近年来，日益突出的露天矿山粉尘污染问题已经引起社会的广泛关注。由于露天矿山等主要产分粉尘作业场空间较大、采装作业设备体积较大且经常移动，作业空间不宜封闭，使得一些常规措施使用不方便，为防尘工作带来了一定的困难。雾炮喷雾降尘技术是目前O外露天矿山使用的一种新型降尘技术，O初它主要用于农业和园林市政工程。雾炮喷雾空间流场分布直接影响雾滴分布及雾滴飘移，从而影响适用范围及O终降尘效率。下面我们通过实验测试，掌握雾炮工作时的空间流场分布情况，揭示其流场分布及风流扩散规律，为提高雾炮工作效率及参数优化设计提供参考。

　　1、工作原理及空间流场分析

　　1.1工作原理

　　雾炮如图所示，其工作原理是采用喷雾重力降尘技术，通过高压将水雾化成与粉尘大小相当的颗粒，在风机的作用下，将水雾抛射到尘源上方或周边进行喷雾，尘埃颗粒与水珠颗粒产生接触而变得湿润，被湿润的粉尘颗粒继续吸附其它粉尘颗粒，逐淅凝结成颗粒团，并在重力作用下沉降，从而达到快速降尘的目的。

 

　　1.2空间流场分析

　　在通常情况下，雾炮均布置在开阔的户外，它工作时产生的雾流从出风口喷到外部空间，可视为流出到无限大空间中；喷嘴产生的雾流在风流作用下，均匀地扩散到整个空间流场内，由于雾流中的雾滴直径通常小于100um，且喷雾流量也较小，雾滴自身质量对于整个空间流场分布的影响很小，为简化起见，采用单项气流场可基本反映流场规律；同时出口风速较大，流动呈紊流状态，雾炮的风流扩散，可按照无限空间中圆断面紊流射流进行分析。射流结构如下图。

 

　　出风口的风流沿x向流动，紊流的横向脉冲造成射流与周周介质之间不断发生质量与运量变换，并不断代入周围介质，它不仅使边界扩张，而且使射流主体的流速逐渐降低。轴心速度O，从轴心向边界层边缘速度逐渐减少至零；距出风口越远，边界层厚度越大，而轴心速度则越小；射流整体形成了向周围扩散的锥形流场。根据流体力学理论，圆断面射流轴心速度可按下式进行计算。

　　式中：vm为出风口轴线上的风流速度，m/s；v0为出风口处的风流初始速度，m/s；a为紊流系数；x为距出风口距离，m；d0为出风口直径，m。

　　2、试验测量方法

　　2.1试验设备及测点布置

　　试验用雾炮机由轴流风机、柱形风筒、收缩风筒及组合喷嘴架4部分组成，如下图所示。柱形风筒和收缩出风筒内装有导流叶片和导流器，调整轴流风机产生的风流，使其尽量沿出风口轴向流出，提高风流轴向稳定性。雾炮出风口直径为320mm。为测量雾炮工作时的气流空间流场分布，设置出风口几何中心点为原点位置，出风口轴线纵向方向为x轴，竖直向上为z轴，由此建立三维直角坐标系进行测量。

　　相对于中心轴而言，雾炮的风筒是一个对称结构，除重力加速度的影响外，可以将速个风筒内的流场简化为一个二维问题，在无限空间中，雾炮的工作流场可简化成为二维问题。所以选择xy平面进行测量，即可反映整个空间分布情况。在出风口前方，以垂直于轴线纵向每隔500mm和平行于轴向每隔100mm的交点作为风速测量点。如下图。

　　风速测量采用Testo 416叶轮风速计，测量范围0.6~40m/s，分辨率0.1m/s；风量按照GB/T1236-2000《工业通风机用标准化风道进行性能试验》进行测量。为减小外界自然风对测量的影响，该试验所有测量均在室内进行。

　　2.2试验方法

　　2.2.1出风口轴向（x向）风流的风速测量

　　如上图所示，沿出风口轴线x方向每隔500mm设置一个测点，测量相应位置x轴上的风流速度，直到风速测量值小于3m/s为止。每个采样点测量30s，取其平均值为该点测量风速。通过电动机变频器调节轴流电动机频率，改变其供风量，按照上述方法分别测量供风量为110、92和83m3/min时，雾炮轴线（x向）各测量点的风速值。

　　2.2.2出风口横向风流扩散测量

　　如上图所示，沿出风口轴线x轴方向每隔500mm设置一组测点，在出风口横向y轴方向，每隔100mm测量一次风速，直到速测量小于1m/s为止。每个采样点测量30s，取其平均值为该测量风速。

　　3、试验结果分析

　　3.1出风口轴向（x向）风速衰减规律

　　在3种不同雾炮风量条件下，雾炮的轴向风速测量结果如下图所示。

　　从上图可以看出，送风量不同时，出风口轴向风流衰减规律基本相同，随着距出风口距离的增加，风流速度逐渐衰减。距出风口较进处衰减较快，距出风口较远处衰减较慢，具有相似于幂函数的衰减变化规律。

　　4、结论

　　(1)试验结果表明，雾炮工作时，空间流场扩散基本符合无限空间中圆断面紊流射流结构特征；因此，在设备设计制造或选用时可根据圆断面射流理论进行初步分析。

　　(2)雾炮出风口轴向风速呈幂函数衰减，距出风口近处衰减较快，距出风口较远处衰减较慢；出风口送风量越大，风流速度越大，有效射程越远。

　　(3)雾炮产生的风流，在横向以出风口中心线为中心对称轴呈“∩”形分布，射流边界随出风口距离增大呈线性扩展。距出风口越近，横向衰减速度越快，风流影响范围越窄；随着距出风口距离的增加，横向衰减速度逐渐减小，风流影响范围逐渐扩大。

　　(4)虽然轴流风机产生的风流经导流叶片进行导流，但出风口流仍存在一定涡旋性，从而导致雾炮出风口中心轴线两侧气流扩散略有微小差异，为提高喷雾降尘效率，应加强导流叶片及导流筒结构设计。