煤炭学报

作者：张江石, 梁云飞, 方磊, 张琪, 佟林全, 陈鑫洋, 柳鹏程,

关键词：煤矿粉尘, 动态润湿, 润湿特性, 驱动机制, 分子动力学模拟,

煤尘捕集的关键在于液滴与煤尘颗粒接触瞬间所产生的界面效应。为明晰界面结构驱动液滴在烟煤表面的润湿过程，选用滴落法进行动态润湿试验，并结合牛顿力学实现微观分子动力学模拟，研究了不同体积液滴在烟煤表面的润湿效果、造成驱动差异性的原因以及内在驱动机制，阐述了液滴在烟煤表面的润湿特性，揭示了水−煤界面润湿过程的驱动机制。结果表明：液滴润湿烟煤表面的驱动过程更易受界面力的影响，减小液滴体积可以增大界面驱动力，加快“惯性力驱动—界面力驱动—静态平衡”3个阶段的转变速率，使液滴能更快地完成动态润湿过程；液滴体积与界面润湿效果呈负相关，随着液滴体积减小，水−煤界面接触角降低，水分子的流动性受限程度减弱，吸附在烟煤分子表面的倾向性增大，能够更均匀地覆盖在润湿区域，表现出更稳定的界面润湿特性。液滴体积造成驱动效应差异的原因可从能量角度得到解释，在初始状态下，水分子仅受彼此间的非键结相互作用，水分子的平均内聚能近似；进入润湿阶段，小体积液滴内水分子的平均内聚能更小，界面结合处单位面积内的氢键数量更多；液滴在烟煤表面的驱动机制在宏观现象上表现为接触线的前移与停滞，使水滴沾湿在烟煤表面，微观机理是液滴界面边缘处的部分水分子在烟煤表面形成前驱膜，水分子实际是在前驱膜上运移，最终液滴在内聚能和界面结合能的作用下进入平衡状态；在防尘应用中，小粒径液滴能够更快速实现均匀润湿，而大粒径液滴适用于更大覆盖范围和持续润湿的场景。

来源：2026年第3期

《煤炭学报》期刊编辑部

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