濕噴機(jī)噴嘴關(guān)鍵參數(shù)分析與噴射混凝土質(zhì)量控制研究.pdf

1、在隧道、地鐵、邊坡和井巷工程等地上、地下支護(hù)工程中，噴射混凝土支護(hù)（有兩種方式:“干噴”和“濕噴”）是一種常用的支護(hù)方法。噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)對混凝土射流性能影響的研究非常匱乏。本文側(cè)重研究噴嘴不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對噴射混凝土施工不均勻、粉塵量大的影響機(jī)制，采用理論分析、數(shù)值模擬、實(shí)驗(yàn)室研究和現(xiàn)場試驗(yàn)相結(jié)合的綜合研究方法，對濕噴機(jī)噴嘴內(nèi)混凝土運(yùn)動(dòng)特征與質(zhì)量控制規(guī)律進(jìn)行系統(tǒng)研究，具體研究內(nèi)容如下:
　　通過對濕噴機(jī)工作原理、總體結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵參數(shù)和混凝

2、土流動(dòng)特性分析研究，結(jié)合氣力輸送的相關(guān)理論知識(shí)，實(shí)現(xiàn)對噴嘴中的混凝土流動(dòng)過程的相關(guān)受力及運(yùn)動(dòng)分析，建立混凝土料流在噴嘴中的運(yùn)動(dòng)微分方程，研究混凝土料流在噴嘴中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律;分析混凝土料流在噴嘴中的各種壓力損失，推導(dǎo)出噴嘴中混凝土料流與空氣的最優(yōu)壓氣比。為濕噴機(jī)噴嘴設(shè)計(jì)、噴嘴內(nèi)流場數(shù)值計(jì)算理論模型的建立提供依據(jù)。
　　結(jié)合混凝土流動(dòng)特性和噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)，建立濕噴機(jī)噴嘴內(nèi)部流場數(shù)值計(jì)算理論模型。對噴嘴內(nèi)部流場進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，建立噴嘴內(nèi)部流

3、場的數(shù)學(xué)模型和數(shù)值模型。借助三維建模軟件SolidWorks建立噴嘴內(nèi)流場混合流體幾何模型，并利用ANSYS ICEM實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格劃分，使用FLUENT軟件對噴嘴內(nèi)流場進(jìn)行仿真計(jì)算，最后將仿真計(jì)算結(jié)果導(dǎo)入Tecplot進(jìn)行后處理。為保證數(shù)值計(jì)算精度與計(jì)算資源的合理平衡對所劃網(wǎng)格進(jìn)行網(wǎng)格無關(guān)解分析，通過仿真計(jì)算分析得到噴嘴內(nèi)流場各位置速度的分布規(guī)律、湍動(dòng)能的分布規(guī)律及噴嘴出口截面上混凝土相體積分?jǐn)?shù)的分布規(guī)律與噴嘴噴射性能的關(guān)系。
　　提

4、出噴嘴混合芯旋轉(zhuǎn)進(jìn)氣偏角設(shè)計(jì)方法，以加強(qiáng)空氣-混凝土料群在混合芯中的能量交換，就濕噴機(jī)噴嘴關(guān)鍵參數(shù)對混合流場中空氣-混凝土混合性能影響進(jìn)行研究。在確保噴嘴前部聚斂段收縮角度不變的情況下，分析混合芯空氣入射角度對噴嘴的混合性能影響。旋轉(zhuǎn)偏角設(shè)計(jì)有利于提高噴射混凝土混合均勻度，降低噴嘴產(chǎn)塵量。在確保混合芯空氣入射角度不變的情況下，對噴嘴聚斂段收縮角進(jìn)行分析，當(dāng)聚斂段收縮角小于3°時(shí)，收縮角對混凝土料群噴射影響不大;隨著收縮角度增大，料流噴射

5、速度減小，噴嘴磨損加劇;當(dāng)聚斂段收縮角大于6°時(shí)，混凝土出口噴射速度很小，噴嘴容易被堵塞。聚斂段收縮角為6°時(shí)，噴嘴噴射質(zhì)量較好。
　　通過設(shè)計(jì)噴射混凝土打擊力分布測試系統(tǒng)，對制作的噴嘴結(jié)構(gòu)進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)研究。使用LabVIEW軟件采集、存儲(chǔ)、處理數(shù)據(jù)。測試結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果具有良好的對應(yīng)關(guān)系，驗(yàn)證了數(shù)值模擬結(jié)論的有效性和可靠性。對打擊力測試試驗(yàn)作業(yè)地點(diǎn)的粉塵濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，各結(jié)構(gòu)噴嘴在作業(yè)中產(chǎn)生的粉塵量均小于煤礦井下總粉塵和吸入