防風網PM-IBM模型及其在堆場揚塵庇護區湍流模擬中的應用

許 棟， 張博曦， 及春寧， 楊海滔

(天津大學 水利工程仿真與安全國家重點實驗室，天津 300072)

1 引 言

防風網是一種多孔墻式結構，能夠降低網后局部風速，形成對顆粒揚塵的有效抑制，在港口堆場環境治理中廣泛應用[1]。來流風在防風網上部形成繞流，與主流風速匯集形成高速風；下部由于阻風效應，網前高強度大尺度漩渦轉化為低強度小尺度漩渦，大幅降低網后起塵量[2-4]，減風抑塵機理如圖1所示。防風網風場研究方法主要有風洞實驗及數值模擬，風洞實驗可信度高，但實驗周期長，設備制定復雜；隨計算機技術發展，基于計算流體力學方法建立的計算機數值風洞得到廣泛應用，王婷婷等[5]建立數值風洞研究數值邊界精度，表明數值風洞能夠有效模擬大氣邊界層；Scotta等[6]通過數值風洞研究橋梁所受風荷載，表明了數值風洞的可靠性。

防風網多孔結構數值模擬主要有3D實體建模及多孔介質PM模擬。3D實體建模方面，陳廷國等[7]針對防風網截面形式，通過貼體網格構建防風網模型，表明蝶形網的抑塵性能優于平面網；李建隆等[8]針對防風網開孔形狀，通過混合貼體網格建立防風網模型，表明圓形開孔網的抑塵效果最佳；3D實體建模對開孔結構細節模擬更準確，但網格劃分復雜，網格質量難以保證，建模耗時長。多孔介質方面，考慮防風網阻流效應實質為壓降變化，引入多孔介質力學參數(滲透系數及慣性系數)實現壓降變化，力學參數由網板風洞實驗或刻畫精細的CFD模擬取得[9]。……