防治煤矿井下粉尘的泡沫及其特性研究

粉尘灾害是威胁煤矿安全生产和矿工身心健康的重大隐患，泡沫是一种高效的粉尘防治手段。针对目前泡沫除尘理论与技术研究的不足，本项目采用新的实验手段，系统地研究了泡沫的捕尘特性及其除尘装备的设计原理。首先采用小型实验研究泡沫的粒径分布、结构特征、粘性和弹性等基本性质，然后构建能够准确在线测量泡沫压力、流量和速度等参数的综合实验系统，实验测试泡沫捕尘的细微过程、降尘效率、泡沫在输运管道内状态参数的变化规律和泡沫破裂与雾化的临界条件以及发泡器中气液旋转射流的三维速度分布。根据实验结果，建立泡沫捕尘的动力学模型，揭示泡沫捕尘的机理和泡沫基本性质与除尘效率之间的关系；数值模拟分析发泡器内气液混合的动力学特性和泡沫破裂的条件，提出泡沫发生器和泡沫喷头的设计原理，给出其结构参数的确定方法。从而丰富泡沫除尘的基础理论并推动该技术的发展与推广应用，为防治粉尘灾害提供新的理论基础和技术手段。

针对泡沫降尘基础理论研究的不足，本项目以实验室研究和工业试验为主要技术手段，系统地研究了泡沫的捕尘特性及其除尘装备的基础理论。开展了泡沫粒径分布、粘性和弹性等基本性质的研究，阐述了泡沫基本性质对降尘的影响；在实验室构建综合实验系统，实验研究了泡沫捕尘的细微过程、降尘效率、泡沫在输运管道内状态参数的变化规律和泡沫破裂与雾化的临界条件；建立了泡沫捕尘的动力学模型，详细阐述了泡沫的粘附、湿润和覆盖的降尘机理。针对泡沫发生器，研究了内部气液旋转射流和涡流的动力学特性，模拟了内部压力与速度的分布，优化了结构。首次提出了泡沫输运管道内部的压缩与膨胀特性，理论上给出了泡沫压缩系数定义，推导出了泡沫在管道出口膨胀倍数计算公式，基于该理论设计并优化了泡沫喷头，并进行了工程应用。.本项目发表学术论文10篇，其中SCI检索2篇，EI检索3篇；申请5项发明专利，其中授权4项；出版专著1部；获得江苏省科学技术奖二等奖一项。培养博士1名，硕士2名。项目负责人参加全国学术会议并作特邀学术报告1次。