3.2.2雾化区分布范围

喷雾场可分为雾化区和惰性凝结区，雾化区范围决定雾场内有效降尘范围，对喷雾降尘效果至关重要。图6为矿井水和纯水的表面平均粒径(SMD)和体积平均粒径(VMD)及雾化区分布范围变化情况。由图6可知，在相同压力下，各溶液雾滴粒径随喷射距离增加而减小，当测点位置到达某一临界点后，雾滴粒径呈现增大趋势，该临界点即雾化区和惰性凝结区交界处。这表明雾场粒径细化受喷射距离限制，喷雾形成初期，喷雾压力对大粒径雾滴的输送能力略弱于小粒径雾滴,因此随着喷出距离增加,部分大粒径雾滴沉降到地面;另一方面,当雾滴在雾化区内运动时,由于持续受到压力作用而分裂成更细小的雾粒。

当进入惰性凝结区，喷雾压力对雾滴的推动能力逐渐微弱，雾场中出现雾滴凝结沉降或细颗粒蒸发消失，粒径开始增大。纯水、矿井水1#至4#和矿井水5#至8#的雾化区粒径临界点分别为18cm、14.5cm、8.5cm，分布范围差异明显。这是由于Na+、K+离子浓度差异导致在喷雾过程中各组溶液所受表面张力不同，这表明雾化特性随表面张力减小而明显改善，在相同压力下，较小的表面张力产生更快的喷射速度，迫使喷雾与空气更充分相互作用并使雾化过程更完整。综上所述，溶液表面张力决定喷雾形成过程中的破碎程度，从而影响雾化区范围和喷雾雾化特性。

3.2.3喷雾平均粒径和特征粒径

细观雾化特性评价指标主要为雾滴粒径,雾滴粒径对沉降粉尘具有重要影响，在多种评价雾滴粒径的指标中，应用最广泛的为平均粒径（表面积平均粒径 D32 及体积平均粒径 D43 ）、特征粒径（D0.1、D0.5、D0.9），D0.1、D0.5、D0.9 分别表示小于此粒径的的表示小于此粒径的颗粒体积含量分别占全部颗粒总体积的10%、50%、90%。纯水、矿井水1#至4#粒径均值、矿井水5#至8#粒径均值如图7所示。

由图7可知，各溶液平均粒径和特征粒径随测点距离的增加呈现先减小后增大的趋势。这是由于矿井水喷出后受到水泵压力作用，不断破碎成细小雾滴。随着测点距离增加，水泵压力对喷雾形成的促进作用逐渐减弱，此时矿井水表面张力对雾滴破裂的阻碍作用占据主导地位,雾滴平均粒径和特征粒径开始增大。此外，雾滴运动过程中，大粒径雾滴凝并沉降和小粒径雾滴蒸发消散也是出现这一现象的重要原因。

矿井水1#至8#在15cm处的平均粒径和特征粒径逐渐增大，这说明表面张力对喷雾平均粒径和特征粒径具有直接影响。矿井水1至4#各平均粒径和特征粒径之间差异明显，而其余溶液差异较小，这表明纯水和矿井水5#至8#的喷雾粒径分布优于矿井水1至4，雾场中雾滴更趋向均一化分布，易于捕集沉降粉尘。综上，矿井水中Na＋、K＋离子浓度对其表面张力及喷雾液滴粒径变化趋势至关重要，对于雾场中喷雾粒径的均一性和各平均粒径和特征粒径的差异性也有重要影响。

3.3 Na+、K+浓度对雾化特性的影响机制

结合试验结果，得到矿井水Na＋、K＋浓度对喷雾雾化特性的影响机制如图8所示。溶液中Na＋、K＋等离子浓度通过改变其表面张力，间接影响喷雾雾场性能。当溶液中Na＋、K＋等离子浓度减小，气-水界面对离子排斥作用减弱，导致溶液表面张力减小。

在喷雾形成过程中，空气动力相同时，表面张力对雾滴破碎的阻碍作用决定粒径分布情况，所以表面张力减小，溶液可分裂成无数尺寸细小的雾滴，其粒径随之细化。雾化是液体射出喷嘴后，受喷雾压力作用不断破碎呈雾滴的过程，因此矿井水表面张力减小后，雾滴破碎受到的抑制力减弱，雾化过程适量延长，雾化区范围随之增大。随着液体不断分裂破碎，雾滴粒径逐渐集中分布于某区间,各雾滴之间趋向均一化分布。

4、结论

(1)研究了离子浓度对溶液表面张力影响，研究结果表明:纯水和矿井水1#表面张力分别为57.73 mN/m和76.32 mN/m,两者差异显著,表明在低离子浓度条件下,矿井水中Na+、K+离子浓度对其表面张力有重要影响，Na+、K+通过改变气-水界面离子分布和吸附势能影响溶液表面张力,表面张力大小与其Na+、K+离子浓度呈正相关，离子浓度可通过改变表面张力从而影响喷雾雾化特性。

(2)利用试验研究分析了矿井水和纯水的喷雾雾化特性，研究结果表明:纯水和矿井水1#在15 cm处体积平均粒径(VMD)分别为36.85μm和60.19μm，纯水喷雾粒径明显小于矿井水，且喷雾雾化百分比更大，可高效捕捉粉尘颗粒。溶液表面张力对喷雾雾化特性至关重要，喷雾粒径分布随表面张力减小而逐渐优化;雾化区范围随矿井水表面张力减小逐渐扩大，当表面张力对液滴破碎过程抑制作用减弱，喷雾雾化区范围随之延长。因此，随着矿井水表面张力减小，喷雾降尘效率提高。

(3)通过研究各溶液的平均粒径和特征粒径，分析了溶液表面张力对喷雾雾场中喷雾粒径的均一性和各平均粒径和特征粒径的差异性的影响，研究结果表明:表面张力越小，雾场中液滴粒径差异越小，趋向于均一性分布。