无控粉尘抑尘方法及运移规律研究

论文摘要

当今环境日益恶化,而粉尘又是大气环境的主要污染源之一。开放式尘源产生的无控粉尘具有分散度高、受自然气候条件（温度、湿度、降雨量、风速等）影响大、不易控制等特点。此类粉尘在自然风流作用下易飞扬,会对周边环境产生极大的污染,有必要采取有效的抑尘方法进行控制,因此,研究无控粉尘抑尘方法及其运移规律显得尤为重要。论文选定露天料场为研究对象,采用理论分析、数值模拟与实验相结合的研究办法,以防风抑尘网为抑尘方法进行课题研究。首先以气—固两相流理论为基础,对粉尘在大气中的受力、起尘机理和运动轨迹进行理论分析;在数值模拟阶段,根据实际大气情况模拟自然气流作用于露天料场料堆,分析对比采用防风抑尘网前后料堆周围流场变化及粉尘运移情况;最后在实验室中根据料场实际情况搭建实验平台,测试相关数据并进行分析,同时论证了数值模拟模型的可靠性。论文研究得到的结果主要有:1、分析数值模拟结果可知:防风抑尘网能有效降低风速,减小来流湍流动能,网后形成的空气动力阴影区范围大小直接影响抑尘效果的好坏;防风网高度对抑尘效果的影响表现为,当网高低于料堆高度时,会增强粉尘的扩散;当网高高于料堆高度时,抑尘效果随着网高的增加表现为先增强后减小。防风抑尘网的最佳抑尘高度为料堆高度的1-1.5倍;防风抑尘网在大风条件下作用效果较小风条件更为突出。2、根据模拟所得粉尘运移情况可知:料堆表面的粉尘会在风力作用下变为扬尘,并随来流一起运动,在此过程中,一部分颗粒会慢慢沉降下来,而另一部分会以悬浮状态继续向下游方向运移。在未设置防风抑尘网时,粉尘颗粒会随流运动到距料堆1000m之外的范围;设置合理高度的防风抑尘网之后,粉尘颗粒的运动范围得到了有效控制,颗粒高浓度区基本上在料堆后（顺流方向）2—3倍网高范围内。料堆之间的涡流会将粉尘卷入,程度视涡流程度的强弱,范围仅限料堆之间,不会对后续扩散产生太大影响。3、通过实验观测可知:在来流方向料堆前方设置防风抑尘网,料场中的风速衰减非常明显,风速降幅最大达到90%;通过抑尘效率实验,肯定了防风抑尘网的抑尘效果,而防风抑尘网与喷淋相结合的方法可以获得更高的抑尘效率;通过模拟结果与实验结果对比分析,证明了论文中所构建的数值模拟模型可靠性良好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 防风抑尘网的研究现状
• 1.2.2 开放性尘源无控粉尘运移规律的研究现状
• 1.2.3 存在的科学或技术问题
• 1.3 本论文的主要工作
• 第二章 气—固两相流理论
• 2.1 气—固两相流的定义与特点
• 2.2 气—固两相流基本模型与方程
• 2.2.1 单流体模型及其基本方程
• 2.2.2 双流体模型及其基本方程
• 2.2.3 欧拉—拉格朗日模型及其基本方程
• 2.3 固粒受力分析
• 2.4 固粒起尘机理
• 2.5 固粒运动轨迹方程
• 2.6 本章小结
• 第三章 数值模拟基本理论与模拟结果分析
• 3.1 流体动力学控制方程及 CFD 简介
• 3.1.1 流体动力学控制方程
• 3.1.2 CFD 简介
• 3.2 湍流的数值模拟
• 3.2.1 湍流
• 3.2.2 湍流数值模拟方法及常用湍流模型
• 3.3 两相流数值模拟方法
• 3.4 物理数学模型与网格划分
• 3.5 边界条件设立
• 3.6 防风抑尘网作用效果及粉尘运移规律数值模拟研究
• 3.6.1 有无网条件下料场流场模拟结果对比研
• 3.6.2 网高对防风抑尘网综合效果的影响的模拟研究
• 3.6.3 风速对防风抑尘网综合效果的影响的模拟研究
• 3.7 本章小结
• 第四章 模型实验研究
• 4.1 实验目的及要求
• 4.2 实验台概况
• 4.2.1 实验台搭建
• 4.2.2 实验器材及测量仪器
• 4.2.3 测点布置
• 4.3 实验内容及测试结果
• 4.3.1 有无防风抑尘网料场流场对比实验
• 4.3.2 防风抑尘网粉尘控制效果实验
• 4.3.3 喷水与防风抑尘网同时使用时粉尘控制效果实验
• 4.4 实验结果与数值模拟结果比较分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 不足与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录：作者在攻读硕士学位期间的学术成果