目前,湿式治理方法存在对呼吸性粉尘捕集效率低、能耗成本高、喷头易堵塞、现场适用性差等问题,而气液两相雾化降尘是一种不易堵塞、成本低廉的强动力方式,但目前国内外此类技术及理论对呼吸性粉尘的治理缺乏针对性。尤其,涉及低气、水压力下的超音速气动雾化相关理论研究较少,细观动力学特性及捕尘机理还未明确,相关基础理论和研究手段有待进一步丰富和发展。基于此,本文提出对超音速汲水式气动雾化细观动力学特性及捕尘机理进行研究,采用了理论分析、数值模拟、实验室实验与现场工程实验等研究手段相结合的方法,研究的主要内容及所得成果如下:首先,通过理论分析建立了高速气流中单颗粒雾-尘碰撞耦合三相流数值模型、可压缩气流管内跨音速流动模型、二维轴对称管内跨音速雾化模型,并与雾化实验相结合,研究揭示了传统湿式降尘方法对呼吸性粉尘效率低的原因;得到了以水-煤尘为基质的最佳润湿雾-尘粒径比k;粉尘表面线积分润湿度随雾-尘相对速率、撞击角度、接触角的变化规律;气动喷雾降尘对呼吸性粉尘达到高效润湿的雾滴分散度、速度及空间分布特征参数。其次,利用所建立的可压缩气流管内跨音速流动数学模型研究得到了四种典型拉瓦尔喷管在不同气动总压下的气流速度、压力、密度等流场特性参数的分布规律;0.3～0.6MPa低压喷射时,喷管达到高效稳定运行效果的最佳缩扩比、膨胀角和形状参数。再次,建立了二维轴对称的可压缩气流管内跨音速流动中液滴雾化的数值模型,并提出区别于传统“孔式”的“探针式”液相离散方式,研究得到入口气动总压力、喷管结构参数及液相离散方式对液滴破碎雾化过程的影响规律;确定了雾化效率高且稳定的最佳喷管结构参数。根据范式空间不同基底间的关系,推导了以之为基础的维度转换的可压缩气流跨音速流动中液滴破碎雾化场特性参数方程组,并建立数值模型,实现了对拉瓦尔管内及近场区域超音速雾化及雾滴喷射过程的三维表征和定量分析。通过对比研究探针式与孔式喷管内及近场区域的雾化喷射过程,分别得到两种离散方式的雾场特性的三维空间分布规律;揭示了拉瓦尔喷管内及近场跨音速雾化喷射机理。然后,经雾化实验研究确定了探针在管内的最佳离散位置。在对跨音速流场特性分布及雾化破碎过程模拟、实验结果分析的基础上提出超音速汲水虹吸式气动雾化方式,将传统雾化方式的“以高压射流穿透超音速气流雾化”转变为“利用超音速气流高速负压区汲水虹吸雾化”。以最佳结构参数的探针喷管为核心研发了超音速汲水虹吸雾化装置,并通过实验得到该雾化装置的雾滴细观动力学特性分布规律;确定了超音速汲水虹吸气动雾化方式的能耗参数和防堵机制。接着,通过与超声干雾抑尘方式的控尘对比实验,确定了超音速汲水虹吸式气动雾化方式的雾化效率、粒径分布、降尘效率、捕尘细观动力学特性及对不同分散度粉尘的分级效率。解决了因干雾抑尘方式所喷射雾滴柔软无力,对PM10以下的煤尘难以形成高效捕捉,降尘效率有限的问题;根据超音速汲水虹吸式气动雾化方式的雾化特性和控尘特性,揭示了其捕尘细观动力学机理。最后,在对超音速汲水虹吸式气动雾化特性与捕尘细观动力学机理研究的基础上,在煤矿选煤厂准备车间一楼进行了现场工程的适用性研究。依据所建立的风流-煤尘污染数值模型研究得到受现场风流运移、生产工艺影响下的煤尘污染规律,并依据前期对雾化特性及捕尘细观动力学机理研究结果的基础上,设计实施了控尘系统;对比研究了系统运行前后的雾化降尘效果,全系统凭借低能耗、低润湿度和良好的雾化效果,实现了以高速气雾对胶带机落料口、机尾、胶带走廊链接处内外侧等区域,以及上煤道百余米煤流运输的全覆盖,验证了该技术的节能、高效的煤尘综合治理应用效果。本文有图123幅,表20个,参考文献229篇。