矿尘是矿井生产过程中最主要的职业危害与自然灾害之一。泡沫具有湿润性好、覆盖面积大、耗水量低等优势。近年来,虽然在部分矿井降尘实践中取得了较好的效果。然而,由于矿井生产条件的复杂性,泡沫降尘技术在现场推广应用中受到了很大的限制。尤其是发泡剂添加环节,传统文丘里式空化添加装置存在压力损失大、低压条件下空化性能差、高压条件下过度空化对装置本身的空蚀破坏严重。为解决上述问题,本文采用理论分析、数值模拟、实验验证与现场应用相结合的综合研究方法,提出了扰流式空化添加装置课题的研究,取得的主要成果和结论如下:设计了一种扰流式空化添加装置。通过在传统文丘里式空化添加装置喉管入口处嵌入扰流体,并将吸液管设置在扰流体的尾部。实现了扰流体尾流中漩涡空化机理和射流边界层剪切空化机理的融合,迫使装置内的空泡云只出现在扰流体尾部的局部范围内。这种设计思路不仅增强了装置在低压条件下的空化性能和吸液的稳定性,还消除了扩散管入口边界层内的空泡云,缩小了空蚀破坏的范围,提高了新型添加装置的临界压力比和现场适应性。基于ANSYS Fluent实现了新型添加装置结构参数的优化。采用控制变量法思想,通过建立不同结构参数数值计算模型进行模拟分析,得到现有条件下,新型添加装置的最优结构设计参数为:扰流体与喷嘴出口面积比0.04、喉管面积比1.0、喉管长度10mm。选择了形状阻力小、空化性能好的异形体作为主动诱导空化发生的扰流体。最后将新型添加装置的临界压力比提高到了0.72。与传统文丘里式添加装置相比,在空化状态下,新型添加装置的空蚀范围更小,因空化造成的能量损失更小。实验验证了新型扰流式添加装置结构参数设计的正确性和现场应用的可靠性。当添加比例控制在0.5%时,新型添加装置的临界压力比高于0.67。最后将新型添加装置与泡沫抑尘系统进行集成,通过在不同矿井环境条件下进行现场实验,验证了新型添加装置应用于泡沫降尘系统后,泡沫射流的稳定性更强,呼吸性粉尘的降尘率高达85%,实现了对现场粉尘污染的有效控制。尤其是在水压低于300kPa的工作地点,在传统装置失去稳定性的情况下,新型添加装置仍然具有较好的空化性能和稳定性,表明新型添加装置的适用范围更广。该论文有图64幅,表22个,参考文献77篇