技術的迅速發展推動了煤礦開采技術從機械化向智能化的轉變，顯著提高了生產效率。然而，這也加劇了粉塵污染問題。煤炭生產和運輸過程中產生的可吸入粉塵對工人健康構成了嚴重威脅，是塵肺病等職業病的主要原因[1]、[2]、[3]、[4]、[5]。根據中華人民共和國國家衛生健康委員會的數據（圖1），2023年報告了12,087例新發職業病病例，其中8,051例（66.61%）被診斷為職業性塵肺病。作為礦工健康的關鍵危害，可吸入粉塵的控制仍然是煤礦安全中的一個緊迫挑戰。因此，有效抑制可吸入粉塵對于保護礦工健康、確保作業安全和提高生產效率至關重要。

噴霧技術作為一種廣泛應用于各種工業生產領域的手段，因其安裝方便、操作簡單而具有獨特優勢。在其組成部分中，噴嘴起著關鍵作用[6]、[7]、[8]、[9]。然而，由于煤礦環境中的壓力供應限制，許多噴嘴仍無法實現最佳霧化性能，尤其是在捕捉小于7 μm的可吸入粉塵顆粒時，其降塵效率仍然不足[10]、[11]、[12]、[13]、[14]。相比之下，空氣霧化噴嘴所需的操作壓力較低，耗水量少，并且在捕獲可吸入粉塵方面表現出更優的性能[14]、[15]、[16]、[17]、[18]、[19]。鑒于這些優勢，眾多國內外研究人員使用數值模擬和實驗方法對空氣霧化噴嘴進行了廣泛研究。

Maziar Shafaee使用Open FOAM軟件對空氣噴射噴嘴進行了數值模擬，以評估幾何參數和流動條件對噴霧特性的影響。研究得出結論，在特定韋伯數下，液滴的Sauter平均直徑（SMD）隨著水孔直徑的增大而增大[20]。Lam Vu等人使用體積流體（VOF）方法對雙流體同軸幾何結構中的水霧化進行了數值模擬，并通過可見光背光成像和X射線攝影獲得了實驗測量數據。他們的工作在量化噴霧形成區的水質量分布、水射流長度統計和時間動態等方面表現出極好的一致性，同時引入了基于靜態接觸角的亞格子尺度接觸線模型[21]。Santiago Cardona和Thibault F. Guiberti分析了導致射流不穩定的特定條件，特別是在低注入壓力和高環境溫度下，將這種現象歸因于噴嘴內部的氣泡形成和隨后的破裂。這種不受控制的噴嘴尖端上游的氣泡動態會干擾噴霧生成，導致水和蒸汽的交替排放以及不規則的霧化過程[22]。Bihe Hu等人使用耦合的大渦模擬（LES）和VOF方法研究了四種典型噴嘴內部流動模式對噴嘴附近區域初級噴霧破碎的影響。他們的研究結果表明，適當的渦流誘導空化與較高的流速相關，并通過強渦流實現了更好的噴霧霧化質量[23]。Wentao Liu等人研究了同軸四通道空氣-水噴嘴的霧化特性，利用高速可視化技術評估了每個通道對噴嘴出口處流動模式的影響。對實驗數據的數值分析得出了描述同軸四通道噴嘴配置參數與液滴大小之間關系的方程[24]。Zuliang Xu等人基于級聯破碎和韌帶介導的噴霧機制，開發了一種用于同軸雙流體空氣噴射霧化的Ligament-Mediated Gamma Distribution（LMGD）模型。該模型預測了在不同速度下液滴直徑和尺寸分布之間的非線性關系[25]。Yufan Wang等人探討了表面活性劑濃度和螺紋誘導湍流調制對同軸射流霧化特性的影響。他們的結果顯示，破碎長度通常隨表面活性劑濃度的增加而增加，但在臨界膠束濃度處出現急劇下降[26]。Zixi Tian等人使用VOF方法對三種不同結構和直徑比的雙流體噴嘴進行了數值研究。分析重點關注噴嘴直徑對噴霧形態、速度、質量流量和角度的影響。研究發現，在噴嘴直徑為12 mm、壓力為1.6 MPa時，霧化性能最佳，其中68.83%的顆粒達到了理想直徑，顯著提高了尺寸均勻性和效率[27]。Zhang等人模擬了同軸雙流體噴嘴，研究了中心水注入與環形氣流之間的角度對初級霧化的影響。結果表明，在30°傾斜角度下霧化性能更優[28]。

上述研究在空氣霧化噴嘴領域取得了顯著進展，但仍存在一些不足。主要問題如下：目前的研究主要集中在單獨模擬空氣霧化噴嘴的內部或外部流場，很少有學者研究噴嘴內部和外部連續流場中的霧化機制。P_a（空氣供應壓力）和P_w（水供應壓力）的變化對水流模式和霧化過程的影響尚未完全理解，這使得難以推導出噴嘴的精確霧化原理。基于噴霧降塵的實際需求，本研究旨在更好地理解空氣霧化噴嘴對可吸入粉塵的影響。通過使用構建的VOF至DPM（體積流體到離散相模型），我們分析了噴嘴內部和外部流場中的霧化機制。此外，還進行了關于噴嘴霧化特性的實驗研究，以檢查相關參數。利用定制的降塵平臺測量了可吸入粉塵的去除效率，從而確定了最佳的空氣和水供應壓力。