、所述粉尘扩散器喷射而出；所述收缩腔进口大出口小，且进口与所述长方体空腔连通，出口与所述粉尘扩散器的进口连通；还有，所述粉尘扩散器进口小出口大。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的喷雾降尘装置包括水箱、加压泵、流量调节阀、高压管路以及喷嘴；其中，所述高压管路穿过巷道模型固定在其内部的框架上，所述高压管路在巷道模型内部的端口上连接有所述喷嘴；同时，所述置于巷道模型外部的高压管路依次通过所述流量调节阀和所述加压泵与所述水箱连接。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述通风装置包括抽风机、抽风机支架和调风阀；其中，所述抽风机的进口与巷道模型连接，并且所述抽风机的出口与所述尾气处理装置连接；而且，通过所述抽风机支架将该抽风机支撑在地面之上，在所述抽风机的上端还设置了对所述抽风机的风速进行调节的调风阀。

10.根据权利要求6至9任意一项所述的方法，其特征在于，所述尾气处理装置包括铁皮腔、喷雾装置、纤维栅、集尘盘和吸尘罩；其中，所述吸尘罩与其余部件不连接，悬挂于所述铁皮腔上方，吸排漏溢的尾气；所述集尘盘与其余部件不连接，置于所述铁皮腔尾气出口处接水接尘；并且，在所述铁皮腔内部安装有所述喷雾装置，所述纤维栅安装在由L型金属片搭设的框架上，放在所述集尘盘中。