露天堆場(chǎng)防風(fēng)抑塵網(wǎng)臨界孔隙率的數(shù)值模擬.pdf

1、孔隙率是影響露天堆場(chǎng)防風(fēng)抑塵網(wǎng)作用效果最顯著的因素，是防風(fēng)抑塵網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。目前學(xué)者們對(duì)孔隙率的研究多集中于堆場(chǎng)散塵量、平均速度、平均壓力系數(shù)等宏觀標(biāo)量的分布特征，以料堆表面微觀運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)因素為標(biāo)識(shí)，通過對(duì)料堆表面不同高度處及抑塵網(wǎng)前后流場(chǎng)特性的微觀分析而對(duì)孔隙率進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的深入研究鮮有報(bào)道。本文利用CFD軟件對(duì)露天堆場(chǎng)防風(fēng)抑塵網(wǎng)周圍流場(chǎng)進(jìn)行了三維數(shù)值模擬，通過對(duì)流場(chǎng)及料堆表面的微觀動(dòng)力學(xué)及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，獲悉兼具高孔隙率及低孔隙

2、率工況流場(chǎng)特性的臨界孔隙率，并探究了臨界孔隙率隨來流風(fēng)速及堆形的變化規(guī)律。得出的主要結(jié)論如下：
　　(1)基于FLUENT軟件建立露天堆場(chǎng)周圍流場(chǎng)的三維數(shù)學(xué)物理模型并對(duì)其進(jìn)行模擬計(jì)算，分析了不同孔隙率、不同風(fēng)力工況，堆場(chǎng)各斷面、料堆表面相對(duì)風(fēng)速及抑塵網(wǎng)與料堆周圍速度矢量分布、不同高度處壓力及壓力系數(shù)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(biāo)識(shí)，介于高孔隙率（e^0.3)和低孔隙率(8<

3、0.2)時(shí)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(jìn)而分析了孔隙率為0.225、0.24、0.25、0.26和0.275時(shí)，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(jié)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(shí)的單調(diào)一致變化，而是先減小后增大，存在一個(gè)最小值；在來流風(fēng)速為6.7m/s時(shí)，棱臺(tái)形料堆模型計(jì)算得出的最小剪切力為無網(wǎng)工況的11.1％，對(duì)應(yīng)

4、的臨界孔隙率為0.25。
　　(2)基于不同風(fēng)速料堆周圍流場(chǎng)的計(jì)算結(jié)果，探究了風(fēng)速對(duì)臨界孔隙率的影響。通過比較分析2?7級(jí)風(fēng)力（2.5m/s、4.4m/s、6.7m/s、9.4m/s、12.3m/s和15.5m/s)下抑塵網(wǎng)與料堆間的流動(dòng)特性及各表面剪切力分布規(guī)律得出：各級(jí)風(fēng)力下，抑塵網(wǎng)與料堆間流動(dòng)特性基本一致，流態(tài)變化對(duì)應(yīng)的孔隙率略有不同；以料堆表面總剪切力為依據(jù)，在vin<6.7m/s時(shí)，即較小風(fēng)速范圍內(nèi)，臨界孔隙率不隨來流風(fēng)

5、速的變化而改變，恒為0.25;當(dāng)vm^9.4m/s時(shí)，臨界孔隙率隨來流風(fēng)速增大而逐漸減小，在本文研究的風(fēng)速范圍內(nèi)的變化范圍為0.225?0.25。
　　(3)為探究堆形對(duì)臨界孔隙率的影響，在對(duì)棱臺(tái)形料堆進(jìn)行模擬的基礎(chǔ)上，以多學(xué)者實(shí)驗(yàn)或數(shù)值模擬使用的三棱柱形及圓錐形典型堆形為模型，計(jì)算分析了6種來流風(fēng)速、11種孔隙率工況抑塵網(wǎng)與料堆間的流場(chǎng)特性及料堆表面總剪切力分布規(guī)律得出：來流風(fēng)速為12.3m/s時(shí)，棱臺(tái)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(duì)應(yīng)的抑塵網(wǎng)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(fēng)面和背風(fēng)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(chǎng)結(jié)構(gòu)與棱臺(tái)形及三棱柱形時(shí)差異顯著，其臨界孔隙率為0.325。
　　本文基于以流態(tài)轉(zhuǎn)變和表面剪切力之和最小判定的臨界孔隙率，通過對(duì)不同來流風(fēng)速及堆形工況下抑塵網(wǎng)與料堆間的渦旋分布及料堆表面剪切力