的增加，波幅及频率也逐渐增加。当速度达野某雾成过程eserved- 1问题的提出在煤矿生产过程中，采、掘、运各个工序将产生大量粉尘。粉尘危害主要有两方面：一是对人体的危害，如果人的肺部长期吸入大量的矿尘，就可患尘肺病，尘肺病是目前危害较大的一种矿工职业病。二是煤尘爆炸危害，煤尘爆炸是煤矿的严重灾害之一，它严重威胁着矿井安全。另外，粉尘问题还严重影响着采掘工作面的生产效率，特别是掘进工作面速度难以提高，主要就是除尘问题。目前综掘机上的内、外喷雾方式未能使迎头工作面的粉尘浓度达到国家煤矿安全规程的要求，导致了安全生产和工人身体健康等问题的产生，尤其是半煤岩巷道和高突矿井，问题更加突出，且现有掘进机配置的内喷雾由于水泵不可靠等原因基本不能正常使用，而外喷雾雾化效果不能满足降尘的要求，且流量过大，巷道积水严重，人员无法进入，机组经常趴窝，效能不能正常发挥。因此，急需研制一套高可靠的喷雾系统，增强雾化效果，充分降低工作面空气中粉尘浓度，既提高煤矿生产的安全性，保障井下工人身心健康，又提高掘进机的技术先进性，增强其市场竞争力。

　　2风水雾化的理论基础喷嘴喷射的水射流在空气介质中运动时，射流水一般是不稳定的，射流轴心线也是不断波动的，只是由于水的表面张力作用，才使水流没因波动而分散。但是由于射流处于紊流状态的不稳定性，在射流表面将产生界面波（射流表面高低不平的波浪，也即射流表面不稳定的波动）。这种界面波将使射流断面周期性的扩大与缩小，随着速度数值后，界面波将克服水的表面张力而使射流表面分裂出水滴。速度越大，则分裂成水滴的情况越厉害，当水滴直径小到一定程度时，即产生雾化现象，雾化的方式有两种：一是自身高压水射流，当压力达到一定时，从喷嘴射出将形成雾化；二是采用高压风和低压水相结合的方式也可产生雾化。

　　研究发现高压水在通过喷射嘴后能形成雾化状态的压力值相当高，一般需要740MPa，单从目前国内的高压水泵、水封的可靠性来看，其适应性相当差，很难得到推广，而风水相结合的雾化方式，条件普遍成熟，易于大范围使用。

　　2.1雾滴捕捉浮尘的机理高压风将水雾化成微细小滴，喷射于空气中与浮尘碰撞接触，尘粒被水捕捉而附于水滴上或者湿润的尘粒互相凝集成大颗粒，从而加速其沉降，使之尽快变为落尘。影响水滴捕尘效果的主要因素是水滴粒度。水滴小，在空气中分布密度就大，与矿尘接触机会就越多，捕尘效果就越好。但如果水滴太小对降尘效果会有所影响，因为过小的水滴湿润尘粒后其重量增加不大，难以在空气中沉降下来，同时水分也易被风流带走和蒸发，不利于捕尘，并且恶化了环境。根据测定，水雾的粒度一般在2040ym之间最佳，因此风、水的压力、流量配比关系是得到合适水雾颗粒大小的最直接影响因素，其次是水滴与尘粒的相对速度，它决定着粉尘与水滴的接触效果，水滴速度高则动能大，与尘粒碰撞时有利于克服水的表面张力，将尘粒湿润捕捉。此外，矿尘浓度、粒径，带电性对捕尘效果也存在影响。

　　2.2.1雾滴的形成液体悬浮在气体中的状况在许多方面与气泡悬浮在液体中的状况相类似。因为在一个孔口形成准静止液滴与形成气泡是相反的问题。所以液滴的半径Rd由类似于孔口处气泡形成的公式得出，即：度，为液滴的表面张力，g为重力加速度。在某些情况下，气泡可由气体或蒸汽的膜层（此膜层覆盖在多孔或受热的表面上）中分离开来而形成。虽然这些气泡连续不断的形成，与在较稠密的流体下面流动的流体‘泰勒不稳定性“的经典情况不同，但是，气泡的尺寸可用相同的无量纲参数估算。因此，液滴的半径也可以估算为：当流经孔口的液体速度在高压风的作用下短时间内突然加大时，会很快超过得出的临界速度，因为液体的密度比较大，所以使合成的液体射流破碎而形成了小液滴。瑞利（Rayleigh）曾经研究过这个经典课题，他证明了这类射流总是不稳定的；如果液体射流周围的气体密度可以忽略，其不稳定的最大波长约为射流的4.5倍。当射流以这种方式破碎时，液滴半径的近似计算式为：一步增加，由于与周围气体的相对速度增大，最后使射流的不稳定性更加严重，并破碎成有很多细小液滴的喷雾。我们把这一工作状态称为雾化。

　　由于连续的液体射流或液膜被破碎，大多数雾化过程都产生大量的细小液滴。确定单个液滴稳定性的最重要无量纲数是韦伯数，它是无量纲的，由液滴与气体的相对速度和气体密度确定：表面张力，p为液滴密度，U、U分别为液滴运动速度和静止速度。液滴开始破碎的韦伯数称为临过12时液滴就破碎。液体的粘性显然对液滴有稳定作用，可用稳定数uf/Pgd估算这个作用。在uf/pd小于5时，欣泽（Hinze）和伊西基（Isshiks）得出的结果，可很好地用下式表示：在稳定性准则中含有液体粘性系数U，这意味着当液滴形式方面动力振荡时即开始出现不稳定，在液滴的驻点处的动压力作用下，球状液滴被冲破成类似囊状物，有人形象地把它叫做‘降落伞“，囊状物最后破碎成为尺寸更小的液滴。如果液滴进入高压气流中并处于比较大的韦伯数下，液滴连续地被破碎，在破碎的过程中，液滴的尺寸由大到小，具有不同的尺寸。

　　在空气中雾化时，液滴的平均直径广泛地用努基亚玛-塔那萨瓦（Nukiyama-Tanasawa）公式进行计算，此式的形式为：卜P点是有量纲，在使用时必须注意各参数的单位，p的单位为g/cm3，u的单位是m/s，d的单位是ym，的单位为10-5N/cm，uf的单位为10-5*s/cm2，Qf为液滴流量，％为气流流量⑴。

　　对液滴尺寸的计算不可能很精确，这是由于雾化过程受很多不可控制的一些参数如湍流度、喷嘴的粗糙度高压气流或水流的稳定性等因素的影响而引起的。3降尘设计依据由上述的风水雾化降尘性能参数，雾粒分散度、雾粒运动速度、雾流几何形状与压力的关系，可知压力与雾体的降尘性能有很大的关系，压力越大雾粒越小，速度越快，雾流体积越大。最佳高压风压力在0.6MPa至1MPa之间，水流压力0.02-0.06MPa.根据截获的降尘机理和凝集扩散及其他机理得出粉尘直径和雾粒直径之间最佳的对应关系可依据下式：界韦伯数91与非粘性液体的临界韦伯数等于神超池8为水的粘度；d1佳的雾粒1直径ttpy/wwwxnkLnetbookmark1粉尘呈对数正态分布，雾滴直径呈正态分布。

　　如果测量出现场的粉尘直径，及粉尘密度，可由此公式确定最佳的雾粒直径。由降尘机理知雾粒直径是影响降尘效果的主要因素，水滴小在空气中分布的密度就大，与矿尘的接触机会就多，捕尘效果越好。但如果水滴直径太小，与尘粒接触后，其重量增加不大，难以在空气中沉降下来，同时水分也被风流带走和蒸发，不利捕尘。根据相关的专家经验及测定，初步确定最佳雾粒的直径在20 50ym之间这样用上式对应关系确定的雾流会有最好的降尘效果。再由压力，喷嘴直径、雾粒直径之间的关系式：数。

　　遵循综掘工作面应具有最大雾化降尘作用范围的原则，结合通用悬臂式掘进机械截割臂的结构特点，设计开发了与之配套使用的外喷雾装置，作为一种方便于与综掘机配合使用的试验装置。发散式喷射的半包围结构，雾化范围达到及至，以期实现良好的降尘效果，结构形式如所示。

　　I.水嘴；2.喷气嘴：3.喷雾块；4.联通水道喷炻架风水外喷雾装置风水喷雾装置有10个空气喷嘴（d=5mm）和10个水喷嘴（d=1.5mm），水汽混合体被喷到截割头周围进入切割区，形成水雾，水雾将粉尘隔绝在煤壁侧，粉尘在水雾的作用下变得湿润，湿润的尘粒互相凝集成大颗粒，从而加速其沉降，使之很快变为落尘，使掘进工作面达到理想的除尘效果。

　　喷管空气喷射装置（10个空气喷嘴d=5mm）工作参数：常温、常压下0.7MPa（最小0.4MPa，4使用情况160SH掘进机，在淮北矿业集团许疃煤矿综掘工作面上进行试验，通过调试使用以及局部参数的修正，已达到了良好的除尘效果，配合内喷雾降尘的综合效应，工作面粉尘降尘率由原来的不足60%达到了现在的90%以上，工作环境得到了极大的改善；该降尘技术在条件允许的情况下，可以通过局部的结构改造也可以推广应用到采煤机上。

　　严春吉。液体射流在旋转气流中的雾化机理研究蔡农（1958-），男，工程师，现工作于淮北矿业集团公司设备综机科。