鐵路貨場防風抑塵網數值模擬及分析

閆文龍

摘 要：對青海省魚卡鐵路貨場設置防風抑塵網進行數值模擬分析，通過比較分析不同條件下防風網前后風速變化，貨場運行時推薦堆貨高度為7 m，網和貨堆之間的推薦距離為16 m。

關鍵詞：鐵路貨場;數值模擬;防風抑塵網

0 引言

近年來，國內逐漸普及使用防風抑塵網來控制露天散料堆場的粉塵污染，尤其是在風大干旱缺水的西部地區更體現出其優越性。防風抑塵網是由具有一定開孔率的網材或板材構成的具有特殊結構和形狀的墻體，設立在露天散料堆場的周圍，進而達到防風抑塵的效果[1-2]。

本文以青海省魚卡火車站鐵路貨場的防風抑塵網為研究對象，結合在該貨場的實際測量數據，對其進行數值模擬計算，分析堆料高度、網與料堆間距對防風抑塵網效果的影響情況。計算模型針對整個三維空間，在誤差允許范圍內，根據實際情況做出如下假設：假設空氣為黏性不可壓縮流體;假設氣體流動為定常流動。

1 數值模擬介紹

本文利用模擬軟件，在流體力學理論和氣固兩相流理論的基礎上，對通過防風抑塵網前后的風的流動情況進行數值模擬計算。

1.1 物理模型

將防風抑塵網模型簡化為多孔介質階躍模型，本文選擇場地開闊的全尺度模擬，使防風抑塵網入口處的來流和通過網后的尾流能夠充分發展，保證邊界條件自由。

根據貨場實際大小，設定計算區域的長寬高分別為200 m*200 m*40 m。在計算區域中部按實際尺寸設一道高12 m防風抑塵網。次計算模型做了如下簡化：將防風抑塵網簡化為帶有一定開孔率的平板網。防風抑塵網模型如圖1所示。

1.2 網格劃分及邊界條件設定

本文采用六面體網格，對防風抑塵網及附近流體區域進行細化處理，網格總數3 103.2萬，網格如圖2所示。

平均風速在鉛錘方向上隨高度的增加而變化，需要按照v=v0（z/10）a設定入口速度，v0為離地面10 m處的風速，本文a取0.14。計算區域上界面、側面的界面、流出面邊界條件設為自由流出邊界。

1.3 模型及計算方法驗證

青海省魚卡鐵路貨場采用的防風抑塵網實際開孔率約為0.2，并于2020年4月25、26日對魚卡貨場風場數據采集?；诖藢崪y數據，考慮到貨場實際長度約920 m，寬度約130 m，網高12 m，周長約2 100 m，本文截取200 m作為計算區域長度，同時為使防風抑塵網入口處的來流和通過網后的尾流能夠充分發展設定計算區域的寬度為200 m，計算高度設置為40 m，其他幾何尺寸與實際尺寸相同。

該數值模擬計算，采用標準k-ε模型，空氣密度取1.2 kg/m3。計算后，速度云圖及流線圖如圖3、圖4所示。

根據計算結果，網前20 m處風速為1.8 m/s時，網后20 m

及網后40 m速度降為0.77 m/s和1.08 m/s，對比相應位置實測數據分別為0.8 m/s和1.1 m/s，相對誤差低于4%?；诖耍梢哉J為將防風抑塵網按多孔介質階躍模型處理是合理的。

2 計算工況及結果分析

根據青海省魚卡鐵路貨場根據現場實測風速風向數據，進行模擬計算時，設置速度入口風速分別為2 m/s、5 m/s。

2.1 堆貨高度、網和貨堆之間的距離分析

圖5和圖6分別為入口風速設為2 m/s和5 m/s工況時，模擬計算風速云圖。

由上圖可知，風吹過防風抑塵網后，除動能會有較大損失外，還會在網后一定距離處形成一個漩渦回流區。在這個區域內，貨堆表面的散貨會受到擾流和渦旋的影響，從而產生大氣顆粒物污染。當來流風速為2 m/s時，網后渦流區域高度為8 m，距離網12 m;當來流風速為5 m/s時，網后渦流區域高度為7 m，距離網16 m。因此推薦本貨場運行時，堆貨高度不超過7 m，貨堆距離防風抑塵網距離最近處為16 m，可以使防風抑塵網的抑塵效果最優。

3 結語

除了防風抑塵網的網高、開孔率是影響其抑塵效果的主要因素外，防風抑塵網后貨堆高度以及與網的距離也會影響其防風抑塵效果。因此推薦本貨場運行時，堆貨高度不超過7 m，貨堆距離防風抑塵網距離最近處為16 m，可以使防風抑塵網的抑塵效果最優。

參考文獻：

[1]蘇義華，李立東.環保型揚塵抑制劑性能研究與應用[J].化學工程師，2006，20（5）：44-45.

[2]郭珊，詹水芬，張斌斌，等.煤炭港粉塵污染防治技術綜述[J].水道港口，2006（1）：40-44.

[3]李立新，張詠冰.“擋風抑塵墻”對粉塵污染的防治[J].環境保護，2005（1）：37-39.

[4]郭輝.防風網遮蔽效果研究[D].大連：大連理工大學土木水利學院，2008.