赵书山

（大同煤矿集团挖金湾煤业有限责任公司， 山西 大同 037000）

1 喷嘴结构的优化及建模

在矿井采煤作业中产生的粉尘向着各个方向扩散，进行喷雾除尘的喷雾必须要有足够的覆盖面积才能达到降尘的效果。为了保证喷嘴能够喷出较大的水雾，采用离心雾化喷嘴，在水雾喷出前形成旋流，增加扩散的面积[1-3]。常用的喷嘴采用斜切孔的形式形成离心效应，但这种喷嘴对水质的要求较高，容易造成堵塞，并且使用的时间较短，内部结构狭小，无法进行有效的清理[4]。

采用双头导流式的旋转芯喷嘴，相对常用的喷嘴缩短了内部的流道，增加了过流的截面面积，具有较强的抗污染能力，可以避免堵塞[5]。喷嘴采用分体式的设计，如图1 所示，该设计便于喷嘴的维护使用，具有较长的使用寿命，适用于矿井恶劣的工作环境。

采用Fluent 软件对喷嘴的喷雾效果进行分析，Fluent 软件可对流体问题进行很好的分析，自带物理模型可针对不同流体的特点采用精确的数值进行分析。采用Fluent 对喷嘴的喷涂效果进行分析，针对喷射的压力及喷嘴的口径对雾化的影响进行分析，从而得到最佳雾化的喷嘴结构[6]。建立喷嘴的三维分析模型，并对其进行网格划分，得到喷嘴的模型如图2 所示。

2 喷嘴雾化效果的仿真分析

采用Fluent 进行喷嘴的雾化效果分析，设置入口处的压力分别为2 MPa、3 MPa，出口处的压力设定为标准的气压值，设置出口处的边界条件，对喷嘴的口径设置为1 mm、1.5 mm、1.75 mm 三种不同的情况进行雾化效果的分析。对不同断面上的速度进行分析。如下页图3 所示为在入口压力2 MPa 时断面y15 处三种不同口径的喷嘴速度变化曲线图。

图1 旋转芯喷嘴结构示意图（单位：mm）

图2 喷嘴结构模型

从图3 中可以看出，在不同的曲线图中，基本呈现两边的速度对称分布，变化的趋势保持一致，在喷嘴的中心位置呈现由高到低的变化趋势，在喷嘴口径增加的过程中，速度随之增加，说明在口径大的喷嘴内部形成的旋流的强度较大，具有较高的喷射速度。

下页图4 中4-1 为喷嘴口径为1.5 mm 时在同样y15 断面位置处入口压力为3 MPa 时的速度变化曲线，从图中可以出，在入口压力增加时，速度曲线的变化趋势与图3 中的变化趋势保持一致，在数值上，速度值有所增加，这说明增加入口处的压力，喷嘴的出口速度也有所增加；图4-2 中为相应的出口断面上沿直径方向的速度变化图，从图中可以看出，在同一喷嘴的分析中，沿直径方向上的速度相差不大，这说明喷雾的出口速度沿着各个直径方向基本一致。

图3 入口压力为2 MPa 时不同喷嘴口径下的喷嘴沿断面的速度变化曲线

通过上述的分析可知，在进行雾化除尘的过程中，喷嘴的口径对于旋流的形成具有较大的影响，口径越大则出口处的水雾速度越大；入口处的压力同样对出口的速度值具有较大的影响，增加入口的压力，可以提高出口处的速度，并且喷嘴在各个方向上的速度保持一致，有利于水雾的集中扩散。在进行喷嘴的设计及应用中，应尽量增加内部的喷嘴口径，并采用工况允许的较大的入口压力进行煤矿的喷雾除尘，从而实现较好的除尘效果。

3 结论

1）在喷嘴的结构中，喷嘴的口径，对于旋流的形成具有较大的影响，口径越大则出口处的水雾速度越大。

图4 入口压力为3 MPa、1.5 mm 口径时不同方向下喷嘴沿断面的速度变化曲线

2）在进行喷嘴的应用中，入口处的压力对出口的速度值具有较大的影响，增加入口的压力，可以提高出口处的速度，并且喷嘴在各个方向上的速度保持一致，有利于水雾的集中扩散。

3）喷嘴是进行雾化除尘的直接零件，采用大口径的喷嘴并应用较大的入口压力，可以增加水雾的喷射速度，从而形成较大的覆盖面积，降低矿井内的粉尘浓度，改善矿井的作业环境，提高矿井的安全性，有利于煤炭的高效开采。