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防风抑尘网非均匀孔隙率的优化研究

发布时间:2018-09-10   浏览次数:

  孔隙率是影响防风抑尘网防护性能的最重要因素,最佳孔隙率的研究是防风抑尘网优化设计的重点。基于目前研究结果中存在均匀孔隙率防风网抑尘效果随料堆表面区域不同而异的规律,旨在获得料堆表面各区域抑尘效果均佳的非均匀孔隙率分布。物料颗粒受力是导致散尘的直接因素,本文以表面剪切力作为衡量抑尘效果的主要判据,系统的讨论不同孔隙率的影响作用,探究均匀和非均匀孔隙率时料堆周围空气流场运动特性和料堆表面动力学分布,计算最优的孔隙率组合,并研究防风网长度对抑制风蚀的影响,主要结论如下:(1)利用Fluent软件模拟均匀孔隙率防风网后露天料堆周围空气运动特性,结果表明:孔隙率决定料堆周围流场结构,不同孔隙率防风网后气流运动状态明显不同,低孔隙(ε0.3)时,大部分空气向上绕过防风网,网前后竖向压差较大,网和料堆间存在涡旋,高孔隙率(ε≥0.3)时,气流主要以渗流形式通过防风网,迎风面为贴附流,料堆表面散尘规律与低孔隙率时相差较大;同时,不同孔隙率防风网的显著抑尘位置不同,低孔隙率(ε0.3)时,迎风面剪切力随孔隙率增大而减小,防护作用主要体现为减小料堆上部剪切力,平顶面剪切力皆小于高孔隙率工况,但孔隙率为0时,平顶面和背风面剪切力较大,抑尘效果不佳;高孔隙率(ε≥0.3)情况相反,料堆迎风面中下部扬尘受到明显抑制,各表面剪切力均随孔隙率增加而增大,抑尘效果随之减弱。(2)基于均匀孔隙率研究结果,设置上部(ε_H)为低孔隙率(ε0.3)、下部(ε_L)为高孔隙率(ε≥0.3)的非均匀孔隙率防风网,分析来流风速5m/s时,6种典型非均匀孔隙率工况的速度矢量场、料堆表面相对风速、压力、堆场不同高度相对风速和湍动能分布规律得出:网下部孔隙率(ε_L)不变,上部孔隙率(ε_H)由0增至0.1,网前后竖向压差削减,网后气流扰动减弱,流线减缓,料堆近壁面风速较小,网堆间涡旋的范围和强度皆有衰减,综合湍流结构和料堆受力ε_H以0.1为佳;网上部孔隙率(ε_H)不变,下部孔隙率(ε_L)由0.3增至0.6时,渗流作用增强,渗流风比例增大,紧贴料堆各表面的风速增加,压差增大,扬尘加剧,ε_L为0.3时最优。非均匀孔隙率为ε_H=0.1/ε_L=0.3时抑尘效果最佳。(3)为验证非均匀孔隙率防风网防护效果的优越性,比较不同孔隙率时料堆各表面剪切力,结果显示:非均匀防风网ε_H=0.1/ε_L=0.3对料堆表面剪切力总和为均匀网ε=0.1和ε=0.3的50%左右,抑尘效果最为出色;ε_≥0.3/ε_L0.3的迎风面剪切力较ε_H0.3/ε_L≥0.3明显增大,可达115N以上,平顶面剪切力也高于ε_H0.3/ε_L≥0.3的一半以上,ε_H=0.1/ε_L=0.3工况下料堆各表面剪切力值均为最小,进一步证实ε_H=0.1/ε_L=0.3为非均匀孔隙率最佳工况。(4)为全面探究防风网结构特性对防护效果的影响,获取不同防风网长度下料堆各表面剪切力及周围空气的微观动力学分布,提出三面设网方式,研究得出:当网与堆长度相同均为154m时,无论为何种孔隙率,料堆主要起尘面仍是迎风面和平顶面,但料堆侧面起尘量不容小觑,网堆等长并不是最佳的设计方案。当防风网长度由154m增加至204m,网后遮蔽区域增大,来流风影响作用减弱,平顶面剪切力变化较小,迎风面剪切力值随之增大,背风面剪切力缓慢增加,料堆整体剪切力值显著降低。料堆侧面起尘量与网长度密切相关,网长的增加使得侧面的风速降低,剪切力占比由154m时的68.0%迅速降低至24.39%。三面设网方式可有效削减来流风对料堆的侵蚀,使料堆各表面的剪切力占比更均衡,料堆侧面起尘量大幅度削弱,占总剪切力的百分比仅为12.6%,抑尘作用较单面设网更优。对不同孔隙率防风网及料堆周围风场的微观特性进行研究,基于均匀孔隙率防风网研究结果,选择多种孔隙率组合的非均匀防风网,以剪切力最小为依据判定最佳非均匀孔隙率工况,深入讨论防风网结构特性的影响,为合理利用防风网庇护特性,优化防风抑尘网防护系统提供新的思维角度。

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