防风抑尘网数值模拟及设置方案分析
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关键 词 ： 防 风 抑 尘 网 ；开 孔 率 ； 数 值 模 拟 ；电厂 中图分类号 ： ＴＭ ６ ２ １ ． ７ ’ 。 ３ 文献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ ０ １ － ８ ７ ３ ５ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５ － ０ ５ ４ ４ － ０ ５
近 年来 ， 国内逐渐 普及 使用 防 风抑尘 网来 控制 煤堆 场 的粉尘 污 染 ， 尤 其 是在 风大 干旱缺 水 的西部 地 区更 体 现 出其优 越性 ． 防风抑尘 网是 由具 有 一定 开孔 率 的网材 或板 材构 成 的具有 特殊 结构 和形 状 的墙体 ， 设 立在
Ｖｏ １ ． ４２ Ｎ ｏ． ５
Ｓｅ ｐｔ ．２ ０１ ３
防 风 抑 尘 网 数 值 模 拟 及 设 置 方 案 分 析
姜 鑫 ，宋 力 ，苏 猛 ，田 瑞
（ 内 蒙古 工业 大 学 能 源 与 动 力 工 程 学 院 ， 内蒙 古 呼 和 浩 特 ０ １ ０ ０ ５ １ ）
第 ４ ２卷 第 ５期
２ ０ １ ３年 ９月
内蒙 古 师 范 大 学 学 报 （ 自然科 学 汉 文 版 ）
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｉ ｎ ｎ ｅ ｒ Ｍｏ ｎ ｇ ｏ ｌ ｉ ａ Ｎｏ ｒ ｍａ ｌ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ（ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ）
ｉ ． ２ 防风 抑 尘 网计 算 域 网格 划 分 及 边 界 条 件 的 设 定
通过 大 量 网格 加 密实验 ， 计 算 区域采 用混 合 网 络划 分 ， 采 用 了 ３类 网格 ：粗 网格 、 中 网格 、 细 网格． 在 计 算 区域 边缘使 用粗 网格 ， 防风抑 尘 网和煤 堆及 其邻 近 区域 划 分 为细 网格 ， 其 他 区 域 划分 为 中网格 ， 选 定 四面
体 网格 和三 角形 网格 ， 生 成 网格数 为 １ ６ ０ ０ ０ ０个． 防风 抑尘 网计 算域 网格 划分 如 图 １所示 ， 图 ２为 防风抑 尘 网
和 煤 堆 网 格 的划 分 情 况 ．
边 界条 件设 定见 表 １ ， 在计算 域 人 口处 ， 竖直方 向上风 速大 小不 同 ， 采 用指 数 型剖 面公式 ：
抑尘 网工 程 ， 利 用 流体力 学 理论 和气 固两相 流 理论 ， 对来 流风 通过 防风抑尘 网后 的流动情 况 以及 对料堆 的作 用进行 了数值模 拟 计算 ．
１ 流体 力 学 （ Ｃ Ｆ Ｄ） 计 算
１ ． １ 防 风 抑 尘 网 的 计 算 区 域
根 据 电厂煤 堆场 的实 际 大小 ， 数值模 拟 的计 算 区域设 定为 １ ２ ０ ０ ｍ×５ ２ ５ ｍ×１ ０ ０ ｍ 的长方 体 ， 煤 堆 和 防 风抑尘 网 置于该 计算 区域 的 中心． 在 防风 区域 内 ， 放 置两个 形状 为 棱 台型 的煤堆 ， 煤堆 上下 表 面均 为长方 形 ，
摘
要 ：针 对 神 华 内蒙 古 准 能 矸 电二 期 工 程 煤 堆 场 设 置 防 风 抑 尘 网的 问题 ， 利用 Ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ 软件建模 ， 对 迎 风 向
单 面 设 网和 四周 设 网 的 防风 抑 尘 效 果 进行 三 维 数 值 模 拟 和 分 析 ． 结果表明 ， 采 用 单 面设 网 能 基 本 满 足 防 风 抑 尘 的 需要 ， 其最佳几何尺寸为 ， 网的长度和高度分别为 １ ０ ５ ｍ和 ２ ０ ｍ， 网的开孔率为 ４ Ｏ ． 当来 流 风 速 约 为 ５ ｍ／ ｓ 时， 单 面 防风 抑 尘 网对 风 速 能 起 到 明 显 的 消 减 作 用 ．
一
（ ｚ ／ １ ０ ） “ ，
（ １ ）
其 中 为离 近 地 面高 度 为 １ ０ 处 的 风速 ， 地 面 粗 糙 度 属 Ｂ类 ， ａ值 取 ０ ． １ ４ ． 湍 流 强 度采 用 日本 建 筑 规 范
（ ＡＩ Ｊ ）中规定 的湍 流度 剖 面公式 ：
）一
』 ｏ ・ ２ ３ ，ｚ ≤ｚ ，
下表 面长 宽分别 为 ２ ０ ０ ｍ和 ４ ５ ｍ， 上表 面长 宽分 别为 １ ５ ０ ｍ和 ３ Ｏ ｍ， 煤 堆 高度 为 １ ３ ． ５ ｍ． 在计 算 过程 中将 防
风抑 尘 网简化 处理 成带 有一 定开 孔率 的平 板 网 ， 在 煤堆 建模 过程 中将 煤堆 表 面简化 为理 想 的实体 表面 ．
【 ０ ． １ （ ／ Ｇ ） 一 ｕ 。 ，
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
６ ＜ ：． ｚ≤ Ｇ ．
（ ２ ）
其中ｚ 和 ｚ 。为梯 度风 高度 （ Ｂ类 ， 一５ ０ ｍ， ２ 一３ ５ ０ ｍ） ［ ３ ］ ．
收稿 Ｅ ｌ 期 ：２ ０ １ ３ － ０ ３ — ２ ４ 基 金 项 目 ：国 家 自然 科 学 基 金 资 助项 目（ ５ １ ２ ６ ６ ０ ０ ７ ） ；高 等 学 校 博 士 学 科 点 专 项 （ 博导类） 科 研 基 金 项 目（ ２ ０ １ １ １ ５ １ ４ １ １ ０ ０ ０ ４ ） ；内蒙 古 工 业 大 学 科 学 研 究 项 目（ Ｚ Ｓ ２ ０ １ １ ３ ３ ） 作 者 简介 ：姜 鑫（ １ ９ ７ ９ 一） ， 男， 内蒙古呼和浩特市人 ， 内 蒙 古 工 业 大 学讲 师 ， 博 士研 究 生 ， 主要 从事 新 能 源利 用 技 术 研 究
露 天散 料 堆场 的周 围 ， 可 以有 效地 降低 来流 风 的风速 ， 最 大 限度 地 削 弱来 流 风 的动 能 ， 避 免来 流风 的明 显 涡
流， 减少 风 的湍 流度 ， 进 而达 到防风 抑尘 的效 果 ｌ １ ］ ． 本 文针对 神 华 内蒙古 准能矸 电二期 工程 煤堆 场设 置 防 风
近 年来 ， 国内逐渐 普及 使用 防 风抑尘 网来 控制 煤堆 场 的粉尘 污 染 ， 尤 其 是在 风大 干旱缺 水 的西部 地 区更 体 现 出其优 越性 ． 防风抑尘 网是 由具 有 一定 开孔 率 的网材 或板 材构 成 的具有 特殊 结构 和形 状 的墙体 ， 设 立在
Ｖｏ １ ． ４２ Ｎ ｏ． ５
Ｓｅ ｐｔ ．２ ０１ ３
防 风 抑 尘 网 数 值 模 拟 及 设 置 方 案 分 析
姜 鑫 ，宋 力 ，苏 猛 ，田 瑞
（ 内 蒙古 工业 大 学 能 源 与 动 力 工 程 学 院 ， 内蒙 古 呼 和 浩 特 ０ １ ０ ０ ５ １ ）
第 ４ ２卷 第 ５期
２ ０ １ ３年 ９月
内蒙 古 师 范 大 学 学 报 （ 自然科 学 汉 文 版 ）
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｉ ｎ ｎ ｅ ｒ Ｍｏ ｎ ｇ ｏ ｌ ｉ ａ Ｎｏ ｒ ｍａ ｌ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ（ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ）
ｉ ． ２ 防风 抑 尘 网计 算 域 网格 划 分 及 边 界 条 件 的 设 定
通过 大 量 网格 加 密实验 ， 计 算 区域采 用混 合 网 络划 分 ， 采 用 了 ３类 网格 ：粗 网格 、 中 网格 、 细 网格． 在 计 算 区域 边缘使 用粗 网格 ， 防风抑 尘 网和煤 堆及 其邻 近 区域 划 分 为细 网格 ， 其 他 区 域 划分 为 中网格 ， 选 定 四面
体 网格 和三 角形 网格 ， 生 成 网格数 为 １ ６ ０ ０ ０ ０个． 防风 抑尘 网计 算域 网格 划分 如 图 １所示 ， 图 ２为 防风抑 尘 网
和 煤 堆 网 格 的划 分 情 况 ．
边 界条 件设 定见 表 １ ， 在计算 域 人 口处 ， 竖直方 向上风 速大 小不 同 ， 采 用指 数 型剖 面公式 ：
抑尘 网工 程 ， 利 用 流体力 学 理论 和气 固两相 流 理论 ， 对来 流风 通过 防风抑尘 网后 的流动情 况 以及 对料堆 的作 用进行 了数值模 拟 计算 ．
１ 流体 力 学 （ Ｃ Ｆ Ｄ） 计 算
１ ． １ 防 风 抑 尘 网 的 计 算 区 域
根 据 电厂煤 堆场 的实 际 大小 ， 数值模 拟 的计 算 区域设 定为 １ ２ ０ ０ ｍ×５ ２ ５ ｍ×１ ０ ０ ｍ 的长方 体 ， 煤 堆 和 防 风抑尘 网 置于该 计算 区域 的 中心． 在 防风 区域 内 ， 放 置两个 形状 为 棱 台型 的煤堆 ， 煤堆 上下 表 面均 为长方 形 ，
摘
要 ：针 对 神 华 内蒙 古 准 能 矸 电二 期 工 程 煤 堆 场 设 置 防 风 抑 尘 网的 问题 ， 利用 Ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ 软件建模 ， 对 迎 风 向
单 面 设 网和 四周 设 网 的 防风 抑 尘 效 果 进行 三 维 数 值 模 拟 和 分 析 ． 结果表明 ， 采 用 单 面设 网 能 基 本 满 足 防 风 抑 尘 的 需要 ， 其最佳几何尺寸为 ， 网的长度和高度分别为 １ ０ ５ ｍ和 ２ ０ ｍ， 网的开孔率为 ４ Ｏ ． 当来 流 风 速 约 为 ５ ｍ／ ｓ 时， 单 面 防风 抑 尘 网对 风 速 能 起 到 明 显 的 消 减 作 用 ．
一
（ ｚ ／ １ ０ ） “ ，
（ １ ）
其 中 为离 近 地 面高 度 为 １ ０ 处 的 风速 ， 地 面 粗 糙 度 属 Ｂ类 ， ａ值 取 ０ ． １ ４ ． 湍 流 强 度采 用 日本 建 筑 规 范
（ ＡＩ Ｊ ）中规定 的湍 流度 剖 面公式 ：
）一
』 ｏ ・ ２ ３ ，ｚ ≤ｚ ，
下表 面长 宽分别 为 ２ ０ ０ ｍ和 ４ ５ ｍ， 上表 面长 宽分 别为 １ ５ ０ ｍ和 ３ Ｏ ｍ， 煤 堆 高度 为 １ ３ ． ５ ｍ． 在计 算 过程 中将 防
风抑 尘 网简化 处理 成带 有一 定开 孔率 的平 板 网 ， 在 煤堆 建模 过程 中将 煤堆 表 面简化 为理 想 的实体 表面 ．
【 ０ ． １ （ ／ Ｇ ） 一 ｕ 。 ，
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
６ ＜ ：． ｚ≤ Ｇ ．
（ ２ ）
其中ｚ 和 ｚ 。为梯 度风 高度 （ Ｂ类 ， 一５ ０ ｍ， ２ 一３ ５ ０ ｍ） ［ ３ ］ ．
收稿 Ｅ ｌ 期 ：２ ０ １ ３ － ０ ３ — ２ ４ 基 金 项 目 ：国 家 自然 科 学 基 金 资 助项 目（ ５ １ ２ ６ ６ ０ ０ ７ ） ；高 等 学 校 博 士 学 科 点 专 项 （ 博导类） 科 研 基 金 项 目（ ２ ０ １ １ １ ５ １ ４ １ １ ０ ０ ０ ４ ） ；内蒙 古 工 业 大 学 科 学 研 究 项 目（ Ｚ Ｓ ２ ０ １ １ ３ ３ ） 作 者 简介 ：姜 鑫（ １ ９ ７ ９ 一） ， 男， 内蒙古呼和浩特市人 ， 内 蒙 古 工 业 大 学讲 师 ， 博 士研 究 生 ， 主要 从事 新 能 源利 用 技 术 研 究
露 天散 料 堆场 的周 围 ， 可 以有 效地 降低 来流 风 的风速 ， 最 大 限度 地 削 弱来 流 风 的动 能 ， 避 免来 流风 的明 显 涡
流， 减少 风 的湍 流度 ， 进 而达 到防风 抑尘 的效 果 ｌ １ ］ ． 本 文针对 神 华 内蒙古 准能矸 电二期 工程 煤堆 场设 置 防 风