文丘里管射流器的主要性能参数研究知识分享

文丘里管射流器的主 要性能参数研究

在研究文丘里管工作原理的基础上，提出了确定文丘里管射流器的主要性能参 数：耗水量与吸风量的计算方法，并通过实验验证了该计算方法的正确性，有 利于文丘里管射流器在煤矿降尘工作中的进一步推广。

关键词：引射；吸风量；水雾活塞

随着放顶煤工艺的逐渐推广，放煤口成为放顶煤综采工作面的最大产尘源之

一。放煤时的瞬时粉尘浓度有时可高达万余 mg/m3，对作业人员的身体健康危 害性极大。喷雾方式控制煤矿粉尘是经济的，也是有效的。在适中的喷雾压力 和较少耗水量的情况下，文丘里式喷雾降尘装置对煤矿粉尘，尤其是呼吸性粉 尘的降尘效果非常明显 ⑴。

图1文丘里管工作原理示意图

1文丘里管射流器的工作原理

1.1文丘里管的工作原理

如图1所示，高速水流经过文丘里管的变径后，速度急剧增大，压力减少, 从喷嘴喷出的水雾锥体，在直径等于引射管内径后受管壁约束而变为圆柱体, 此水雾圆柱称为水雾活塞，随着水雾从喷嘴喷出，水雾活塞沿引射管高速运动 并从喷射出口高速射出，水雾锥的后部形成真空，外部空气源源不断地从吸气 口吸入引射管，这些新吸进的气体在引射喷射管内与水雾锥碰撞混合，并随水 雾从喷射口喷出，若吸入的是含尘气体，则粉尘被强制在水雾中运动湿润或粘 结成较大颗粒被喷射出引射管后，很快失去在空气中的悬浮能力而降落下来， 从而实现降尘的目的⑵。

1.2文丘里管中流体流动特性分析

文丘里管是利用流体在变截面管道中流速、压力和状态的变化来实现预期的 能量转换的目的。因为高压喷雾并引射含尘空气，所以可根据稀颗粒群两相流 动中的均相流动模型，可把流丘里管的雾流和含尘空气假定为均匀、理想 的流体，流动过程也是可逆且绝热的 ⑻。

文丘里管中的混合流体经过管中变径后，马赫数会有突变，即速度会有很大 的变化。在喷嘴结构参数确定的条件下，文丘里管中的水流速度直接影响整个 装置的吸风能力，所以，有必要进一步研究文丘里管射流器在不同喷嘴开口条 件下的吸风量与耗水量的大小。

2耗水量及吸风量的理论计算

2.1耗水量的计算⑷

根据薄壁孔口流量计算及管嘴流量计算公式：

式中△ p --- 孔口前后压差，Pa；

A ――孔口面积，m2 p―― 体的密度，kg/m3；卩一一 量系数，与喷嘴出 口结构有关；

q――流量，即耗水量，m3/s。可知：喷嘴耗水量与孔口大小及孔口前后压 差有关。

2.2水流流速的计算

［4］

根据理想流体连续性方程的推导公式：

讣卄

(2)

式中q――喷嘴耗水量，m3/S; d――喷嘴开口直径，m； V――水流流速， m/s。

将式(1)代入式(2)计算出喷嘴流速：

2.3风速的计算

根据伯努利定理的特殊形式5，对于完全气体可压缩等熵流，伯努利方程变

［］

为：

令八七北*卄£（方程沿流线）

2

⑷

y +1

式中丫 气温度的直降率，对于双原子气体 丫取1.4;

书一一积力场的势能，并且它只是空间位置的函数；

P气密度；

V --- 空气流速，根据均相流模型理论，该空气流速为喷嘴出口水流流速 ⑷

C—常数。

根据图2所示，取A1及A2两断面，相对于标准大气压，取中心线为基准平 面，联立伯努利方程

图2模型简图及流体断面选取

因为取管中心线为基准，即z为0,所以可得断面A2处的风速

\"V2y + r p(2r >1) 令=傷%则耳沁计件⑹

ft

式中，V为喷嘴水流流速。

2.4吸风量的计算

将上述所得V2代入理想流体连续性方程，即可得到吸风量:

^=/C«42

⑴

A2为接受管截面积与喷嘴截面积的面积差，由式 (7)可得出吸风量主要跟喷嘴 前后压差、接受管面积、喷嘴结构及开口大小、喷管截面积有关。

3计算举例

以孔口直径1.5mm,孔口前后压差6MPa为例，由式 ⑴可计算出耗水量为

6.96L/min，由式(3)可得断面Ai水流速度为65.7m/s，由式 ⑸和式(6)可得断面 A2处的风速为52.2m/s，由式(7)得吸风量为16.36m3/s(接受管直径为90mm,喷 管外径取为38mm)。

4文丘里管射流器的实验研究

4.1实验系统设计

实验室研究文丘里管射流器，主要考察 2个参数：射流器耗水量和吸风量

在引射风量一定的情况下，希望耗水量越小越好，这样不但能节约用水，还可 以减少对废水的处理工作

i -池箱必■高压泵a -压力衷止阀話- itlt计 6 -文丘里诗射流讎;7 ■集水甲■负压表沖・

图3测试系统

实验室测试系统如图3所示。该系统中高压泵对进水加压，经压力表及流量 计进入射流装置的喷嘴，在射流器喷管中以水雾活塞形式向外喷出。可以用溢 流阀调节系统进水压力的大小，满足实验设计的要求。用皮托管负压计可以测 得文丘里管所产生的负压值，进一步可以算出文丘里管吸风量，由流量计可以 测得射流器的耗水量，计算耗水量与吸风量的比值，就可以得到文丘里

管射流 器的液气比⑹。

4.2实验数据收集

影响文丘里管射流器吸风量的最重要因素有：供水压力和喷嘴结构 ⑹。实验

时对3种不同直径的喷嘴进行实验：d=1.2mm； d=1.5mm； d=2.0mm。实验结果 如表1所示

表1实验系统设计

d « L 2 mm

M = 1.3 mm

o；* /L*

min\"1 i. i 4h I 5.0

皿百2.0 mm

压力

/Mft 1 2 3 4 5 6 7

\"l 就气比

2.05 2. 85 3.49 4,12 4.60 4.&9 5.30 5.74

7-50 10\" 11.7S 15,12 16. «7 17.96 1*.47 21.09

1/365 « 1/367 0 1/3662 1Z3CS7 0 1/366 7 1/3A7 3 1/3674 1/367 4

K5tb

7.30 4.6* 1).76 15.J2 16.92 18. H 19.创

17135 5 1/2351 1X235 2 17335 0 1/235 2 17238 3 1/235 2 1/235 1

幡水I!

/L*min*1 5.4 7.6 9-. 4 to.e 12.1 n.3 144 15.3

/ra min 7.15 10.04 12.41 14,25 15.97 17.56 19.01 20.21

侵风■ 嵌％比 Jr-1

1/132 4 i/132 i 1/132 fl 1/1319 1/1319 1/133 fi 1/132 0

1/132 1

6.6 ?. 1 7.7

8

从实验数据可知，当喷嘴直径 d=1.5mm,压力为6MPa时，耗水量为

7.1L/min，吸风量为16.92m3/min，与举例的计算值很接近，其误差值在 4%以 内。由实验数据可以得到不同喷嘴开口下的耗水量、压力及吸风量 （接受管直径 D=90mm）之间的关系曲线如图5所示。

2 0 86-420 J'c1宙一■程加15/*

血％ 為12

3

5

水 Hi Alfa 4

6

7

8

图5耗水量、水压、吸风量相关曲线图

5小结

通过对文丘里管射流器工作参数的理论计算，得出在装置结构确定的情况 下，吸风量与耗水量的计算方法，并且通过实验数据的验证，证明该计算方法 合理可

用，实验结果表明对于确定结构的文丘里管射流器，其工作水压与耗水 量及吸风量成线性增加关系，耗水量及吸风量的大小受工作水压的影响最大， 其次是喷嘴和接受管结构等。文中基于流体力学理论的耗水量及吸风量的计算 公式，概念清晰，实用可信，为文丘里管射流装置在煤矿产尘点的推广应用提 供了理论依据。