导流型防风网抑尘性能与机理研究

论文摘要

防风抑尘网作为一种能有效控制散堆料场颗粒扬起与扩散的手段,近年来得以推广,并得到学术界的关注。本文在前人研究的基础上,利用CFD商用软件Fluent与风洞试验分别考察了导流型防风网抑尘性能及前后的流场分布;利用离散相模型,进行了导流型防风网后颗粒运动轨迹的模拟。研究工作对设计开发性能优良的防风网具有重要的指导意义,本文所作的具体工作包括:在不同来流风速条件下,通过风洞实验测试了不同开孔率（20%、30%、40%、100%）导流型防风网前后的风速分布。结果显示:导流型防风网挡风作用显著,来流风速为10m.s-1时,网后最低风速可降至2m·s-1;防风网对网前近网处来流风速也具有一定的减弱作用;综合比较,30%开孔率的导流型防风网网后风速最小,挡风作用最好。分别利用Standard k-ε、RNGk-ε、Realizable k-ε三种湍流模型对未设置物料堆时导流型防风网后流场分布进行了考察,并将模拟结果与实验结果进行了对比分析。结果表明:三种湍流模型的模拟结果相差不大;三种模型的模拟结果与实验值基本吻合,在y<2h高度内与实验结果吻合较好,而在y>2h上,模拟结果与实验结果存在偏差;总体来看,Standard k-ε和Realizable k-ε模型的模拟结果好于RNGk-ε模型。采用Standard k-ε湍流模型对导流型防风网的抑尘性能进行了模拟研究,考察了不同开孔率、网高、网与料堆距离对防风网抑尘性能的影响,结果表明:开孔率为30%、网高为150mm,网堆距为1.5倍网高时,导流型防风网的抑尘性能最佳;同常规型、导流板型防风网相比,底部带有导流翅片的导流型防风网的抑尘作用最佳。在气相流场模拟的基础上,利用离散相模型模拟预测了不同粒径颗粒的运动轨迹,得出:粒径较小的颗粒受速度回流区和渗流风区的影响大,运动随机性强;随着颗粒粒径的增大,速度回流区影响作用逐渐减小,颗粒运动轨迹较规则;对斜面上单个颗粒的起动剪切力公式的推导表明:对于球形颗粒,起动剪切力是颗粒雷诺数的函数,当斜面倾斜角为0°时,即为水平面上颗粒的起动剪切力公式。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 前言
• 1 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 城市扬尘污染
• 1.2.1 扬尘的定义
• 1.2.2 城市扬尘的来源
• 1.2.2.1 自然扬尘
• 1.2.2.2 建筑施工扬尘
• 1.2.2.3 散堆物料扬尘
• 1.2.2.4 道路交通扬尘
• 1.2.2.5 裸露地面扬尘
• 1.2.3 扬尘的产生过程
• 1.2.4 扬尘污染的危害
• 1.3 扬尘污染防治的主要技术
• 1.4 防风网概述
• 1.4.1 防风网简介
• 1.4.2 防风网的作用原理
• 1.5 防风网研究进展
• 1.5.1 防风网实验研究进展
• 1.5.2 抑尘机理的研究进展
• 1.5.3 防风网的计算流体力学研究进展
• 1.5.3.1 模拟方法
• 1.5.3.2 流场分布
• 1.5.4 影响防风网抑尘效应的结构因素
• 1.5.4.1 开孔率的影响
• 1.5.4.2 网高的影响
• 1.5.4.3 网与料堆距离的影响
• 1.5.4.4 其他因素的影响
• 1.6 防风抑尘网的工程应用
• 1.7 导流型防风网
• 1.8 课题背景及研究内容
• 1.8.1 课题背景
• 1.8.2 课题的研究内容
• 2 导流型防风网风洞实验研究
• 2.1 实验设备与测量系统
• 2.1.1 环境风洞
• 2.1.2 实验模型及测试仪器
• 2.1.3 实验步骤
• 2.2 实验结果分析
• 2.2.1 不同开孔率时网后风速变化
• 2.2.2 不同风速对流场的影响
• 2.3 本章小结
• 3 导流型防风网流场模拟研究
• 3.1 FLUENT软件简介
• 3.2 GAMBIT软件简介
• 3.3 模型的建立
• 3.3.1 物理模型
• 3.3.2 计算网格划分
• 3.3.3 数学模型
• 3.3.3.1 假设条件
• 3.3.3.2 控制方程
• 3.4 边界条件与离散格式
• 3.4.1 边界条件
• 3.4.2 离散格式
• 3.5 不同湍流模型时网后流场模拟
• 3.5.1 不同湍流模型时网后流场速度变化分析
• 3.5.2 模拟结果与实验结果对比
• 3.5.3 无物料堆时网后流场模拟
• 3.5.3.1 不同风速时流场内流线图
• 3.5.3.2 不同风速时流场总压分布
• 3.5.3.3 不同风速时流场湍流强度分布
• 3.6 本章小结
• 4 导流型防风网抑尘性能研究
• 4.1 导流型防风网抑尘性能的模拟研究
• 4.1.1 几何模型及边界条件
• 4.1.2 开孔率对流场的影响
• 4.1.2.1 流场内流线分布
• 4.1.2.2 物料堆表面速度分布
• 4.1.2.3 物料堆表面压力分布
• 4.1.2.4 物料堆表面湍流强度分布
• 4.1.3 网高对流场的影响
• 4.1.3.1 流场内流线分布
• 4.1.3.2 物料堆表面速度分布
• 4.1.3.3 物料堆表面压力分布
• 4.1.3.4 物料堆表面湍流强度分布
• 4.1.4 网堆距对流场的影响
• 4.1.4.1 流场内流线分布
• 4.1.4.2 物料堆表面速度分布
• 4.1.4.3 物料堆表面压力分布
• 4.1.4.4 物料堆表面湍流强度分布
• 4.2 防风网结构对流场的影响
• 4.2.1 物料堆表面速度分布
• 4.2.2 物料堆表面压力分布
• 4.2.3 物料堆表面湍流强度分布
• 4.3 本章小节
• 5 导流型防风网抑尘机理研究
• 5.1 离散相模型
• 5.2 初始条件及边界条件
• 5.3 颗粒运动轨迹的模拟
• 5.4 单个颗粒起尘机理推导
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录1 开孔率为0.2导流型防风网实验数据
• 附录2 开孔率为0.3导流型防风网实验数据
• 附录3 开孔率为0.4导流型防风网实验数据
• 附录4 开孔率为1.0导流型防风网实验数据
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录