一種煤粉裝堆起塵規律的風洞實驗方法
2023-07-17 13:23:56 2
專利名稱：一種煤粉裝堆起塵規律的風洞實驗方法
技術領域：
本發明涉及一種煤粉裝堆起塵規律的風洞實驗方法。
背景技術：
我國港口大氣總懸浮顆粒物(Total Suspended Particles,簡稱TSP)普遍超標，港口塵源分布複雜，起塵主要來源於散貨的裝卸、堆存和輸運環節，其起塵量分別約佔總塵源量的35%、50%和15%。敞開式露天作業方式決定了煤粉粉塵的堆存、裝卸、傳輸等主要產塵環節都在露天堆場內完成。堆場內在堆取料機動態裝卸的作用下，釋放出大量粉塵，不僅直接導致了數以億計的原料損失，而且造成了嚴重的空氣汙染。
目前對煤炭堆存起塵的研究較多，得到了一些煤粉起動風速及靜態起塵量的關係式，但對裝卸作業下起塵的研究較少。煤炭裝堆作業過程，即煤炭從出料口下落到煤堆的下落過程，卷吸周圍空氣，與細小煤炭顆粒形成的邊界層，粉塵主要產生在此邊界層區。理論分析認為:下落顆粒羽流的邊界層半徑隨著下降高度的增加而增加。曾有學者提出了一個基於安靜環境空氣中，通過單個顆粒下降模型，來預測自由下落微粒流的產生的卷吸空氣量；並有人對卷吸空氣量進行了進一步的研究，並提出了各自的公式。如國內的一些學者以二氧化矽、黃沙等為實驗材料通過理論分析與實驗研究，得出影響自由下落微粒羽流中顆粒摩擦阻力的參數，並研究了下落顆粒流的速度的分布規律及卷吸空氣速度分布規律。
對於裝堆過程起塵量的研究，美國國家環保局(EPA)採用Cowherd等人提出的散料裝卸作業的排放因子。日本白倉藏生等人在自然風速下測定起塵量，得到回歸方程。並通過對裝卸器械進行係數修正，可以求出不同裝卸方式下的起塵量。國內，也有一些學者以山西「平塑煤礦」為樣煤作風洞試驗，回歸得到皮帶運輸機卸煤時起塵量公式，通過修正係數Cf求解不同裝卸條件下的起塵率。
為從理論上探究不同煤種在裝堆過程內的起塵情況，以煤粉裝堆過程，即煤粉由堆取料機下落到煤堆的過程為研究對象，採用理論分析與風洞實驗相結合方法，測量不同煤種隨裝卸高度和風速變化下的起塵量，以探究煤炭在裝堆作業下的起塵規律，為港口粉塵防治提供基礎數據。因此，能夠提供一種有助於上述理論分析的新的風洞實驗方法尤為重要。發明內容
本發明的任務在於提供一種煤粉裝堆起塵規律的風洞實驗方法。
其技術解決方案是:
一種煤粉裝堆起塵規律的風洞實驗方法，包括以下步驟:
a提供實驗設備或儀器，包括實驗風洞、堆取料機的模型機、風速儀及稱重天平；其中，實驗風洞的實驗段長32m、寬3m、高2m，風機驅動功率為160KW，在實驗段設有兩個直徑為2米的轉盤，用於模擬來流風向，實驗段的起始處有粗糙元和尖劈，以模擬大氣邊界層氣流，風速在0.2 20.0m/s連續可調；現場裝堆作業中的堆取料機是露天堆場最普遍的作業機械，為模擬煤堆的裝卸，按照1:100的比例製作堆取料機的模型機，該模型機以一個電機控制傳送帶運動及鬥輪轉動，以另一電機控制料鬥的震動，以保證煤粉連續下落；
b提供煤粉樣品，煤粉樣品選用國內最常用的四類煤種:原煤、大礦原煤、水洗煤或精煤；
c在上述兩步驟完成後，先對實驗風洞實驗段的流動狀態進行調試，以滿足近地面大氣邊界層模擬的相似性要求，使用DISA熱線風速儀，將平均來流風廓線調整到對數律形式，保證實驗段的雷諾數(Re)大於104，達到流動的自模擬，以保證湍流結構的相似性得到滿足，對於入口段空氣動力學粗糙度的滿足，則是通過調節粗糙元和尖劈，以保證粗糙度雷諾數Re*>2.5，達到地表粗糙度的實驗要求；對於風洞中徑向壓力梯度對流動的影響則通過調節頂板進行消除；調試完畢後，進行裝堆起塵實驗，按以下步驟進行:首先稱取一定量的自然含水率的煤粉樣品，設定為Miks，同時測量模型機的質量，設定為Mtw，以及轉盤中心孔盛料桶的質量，設定為Mtw ;將稱取的煤粉樣品倒入模擬機的盛料器中，並將模擬機布置在實驗風洞測試段合適位置，調整模擬機的懸臂使之達到裝卸高度，並將出料口與轉盤中心孔對齊；然後啟動實驗風洞，當來流風速達到設計風速後啟動模擬機，煤粉開始落入轉盤中心孔，持續吹蝕15分鐘後停風，模擬機停止工作；最後將未落入盛料桶但在堆底座線內的煤粉掃入盛料桶，稱量剩餘煤粉與模型機的總重，設定為Mjsm,以及稱量轉盤中心孔中的煤粉及盛料桶的總重，設定為Mjsii ;其中裝堆起塵量q和下料量Q的確定如下:
q=M雌+M諫+M擁-M後機-M後桶_ 3] Q=M前煤+M U機-M後機
起塵率β為:
權利要求
1.一種煤粉裝堆起塵規律的風洞實驗方法，其特徵在於包括以下步驟: a提供實驗設備或儀器，包括實驗風洞、堆取料機的模型機、風速儀及稱重天平；其中，實驗風洞的實驗段長32m、寬3m、高2m，風機驅動功率為160KW，在實驗段設有兩個直徑為2米的轉盤，用於模擬來流風向，實驗段的起始處有粗糙元和尖劈，以模擬大氣邊界層氣流，風速在0.2 20.0m/s連續可調；現場裝堆作業中的堆取料機是露天堆場最普遍的作業機械，為模擬煤堆的裝卸，按照1:100的比例製作堆取料機的模型機，該模型機以一個電機控制傳送帶運動及鬥輪轉動，以另一電機控制料鬥的震動，以保證煤粉連續下落； b提供煤粉樣品，煤粉樣品選用國內最常用的四類煤種:原煤、大礦原煤、水洗煤或精煤； c在上述兩步驟完成後，先對實驗風洞實驗段的流動狀態進行調試，以滿足近地面大氣邊界層模擬的相似性要求，使用DISA熱線風速儀，將平均來流風廓線調整到對數律形式，保證實驗段的雷諾數(Re)大於104，達到流動的自模擬，以保證湍流結構的相似性得到滿足，對於入口段空氣動力學粗糙度的滿足，則是通過調節粗糙元和尖劈，以保證粗糙度雷諾數Re*>2.5，達到地表粗糙度的實驗要求；對於風洞中徑向壓力梯度對流動的影響則通過調節頂板進行消除；調試完畢後，進行裝堆起塵實驗，按以下步驟進行:首先稱取一定量的自然含水率的煤粉樣品，設定為Miks,同時測量模型機的質量，設定為Miw,以及轉盤中心孔盛料桶的質量，設定為Mtw;將稱取的煤粉樣品倒入模擬機的盛料器中，並將模擬機布置在實驗風洞測試段合適位置，調整模擬機的懸臂使之達到裝卸高度，並將出料口與轉盤中心孔對齊；然後啟動實驗風洞，當來流風速達到設計風速後啟動模擬機，煤粉開始落入轉盤中心孔，持續吹蝕15分鐘後停風，模擬機停止工作；最後將未落入盛料桶但在堆底座線內的煤粉掃入盛料桶，稱量剩餘煤粉與模型機的總重，設定為Mjsm,以及稱量轉盤中心孔中的煤粉及盛料桶的總重，設定為Mjsii ;其中裝堆起塵量q和下料量Q的確定如下:
2.根據權利要求1所述的一種煤粉裝堆起塵規律的風洞實驗方法，其特徵在於上述步驟c中還包括:使用最小二乘法，將實驗獲取數據進行擬合，得到裝堆起塵率隨風速、裝卸聞度的實驗關聯式: β =k.U3.13.hL64% 式中:β為裝堆起塵率，% ；υ為風速，m/s ；H為裝卸高度，m ；k為某一類型煤粉樣品的修正係數；並進一步獲取原煤、大礦原煤、水洗煤與精煤四類煤種的修正因子k，分別為Alg煤=3.87X10。;k大礦=3.49X10-3 ;k水洗=2.50X10。;k精煤=1.81 X IO^30
全文摘要
本發明公開了一種煤粉裝堆起塵規律的風洞實驗方法，利用實驗設備或儀器，如實驗風洞、堆取料機的模型機、風速儀、微量稱重天平、乾燥箱及篩分儀；通過測定自然含水率下的原煤、大礦原煤、水洗煤、精煤這四種煤種的起塵量，得出裝堆起塵率與環境風速和裝卸高度之間的實驗關聯式β＝k·U3.13·H1.64，進而得到了這四種煤粉的修正係數k。研究表明煤炭裝卸過程的起塵量與卷吸空氣量存在一定的關係，煤種不同則k值不同。本發明是一種能夠與煤粉裝堆起塵規律理論分析相結合的有效方法，實施方便，實用性強，能夠測量不同煤種隨裝卸高度和風速變化下的起塵量，以探究煤炭在裝堆作業下的起塵規律，為港口粉塵防治提供基礎數據。
文檔編號G01M9/02GK103162931SQ201310057788
公開日2013年6月19日 申請日期2013年2月25日 優先權日2013年2月25日
發明者叢曉春 申請人:山東科技大學