《開放性露天堆場散塵機理及抑塵系統最佳化研究》是依託太原理工大學，由宋翀芳擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：開放性露天堆場散塵機理及抑塵系統最佳化研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：宋翀芳
- 依託單位：太原理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
開放性露天堆場的散塵是大氣污染的重要來源，目前開放性露天堆場散塵機理的研究僅局限於風速為標量基礎上的數值計算和實驗研究，未考慮風速方向性，來流空氣在堆場上部繞流，風速風向逐點不同，忽略速度矢量性造成定量研究結果不統一，因此非常有必要對三維速度場下堆場散塵機理及抑塵方案的最佳化進行深入的研究。速度矢量場數值基礎克服了單一速度標量計算起塵量與繞流空氣場不一致，消除了計算結果失真。本項目主要解析速度分量和散塵量分量的關聯性，定量確定三維流場下的散塵量；建立開放性露天堆場周圍空氣流動的模型，進行靜態流場的數值模擬，繪製顆粒群動態運動跡線；基於速度場耦合濃度場研究防風抑塵網抑塵效率隨開孔率組合方式的變化規律，獲得防風抑塵網最佳開孔結構。本項目的研究將為露天開放源的散塵機理提供科學的依據，同時為防風抑塵方案的設計及最佳化提供可借鑑的計算方法和寶貴的數據資料，具有重要的理論意義和工程套用價值。
結題摘要
開放性露天堆場料堆表面的空氣運動和動力學結構決定著堆場的散塵機理和防風抑塵網的抑塵效率。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，建立了繞流風場的三維數學物理模型，在此基礎上套用標準k-ε湍流模型對典型料堆表面空氣動力學特性和抑塵網前後空氣運動分布進行了數值模擬；在拉格朗日坐標系下採用顆粒運動軌道模型，追蹤顆粒相運動，得到堆場顆粒在風場中的運動特性。研究表明：堆場鈍體改變了近地層風場結構，風速的標量性無法體現繞流特性，料堆表面剪下應力是體現散塵較好的標識指標；迎風面從坡底到坡頂剪下層變薄，剪下速度逐漸增大，風速廓線偏離了原有的對數分布形態，平頂面前半部分受迎風面影響較大，剪下層很薄，隨著水平來流的混合作用，後半部分逐漸呈現與垂直高度的對數成正比的風速分布，揚塵削弱。背風面靠近頂部區域沿坡面向下繞流， 2/3高度以下形成順時針方向的回流渦旋，但由於剪下速度較小，揚塵量較之迎風面和平頂面小得多。不同進風工況下，料堆表面風速相對值分布基本相同；迎風面從底到頂隨來流風速增加，揚塵增幅加大，堆高2/3以上為劇，平頂面剪下力呈現前強後緩的趨勢，背風面2/3堆高以上剪下力沿坡面向下遞減，2/3以下沿坡面向上。孔隙率是影響抑塵網效率的最主要因素，低孔隙率（＜0.3）和高孔隙率（≥0.3）料堆周圍風場結構和表面剪下力特性迥異；低孔隙率抑塵網的滲流空氣量與繞流空氣相比較小，網後空氣壓降劇烈，抑塵網與迎風面間形成渦旋，孔隙率為0時渦旋強度和直徑最大，渦旋中心高於堆頂，平頂面受其影響呈現回流剪下層，逆向來流揚塵，孔隙率為0.2時渦旋強度減弱，渦旋中心處於2/3堆高，平頂面貼附表面向下游流動；迎風面表面剪下力隨高度增加先增大後減小，最大散塵點位於堆高2/3處，背風面始終處於回流區,表面剪下力和回流點數隨孔隙率大小變化不顯著；高孔隙率滲流風增加，網前後壓降減小，料堆顆粒被風揚起散至空氣，散塵量最大點位於冠頂迎風面側，孔隙率至0.6，網後流場結構幾乎與無網工況無異，抑塵作用不明顯；通過計算分析孔隙率為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耦合貼附流的轉折點，此時剪下力最小，為無網時22.5%，故臨界孔隙率為0.25。 料堆表面空氣動力學特性研究更好地解釋了露天堆場的微觀散塵特性，為防風抑塵網的最佳化設計提供了一種新思路。
