煤尘污染是煤矿行业的重要灾害之一，动力学粒径在7.07µm以下的煤尘可经呼吸作用进入人体，严重危害矿山工作人员的健康。
随着降尘喷雾技术发展，雾化粒径已达到微米级，但普遍存在捕尘动力不足、喷头易堵塞、能耗高等问题。超音速雾化是一种高效雾化、强劲动力的先进喷雾技术。
近日，辽宁工程技术大学荆德吉副教授团队提出一种超音速汲水虹吸式气动喷雾降尘技术。该技术将“以高压穿透高速气流注水”转变为“利用超音速流动特性汲水虹吸”方式。相比干雾抑尘，该方式射程远、耗气量低、耗水量低，瞬时降尘效率提高了2%~26%。7月15日，相关成果以《超音速汲水虹吸气动雾化降尘技术研究与应用》为题在线在表于《煤炭学报》。
超音速流场横向射流雾化机理
超音速汲水虹吸气动雾化原理：在超音速流场中，高压喷射的液体在其中受到高速剪切气流、大尺度涡旋和激波的共同作用，经液柱断裂、一次破碎、二次破碎之后成为微米级雾滴。荆德吉团队提出的超音速汲水虹吸原理，利用高速区的负压汲水后，形成连通器虹吸现象，液体在进入流场之初便受到高动能剪切破碎达到微米级，不形成液柱区和一次破碎，直接达到二次破碎水平。
1-外壳2-保护帽3-内芯4-拉瓦尔型喷管5-汲水探针6-储水腔7-汲水槽8-联通槽9-入水口10-密封圈11-万向球12-法兰盘13-入气口14-紧固旋钮
超音速汲水虹吸气动雾化装置结构与雾化机理
研究采用夫琅禾费衍射原理，测定其外雾场粒径分布；采用计算流体力学有限元方法，利用COMSOL软件Spalart-Allmaras与液滴破碎雾化粒子追踪模块模拟研究了实验手段无法获得的喷管出口0~30cm处的近场雾滴粒径、雾场速度分布特性。
超音速汲水虹吸雾化降尘机理
通过与超声波干雾抑尘技术的控尘对比实验，得出该技术的控尘特性、控尘机理；通过实验研究得到了不同工况参数、喷嘴出口锥度对雾化能耗和降尘速率的影响规律。
研究结果表明：所设计雾化降尘装置，在低至0.2MPa的气动压力下，达到负压汲水虹吸的微米级、高动力雾化效果。
在气动压力为0.6MPa时，雾场粒径分布范围为1~21.87µm，喷嘴近场区域雾滴粒径10µm以下的数量浓度占百微米以下的90%，5µm以下的占80%；雾滴速度快、射程远，雾滴速度160m/s以上的数量浓度占50%，50m/s以上的占99%；耗气量与耗水量低，不同工况、开口锥度时，均随气动压力的增加而增大；喷雾角在60°~95°范围内，随喷嘴锥角的增大先增大后减小。
降尘速率为超声波干雾抑尘方式的1.5倍，并随雾滴浓度、速度的增大而增加，瞬时效率提高了2%~26%；相同降尘效率时，采样滤膜上PM10以下煤尘占比减小24%；隔尘效果提高了10%。
在敏东一矿06回风顺槽应用后，受到中心风速为0.86m/s的风流扰动，依旧能将之穿透并覆盖全断面，对呼吸性煤尘的降尘效率达到了88.8%以上，证明该雾化系统可达到低湿、节水和高效的控尘效果。
这项研究得到了国家自然科学基金青年基金、辽宁省自然科学基金、辽宁工程技术大学学科创新团队的资金支持。
