本文關(guān)鍵詞：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

  更多相關(guān)文章： 露天堆場 散塵 防風(fēng)抑塵網(wǎng) 臨界孔隙率 數(shù)值模擬

【摘要】：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)面從坡底到坡頂剪切層漸薄,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,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�？紫堵适怯绊懸謮m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,渦旋中心高于堆頂,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�；诳紫堵蕪�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天堆場的微觀散塵特性,為防風(fēng)抑塵網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了動(dòng)力學(xué)理論依據(jù)。對(duì)數(shù)值模擬的離散格式、抑塵網(wǎng)邊界條件、紊流模型進(jìn)行了驗(yàn)證,將模擬結(jié)果與其他學(xué)者的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比,較好的一致性證實(shí)了所建模型和數(shù)值方法的準(zhǔn)確性。
【關(guān)鍵詞】：露天堆場 散塵 防風(fēng)抑塵網(wǎng) 臨界孔隙率 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：X513
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 符號(hào)說明12-14
• 第一章 緒論14-28
• 1.1 研究意義14-16
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-24
• 1.2.1 露天堆場散塵規(guī)律研究現(xiàn)狀16-18
• 1.2.2 防風(fēng)抑塵網(wǎng)抑塵規(guī)律研究現(xiàn)狀18-24
• 1.3 本文的主要研究工作24-28
• 1.3.1 研究內(nèi)容24-25
• 1.3.2 論文框架25-28
• 第二章 露天堆場空氣流動(dòng)數(shù)學(xué)物理模型及數(shù)值模擬28-42
• 2.1 計(jì)算模型28
• 2.2 控制方程28-33
• 2.2.1 質(zhì)量守恒方程29
• 2.2.2 動(dòng)量守恒方程29-31
• 2.2.3 k-ε兩方程模型31-33
• 2.3 計(jì)算區(qū)域33-34
• 2.4 邊界條件34-37
• 2.5 網(wǎng)格劃分37-38
• 2.6 數(shù)值模擬方法38-41
• 2.7 本章小結(jié)41-42
• 第三章 露天堆場周圍空氣運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力特性42-66
• 3.1 露天堆場空氣運(yùn)動(dòng)的物理機(jī)制42-50
• 3.1.1 氣流作用下露天堆場表面顆粒動(dòng)力學(xué)42-45
• 3.1.2 摩阻速度與表面剪切力45-48
• 3.1.3 散塵強(qiáng)度48-50
• 3.2 空氣流場50-58
• 3.2.1 速度矢量50-53
• 3.2.2 速度廓線53-56
• 3.2.3 壓力場56-58
• 3.3 料堆表面動(dòng)力學(xué)分布58-62
• 3.3.1 迎風(fēng)面受力58-59
• 3.3.2 平頂面受力59-60
• 3.3.3 背風(fēng)面受力60-62
• 3.4 顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡62-65
• 3.4.1 顆粒運(yùn)動(dòng)方程62-63
• 3.4.2 顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡63-65
• 3.5 本章小結(jié)65-66
• 第四章 露天堆場抑塵網(wǎng)后流場特性66-88
• 4.1 抑塵網(wǎng)作用原理66-67
• 4.2 平均風(fēng)速67-82
• 4.2.1 風(fēng)速矢量分布68-73
• 4.2.2 風(fēng)速水平分布73-77
• 4.2.3 風(fēng)速垂直分布77-82
• 4.3 湍流結(jié)構(gòu)82-86
• 4.4 本章小結(jié)86-88
• 第五章 抑塵網(wǎng)后堆場動(dòng)力學(xué)特性88-108
• 5.1 壓力分布88-95
• 5.1.1 料堆周圍壓力分布88-91
• 5.1.2 料堆表面壓力系數(shù)分布91-95
• 5.2 料堆表面剪切力分布95-103
• 5.2.1 迎風(fēng)面95-98
• 5.2.2 平頂面98-101
• 5.2.3 背風(fēng)面101-103
• 5.3 抑塵網(wǎng)臨界孔隙率103-107
• 5.4 本章小結(jié)107-108
• 第六章 數(shù)值模擬的驗(yàn)證108-116
• 6.1 離散格式的驗(yàn)證108-110
• 6.2 抑塵網(wǎng)邊界的驗(yàn)證110-112
• 6.3 紊流模型的驗(yàn)證112-113
• 6.4 風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證113-115
• 6.5 本章小結(jié)115-116
• 第七章 結(jié)論與展望116-120
• 7.1 研究結(jié)論116-118
• 7.2 研究展望118-120
• 參考文獻(xiàn)120-136
• 致謝136-138
• 攻讀博士期間發(fā)表的論文及主持參研的科研項(xiàng)目138-140
• 博±學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性說明140

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：532628