强风流过散堆料场的流场模拟与抑尘研究

摘要

设置防风网控制散堆物料的扬尘污染得到了学者们的重视，但常规防风网存在庇护范围有限等缺点。本文采用导流、整流措施，设计了一种新型防风网—导流板型防风网，并利用CFD软件对其结构形式进行了优化设计。流场模拟和风洞实验表明：导流板型防风网能够有效扩大防风网的庇护范围，提高防风网的挡风抑尘效果。本文所作主要研究工作如下： (1)分析常规防风网前后流场的气固相流动情况，针对其不足提出采取导流、整流措施来设计开发导流板型防风网。 (2)针对不同改进方案建立流场模拟的几何模型，对网格质量与计算结果精度间的关系进行研究，结果显示：网格质量直接影响计算精度，网格最大扭曲度控制在0.85之内，最好小于0.8，长径比小于10时，模拟计算结果具有较理想的精度。 (3)利用Fluent6.2对不同改进方案下的气相流场进行了模拟，比较分析不同来流风速、不同结构形式下，防风网后风速变化、物料堆表面的速度、压力分布和湍动能变化，结果表明：圆形开孔网挡风效果最好；导流板角度α、β和γ分别为80°、70°和60°分布的渐进式导流板型防风网具有最好的抑尘作用，与常规防风网相比，网后渗流风速减小40％左右，物料堆顶部附近风速减小11％，压力波动最大减小达60％。 (4)在气相流场模拟的基础上，用相间耦合的随机轨道模型预测了不同粒径颗粒的运动轨迹。通过对不同粒径、不同风速、不同位置物料颗粒轨迹的模拟揭示了防风网挡风抑尘的机理，网后料堆迎风面50μm、100μm颗粒的起尘率表明：与常规防风网比较，颗粒起尘率分别降低了27.85％和42.59％，导流板型防风网抑尘效果显著提高。 (5)利用环境风洞实验设备，对不同来流风条件下防风网后的流场进行研究，并与模拟结果进行对比和讨论，模拟结果与风洞实验数据拟合较好。 新型防风网将导流、整流概念和CFD先进的流场模拟方法引入到对防风网的开发中，以上结论可以看出，作者提出的导流、整流方式将对防风网技术的开发产生深远的影响。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号说明

声明

前言

1、文献综述

1.1粉尘防治的主要技术

1.1.1喷洒水

1.1.2人造雪覆盖

1.1.3密闭抑尘系统

1.1.4绿化带

1.1.5聚酯覆盖膜

1.1.6抑尘剂

1.1.7防风网

1.2防风网的防尘机理

1.2.1散堆料场的二次扬尘

1.2.2起尘量与风速关系的数学描述

1.2.3防风网挡风抑尘原理

1.3防风网的国内外研究概况

1.3.1防风网技术的理论研究

1.3.2防风网结构的研究

1.3.3防风网设置形式的研究

1.3.4防风网的计算流体力学(CFD)研究

1.3.5防风网技术在我国大型煤炭港口的应用现状

1.4课题背景及研究内容

1.4.1课题背景

1.4.2课题研究内容

2、防风网开孔形式的流场模拟与优化

2.1CFD模拟软件简介

2.1.1 Fluent软件概述

2.1.2 Gambit软件概述

2.2防风网几何模型建立与数值模拟方法选择

2.2.1.几何模型及计算网格划分

2.2.2数值计算方法的确定

2.2.3湍流模型的选择

2.2.4求解器的选择

2.2.5差分格式和压力插补格式的选择

2.2.6边界条件设置

2.3流场模拟结果分析与讨论

2.3.1防风网后流场分析

2.3.2防风网后物料堆表面流场性质的变化

2.4本章小结

3、导流板型防风网的结构优化与流场模拟

3.1导流板型防风网的设计思路

3.2导流板导向形式的模拟研究

3.2.1几何模型及模拟方案

3.2.2模拟结果分析与讨论

3.3渐进式导流板导向角度的流场模拟与优化

3.3.1渐进角度式导流板型防风网后流场分析

3.3.2防风网后物料堆表面流场性质的变化

3.4来流风速对新型防风网抑尘作用的影响

3.4.1不同来流风速时速度场比较

3.4.2不同风速下物料堆表面速度的变化

3.4.3不同风速下物料堆表面压力的变化

3.4.4不同风速下物料堆表面湍流强度的变化

3.5本章小结

4、 颗粒运动轨迹数值模拟预测

4.1离散相模型与初始边界条件

4.1.1离散相模型

4.1.2初始条件设置

4.1.3边界条件设置

4.2颗粒运动轨迹

4.2.1.不同粒径颗粒的运动轨迹

4.2.2不同位置单个颗粒的运动轨迹

4.2.3来流风风速对颗粒起尘的影响

4.2.4导流板型防风网与常规防风网的起尘率比较

4.3本章小结

5、渐进角度式导流板型防风网的风洞实验研究

5.1实验设备与测量系统

5.1.1环境风洞的组成

5.1.2实验设备及测试仪器

5.1.3实验步骤

5.2实验结果与讨论

5.2.1实验结果与流场模拟结果的比较

5.2.2风速对导流板型防风网后流场的影响

5.2.3常规型与导流板型防风网后实验风速的对比

5.3本章小结

结论及下一步工作展望

参考文献

附录

致谢

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