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表面张力实验、接触角实验分析抑尘试剂对煤的润湿结果
来源:彭莹莹 辽宁工程技术大学 浏览 491 次 发布时间:2025-04-16
水基抑尘材料作为粉尘防治过程中最常用的材料之一,有效评估其润湿能力对于预测抑尘效果至关重要。本文提出一种抑尘试剂润湿能力的动态评估方法,基于一维润湿参数:润湿长度,进一步提出二维润湿参数:润湿面积,通过守恒理论推导动态润湿参数相关理论表达。
数值模拟不同参数条件下抑尘试剂液滴对煤表面动态润湿过程,利用动态润湿参数评估液滴润湿能力,讨论动态润湿评估方法应用效果。依据动态润湿评估方法设计撞击润湿实验,并与表面张力实验、接触角实验、沉降实验、渗透实验、毛细上升实验进行比较研究,分析抑尘试剂对煤的润湿结果,探讨动静态润湿评估方法的优缺点、适用性。研究结果有助于理解抑尘试剂液滴对煤表面的动态润湿作用,为煤尘抑制试剂的选择与应用提供理论和实践指导。主要研究结论如下:
(1)基于能量守恒和质量守恒推导了抑尘试剂液滴润湿煤表面过程中最大无量纲润湿长度、最大无量纲润湿面积的表达式,二者与韦伯数呈幂函数关系:Ldw(max)=1.559We0.182、Adw(max)=2.369We0.373。通过理论分析、数值模拟、实验研究得出的润湿参数结果变化趋势相同。在相同条件下,润湿面积的评估效果比润湿长度更优。
(2)抑尘试剂液滴对煤表面的润湿能力与其初始粒径、撞击速度均呈幂函数变化。相比变化液滴初始粒径,改变撞击初速度对润湿能力影响更大。We较大时,液滴发生断裂,粒径越大,断裂越早出现、现象越明显。
(3)撞击润湿实验考虑速度对润湿过程的作用,可综合评估抑尘试剂实际润湿能力。表面张力实验无法分辨煤自身因素影响、评估浓度大于临界胶束浓度范围内抑尘试剂溶液润湿能力,可辅助其他方法评估润湿能力。接触角实验无法准确捕捉高渗液滴,可对润湿能力进行定性分析。沉降实验无法表征低浓度抑尘试剂溶液的润湿结果,更适合评估抑尘试剂对不同粒径煤尘的润湿能力。渗透实验和毛细上升实验易受煤柱孔隙率和滤纸等因素影响,可重复性较差,不适合单独评估润湿能力。
(4)抑尘试剂能显著改善去离子水对煤的润湿能力,具体表现为获得了更小的表面张力和接触角,更大的沉降速率、渗透速率、毛细增重和最大无量纲润湿面积。研究所用抑尘试剂润湿能力排序为SDBS>SDS>OP-10>OP-7>OP-4。不同浓度抑尘试剂溶液润湿能力受表面张力和粘度共同影响,与两者均呈负相关关系,表面张力对润湿能力的影响比粘度大。抑尘试剂对不同粒径煤尘的润湿能力不同,其更容易润湿粒径较大的煤尘。