開放性露天堆場散塵規(guī)律及防風(fēng)抑塵網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)值模擬.pdf

1、開放性露天堆場的散塵是大氣污染的重要來源。目前料堆散塵的物理機(jī)制已基本明確，而空氣動(dòng)力作用下散塵規(guī)律的定量研究局限于風(fēng)速作為標(biāo)量的實(shí)驗(yàn)和使用風(fēng)速標(biāo)量信息的數(shù)值模擬，未考慮風(fēng)速方向性對(duì)散塵行為的影響，堆場鈍體改變了近地層風(fēng)場湍流結(jié)構(gòu)，料堆表面風(fēng)向逐點(diǎn)不同，忽略風(fēng)速矢量性難以揭示料堆散塵的動(dòng)力學(xué)機(jī)制，解析速度矢量與料堆散塵的關(guān)聯(lián)性對(duì)完善開放源散塵規(guī)律具有重要的科學(xué)意義，防風(fēng)抑塵網(wǎng)的抑塵效率取決于網(wǎng)后的湍流結(jié)構(gòu)，抑塵網(wǎng)后料堆表面的動(dòng)力機(jī)制是抑

2、塵優(yōu)化的理論依據(jù)。本文通過對(duì)開放性露天堆場周圍空氣流動(dòng)和料堆起塵物理機(jī)制的分析研究，解析速度矢量和散塵規(guī)律的關(guān)聯(lián)性;建立了繞流風(fēng)場的三維數(shù)學(xué)物理模型，在此基礎(chǔ)上對(duì)典型料堆周圍風(fēng)場和不同孔隙率抑塵網(wǎng)前后空氣湍流結(jié)構(gòu)和料堆表面動(dòng)力分布進(jìn)行了數(shù)值模擬;追蹤顆粒相運(yùn)動(dòng)，得到堆場顆粒在風(fēng)場中的運(yùn)動(dòng)特性;對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行了必要的驗(yàn)證;得出以下主要結(jié)論。
　　堆場鈍體改變了近地層風(fēng)場湍流結(jié)構(gòu)，通過解析摩阻速度與剪切應(yīng)力關(guān)系，提出將料堆表面剪切

3、應(yīng)力作為體現(xiàn)散塵的標(biāo)識(shí)指標(biāo)，較好地解釋了速度矢量與料堆散塵的關(guān)聯(lián)性;迎風(fēng)面從坡底到坡項(xiàng)剪切層漸薄，剪切速度逐漸增大，風(fēng)速廓線偏離了原有的對(duì)數(shù)分布形態(tài)，平頂面前半程受迎風(fēng)面影響較大，剪切層很薄，隨著水平來流風(fēng)的貼附作用，后半程逐漸呈現(xiàn)與垂直高度的對(duì)數(shù)成正比的風(fēng)速分布，揚(yáng)塵削弱，背風(fēng)面靠近頂部區(qū)域沿坡面向下繞流，2/3高度以下處于回流渦旋，但由于剪切速度較小，揚(yáng)塵量較之迎風(fēng)面和平頂面小得多。
　　數(shù)值模擬了3m/s，5m/s，7m/s

4、，8m/s，10m/s五種來流風(fēng)速工況，結(jié)果顯示:不同進(jìn)風(fēng)工況下，料堆表面風(fēng)速相對(duì)值分布基本相同;迎風(fēng)面剪切力從底到頂隨來流風(fēng)速增加而增加，揚(yáng)塵增幅加大，堆高2/3以上為劇，平頂面剪切力呈現(xiàn)前強(qiáng)后緩的趨勢，背風(fēng)面2/3堆高以上剪切力沿坡面向下遞減，2/3以下沿坡面向上。
　　孔隙率是影響抑塵網(wǎng)效率的最主要因素，低孔隙率(＜0.3)和高孔隙率（≥0.3）抑塵網(wǎng)后料堆周圍風(fēng)場結(jié)構(gòu)和表面剪切力特性迥異;低孔隙率抑塵網(wǎng)的滲流空氣量與繞流空

5、氣相比較小，網(wǎng)后空氣壓降劇烈，抑塵網(wǎng)與迎風(fēng)面間形成渦旋，孔隙率為0時(shí)渦旋強(qiáng)度和直徑最大，渦旋中心高于堆項(xiàng)，平頂面受其影響呈現(xiàn)回流剪切層，逆向來流揚(yáng)塵;孔隙率為0.2時(shí)渦旋強(qiáng)度減弱，渦旋中心處于2/3堆高處，平頂面貼附表面向下游流動(dòng)，迎風(fēng)面剪切力隨高度增加先增大后減小，最大散塵點(diǎn)位于堆高2/3處，背風(fēng)面始終處于回流區(qū)，表面剪切力隨孔隙率大小變化不顯著;高孔隙率滲流風(fēng)增加，網(wǎng)前后壓降減小，抑塵網(wǎng)與迎風(fēng)面之間渦旋消失，呈現(xiàn)完全貼附流狀態(tài)，料堆

6、顆粒被風(fēng)揚(yáng)起散至大氣，散塵量最大點(diǎn)位于迎風(fēng)面坡頂，孔隙率增至0.6時(shí)，網(wǎng)后流場結(jié)構(gòu)幾乎與無網(wǎng)工況無異，抑塵作用不明顯。
　　基于孔隙率從0.2到0.3的抑塵網(wǎng)后空氣動(dòng)力學(xué)形態(tài)的不同呈現(xiàn)提出臨界孔隙率，計(jì)算分析孔隙率為0.225、0.25及0.275時(shí)的流場可知，孔隙率在0.25時(shí)料堆周圍流場特性為渦旋流和貼附流主導(dǎo)作用的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，此時(shí)剪切力最小，僅為無網(wǎng)時(shí)22.5％，獲悉臨界孔隙率為0.25。料堆表面空氣動(dòng)力學(xué)特性研究更好地解釋了露