巷道洒水车喷嘴选择及优化布置_刘邱祖

［5］ 韩占忠，王敬，兰小平． FLUENT 流体工程仿真计算实 例与应用［M］． 北京，北京理工大学出版社： 2004： 31 － 38．
［6］ 陈乾麟，寇子明，高贵军，等． 无源移动式气压喷雾降 尘车的设计［J］． 煤矿机械，2012，33（ 6） ： 27 － 30．
［7］ 汪小卫，高玉闪，金平，等． 气多喷嘴推力室仿真与试 验研究［J］． 推进技术，2011，32（ 1） ： 80 － 85．
分析·探讨
（ 2013 － 07）
·219·
喷嘴布置模型的喷雾离散相喷雾水轨迹，如图 5。
表 5 Fluent 仿真参数表
参数 设值
跟踪粒 子数
2 000
逃离数 失败数 捕获数 蒸发数
844
0
1 156
0
不完 全数
0
图 5 喷雾离散相轨迹图
由图 5 可知，6 个喷嘴优化设计的空间布置喷 雾降尘源能够有效地冲洗到巷道的内部以及四周壁 面，水源的充分利用率也高，证明了喷嘴选择及分布 的合理性。
仿真得出喷嘴在压力为 0． 5 MPa，出口端的水 流方向与压力和速度的关系分别如图 2 和图 3。
（ z 轴） 方向有一定角度，保障向前的喷流远度和两 侧煤壁的湿润； 1#和 2#喷嘴需要向 x 轴有一定角度， 保障巷道顶部的湿润； 5# 和 6# 喷嘴需要向 3 个方向 有一定角度，保障水雾在空间的尽可能多的停留时 间。根据空间几何关系和喷嘴效果计算得喷嘴的位 置和角度的数值，见表 2 和表 3。
采用 Fluent 流体力学对单个喷嘴进行仿真。试 验取喷嘴入口压力为 0． 5 MPa，出口压力为大气压， 以此确定 k － ε 湍流模型的参数值［5］，见表 1。
·218·
（ 第 44 卷第 7 期）
分析·探讨
参数 喷嘴入口处 喷嘴出口处
表 1 参数设值
k 0． 04 0． 86
ε 1． 79 631． 02
喷嘴编号
1#和 2# 3#和 4# 5#和 6#
表 3 喷嘴轴线角度数值
x轴 3． 85
0 4． 73
y轴 0 0
5． 32
（ °）
z轴 － 9． 16 － 9． 16 ± 18． 85
3 喷嘴的布置
水雾从喷嘴以一定的速度喷出，经过空气的阻 力速度降低，然后在重力作用下降落，最佳有效面积 在形成的喷雾扇面最大且此时还有一定的喷射速度 的时候。由水流速度普遍在 6． 5 m / s 左右，喷射水 流角度范围约为 20°［6］，取喷雾降尘的平均有效远 距为 2 m。可计算出单个喷嘴的覆盖面积 S：
参考文献：
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［4］ 王元龙． 斜巷移动式无人操作洒水车的研制与应用 ［J］． 矿业工程，2006（ 6） ： 59 － 60．
为便于加工，修正后的数值见表 4。
表 4 修正后的喷嘴分布数值
喷嘴 编号
横坐标 纵坐标 x 轴 y 轴 z 轴 位置 / mm 位置 / mm / （ °） / （ °） / （ °）
1#和 2#
± 470
800
0
3#和 4#
± 470
1 200
0
5#和 6#
± 270
1 650
5
檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹
（ 上接第 216 页）
［J］． 煤矿安全，2007（ 6） ： 69 － 72．
3） 通过现场对 T1493 风道绕道水平变形、顶板 下沉变形和底鼓变形的观测，得到在所确定的支护 方案下巷道的变形都在允许的范围之内，进一步确 定了锚网喷支护满足设计要求。
2． Shanxi Province Mine Fluid Control Engineering Technology Ｒesearch Center，Taiyuan 030024，China) Abstract: This paper studies the nozzle selection and arrangement about the roadway sprinkler． To increase atomizing angle，the spiral nozzle was selected． Through the Fluent fluid mechanics，the water pressure and flow diagram were received． Six nozzles installation distribution were determined by the space geometry． And through the Fluent software，the simulation analysis of the spray particle was made and the spray path diagram was received，which had verified the rationality of the nozzle selection and the arrangement． Key words: roadway sprinkler; spiral nozzle; nozzle arrangement; dust suppression by spraying; fluent simulation
［1］ 徐海鹏，冯超，王博． 高应力软岩返修巷道支护技术与 监测结果分析［J］． 煤矿安全，2010（ 4） ： 123 － 125．
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［3］ 高召宁，孟祥瑞． 深井高应力软岩回采巷道支护对策
1 喷嘴的结构
喷嘴为内芯旋转喷嘴，由喷嘴体、内芯和定位螺 帽组成，内芯与喷嘴体的内腔是间隙配合，如图 1。 内芯为双螺旋结构，在水压的作用下液体在喷嘴内 部沿内芯流道产生旋流，形成旋流场，使得喷出的水 雾扩散角度大，雾化效果好。内芯容易取出来清理，
基金项目： 国家自然科学基金联合基金资助项目（ U126110） ； 山西省 自然科学基金基础研究计划资助项目（ 2012011018 － 1） ； 太原市科 技计划大学生创新创业项目（ 120164019）
5
± 20
4 喷雾布置的仿真分析
模型引入了巷道及喷雾颗粒。喷雾布置选用 6 个点喷射源建立模型。在 Fluent 中模型中建立表 4 的喷嘴布置的位置坐标参数［7 － 8］，参数的设置见表 5，然后 Fluent 中进行迭代后，在 Particle Tracks 面板 中对 2 000 颗粒数的粉尘轨道进行追踪，得到 6 个
图 2 喷嘴喷射水流压力图
图 4 弧形管模型及喷嘴分布示意图
喷嘴编号
1#和 2# 3#和 4# 5#和 6#
表 2 喷嘴位置数值
横坐标位置 ± 468． 9 ± 468． 9 ± 269． 0
mm
纵坐标位置 748 1 202 1 660
图 3 喷嘴喷射水流速度图
从图 2、图 3 可以看出，喷嘴出口水流压力普遍 在 0． 5 MPa 左右，而水流速度普遍在 6． 5 m / s 左右， 喷射水流角度范围约为 20°。
分析·探讨
（ 2013 － 07）
·217·
巷道洒水车喷嘴选择及优化布置
刘邱祖1，2 ，寇子明1，2 ，梁 钦1，2 ，刘春洋1，2 ，王群星1，2 ，高贵军1，2
( 1． 太原理工大学 机械工程学院，山西 太原 030024; 2． 山西省矿山流体控制工程技术研究中心，山西 太原 030024)
摘 要： 对巷道喷雾洒水车的喷嘴选择及布置情况进行了研究。为加大雾化角度，喷嘴选用螺旋
文献标志码： A
文章编号： 1003 － 496X( 2013) 07 － 0217 － 03
Selection and Optimization Arrangement of Ｒoadway Sprinkler Nozzle
LIU Qiu － zu1，2 ，KOU Zi － ming1，2 ，LIANG Qin1，2 ，LIU Chun － yang1，2 ，WANG Qun － xing1，2 ，GAO Gui － jun1，2 ( 1． School of Mechanical Engineering，Taiyuan University of Technology，Taiyuan 030024，China;
不易堵塞 方 便 维 护，能 够 适 应 恶 劣 的 工 作 环 境［4］。 该喷嘴喷射出水扩散面大、雾化均匀、分散度好，对 沉降粉尘十分有利。
1 － 喷嘴体； 2 － 内芯； 3 － 定位螺帽
图 1 喷嘴示意图图
2 单个喷嘴的仿真 为了仿真喷雾车弧形管上 6 个喷嘴对巷道全断
面覆盖效果，需要提前仿真出单个喷嘴的水流速度、 压力及喷射角，以便作为后续参数使用。
［8］ 王明波，王瑞和． 喷嘴内液固两相射流流场的数值模 拟［J］． 石油大学学报： 自然科学版，2005，29（ 5） ： 46 － 49．
作者简介： 刘邱祖( 1983 － ) ，男，河北沧州人，在读博士 研究生，研究方向: 煤矿粉尘治理，发表论文 3 篇。
( 收稿日期: 2013 － 01 － 21; 责任编辑: 王福厚)
喷嘴，通过 Fluent 流体力学得到了单个喷嘴的水流压力图和流速图。利用空间几何确定 6 个喷
嘴的安装分布，并通过 Fluent 软件进行了喷雾颗粒的仿真分析，得出的喷雾轨迹图，验证了喷嘴