開放性露天堆場散塵規(guī)律及防風抑塵網(wǎng)優(yōu)化設計的數(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制已基本明確，而空氣動力作用下散塵規(guī)律的定量研究局限于風速作為標量的實驗和使用風速標量信息的數(shù)值模擬，未考慮風速方向性對散塵行為的影響，堆場鈍體改變了近地層風場湍流結構，料堆表面風向逐點不同，忽略風速矢量性難以揭示料堆散塵的動力學機制，解析速度矢量與料堆散塵的關聯(lián)性對完善開放源散塵規(guī)律具有重要的科學意義，防風抑塵網(wǎng)的抑塵效率取決于網(wǎng)后的湍流結構，抑塵網(wǎng)后料堆表面的動力機制是抑

2、塵優(yōu)化的理論依據(jù)。本文通過對開放性露天堆場周圍空氣流動和料堆起塵物理機制的分析研究，解析速度矢量和散塵規(guī)律的關聯(lián)性;建立了繞流風場的三維數(shù)學物理模型，在此基礎上對典型料堆周圍風場和不同孔隙率抑塵網(wǎng)前后空氣湍流結構和料堆表面動力分布進行了數(shù)值模擬;追蹤顆粒相運動，得到堆場顆粒在風場中的運動特性;對數(shù)值模擬結果進行了必要的驗證;得出以下主要結論。
　　堆場鈍體改變了近地層風場湍流結構，通過解析摩阻速度與剪切應力關系，提出將料堆表面剪切

3、應力作為體現(xiàn)散塵的標識指標，較好地解釋了速度矢量與料堆散塵的關聯(lián)性;迎風面從坡底到坡項剪切層漸薄，剪切速度逐漸增大，風速廓線偏離了原有的對數(shù)分布形態(tài)，平頂面前半程受迎風面影響較大，剪切層很薄，隨著水平來流風的貼附作用，后半程逐漸呈現(xiàn)與垂直高度的對數(shù)成正比的風速分布，揚塵削弱，背風面靠近頂部區(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，揚塵量較之迎風面和平頂面小得多。
　　數(shù)值模擬了3m/s，5m/s，7m/s

4、，8m/s，10m/s五種來流風速工況，結果顯示:不同進風工況下，料堆表面風速相對值分布基本相同;迎風面剪切力從底到頂隨來流風速增加而增加，揚塵增幅加大，堆高2/3以上為劇，平頂面剪切力呈現(xiàn)前強后緩的趨勢，背風面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)后料堆周圍風場結構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)與迎風面間形成渦旋，孔隙率為0時渦旋強度和直徑最大，渦旋中心高于堆項，平頂面受其影響呈現(xiàn)回流剪切層，逆向來流揚塵;孔隙率為0.2時渦旋強度減弱，渦旋中心處于2/3堆高處，平頂面貼附表面向下游流動，迎風面剪切力隨高度增加先增大后減小，最大散塵點位于堆高2/3處，背風面始終處于回流區(qū)，表面剪切力隨孔隙率大小變化不顯著;高孔隙率滲流風增加，網(wǎng)前后壓降減小，抑塵網(wǎng)與迎風面之間渦旋消失，呈現(xiàn)完全貼附流狀態(tài)，料堆

6、顆粒被風揚起散至大氣，散塵量最大點位于迎風面坡頂，孔隙率增至0.6時，網(wǎng)后流場結構幾乎與無網(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)后空氣動力學形態(tài)的不同呈現(xiàn)提出臨界孔隙率，計算分析孔隙率為0.225、0.25及0.275時的流場可知，孔隙率在0.25時料堆周圍流場特性為渦旋流和貼附流主導作用的轉折點，此時剪切力最小，僅為無網(wǎng)時22.5％，獲悉臨界孔隙率為0.25。料堆表面空氣動力學特性研究更好地解釋了露