露天堆場防風抑塵網臨界孔隙率的數值模擬.pdf

1、孔隙率是影響露天堆場防風抑塵網作用效果最顯著的因素，是防風抑塵網優(yōu)化設計的關鍵。目前學者們對孔隙率的研究多集中于堆場散塵量、平均速度、平均壓力系數等宏觀標量的分布特征，以料堆表面微觀運動學和動力學因素為標識，通過對料堆表面不同高度處及抑塵網前后流場特性的微觀分析而對孔隙率進行優(yōu)化設計的深入研究鮮有報道。本文利用CFD軟件對露天堆場防風抑塵網周圍流場進行了三維數值模擬，通過對流場及料堆表面的微觀動力學及運動學分析，獲悉兼具高孔隙率及低孔隙

2、率工況流場特性的臨界孔隙率，并探究了臨界孔隙率隨來流風速及堆形的變化規(guī)律。得出的主要結論如下：
　　(1)基于FLUENT軟件建立露天堆場周圍流場的三維數學物理模型并對其進行模擬計算，分析了不同孔隙率、不同風力工況，堆場各斷面、料堆表面相對風速及抑塵網與料堆周圍速度矢量分布、不同高度處壓力及壓力系數分布、料堆周圍湍流度分布及料堆各表面剪切力分布。以直接影響料堆表面起塵量的表面剪切力為標識，介于高孔隙率（e^0.3)和低孔隙率(8<

3、0.2)時速度矢量分布特性和料堆表面剪切力分布規(guī)律迥異的現(xiàn)象，推知在高低孔隙率之間必然存在一臨界孔隙率；進而分析了孔隙率為0.225、0.24、0.25、0.26和0.275時，料堆周圍速度矢量分布及料堆各表面沿高度和寬度的分布規(guī)律，結果發(fā)現(xiàn)：料堆表面總剪切力隨孔隙率的變化規(guī)律并非像高低孔隙率工況時的單調一致變化，而是先減小后增大，存在一個最小值；在來流風速為6.7m/s時，棱臺形料堆模型計算得出的最小剪切力為無網工況的11.1％，對應

4、的臨界孔隙率為0.25。
　　(2)基于不同風速料堆周圍流場的計算結果，探究了風速對臨界孔隙率的影響。通過比較分析2?7級風力（2.5m/s、4.4m/s、6.7m/s、9.4m/s、12.3m/s和15.5m/s)下抑塵網與料堆間的流動特性及各表面剪切力分布規(guī)律得出：各級風力下，抑塵網與料堆間流動特性基本一致，流態(tài)變化對應的孔隙率略有不同；以料堆表面總剪切力為依據，在vin<6.7m/s時，即較小風速范圍內，臨界孔隙率不隨來流風

5、速的變化而改變，恒為0.25;當vm^9.4m/s時，臨界孔隙率隨來流風速增大而逐漸減小，在本文研究的風速范圍內的變化范圍為0.225?0.25。
　　(3)為探究堆形對臨界孔隙率的影響，在對棱臺形料堆進行模擬的基礎上，以多學者實驗或數值模擬使用的三棱柱形及圓錐形典型堆形為模型，計算分析了6種來流風速、11種孔隙率工況抑塵網與料堆間的流場特性及料堆表面總剪切力分布規(guī)律得出：來流風速為12.3m/s時，棱臺形、三棱柱形及圓錐形料堆表

6、面總剪切力分布規(guī)律基本一致，均隨孔隙率的增大先減后增，存在最小剪切力；前兩種堆形對應的抑塵網臨界孔隙率相差不大，分別為0.23和0.24;圓錐形料堆由于迎風面和背風面面積隨堆高增加急劇下降，流通斷面積驟減，必然使得相同孔隙率工況，料堆周圍流場結構與棱臺形及三棱柱形時差異顯著，其臨界孔隙率為0.325。
　　本文基于以流態(tài)轉變和表面剪切力之和最小判定的臨界孔隙率，通過對不同來流風速及堆形工況下抑塵網與料堆間的渦旋分布及料堆表面剪切力