鐵路貨場(chǎng)防風(fēng)抑塵網(wǎng)數(shù)值模擬及分析

閆文龍

摘 要：對(duì)青海省魚卡鐵路貨場(chǎng)設(shè)置防風(fēng)抑塵網(wǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬分析，通過比較分析不同條件下防風(fēng)網(wǎng)前后風(fēng)速變化，貨場(chǎng)運(yùn)行時(shí)推薦堆貨高度為7 m，網(wǎng)和貨堆之間的推薦距離為16 m。

關(guān)鍵詞：鐵路貨場(chǎng);數(shù)值模擬;防風(fēng)抑塵網(wǎng)

0 引言

近年來，國內(nèi)逐漸普及使用防風(fēng)抑塵網(wǎng)來控制露天散料堆場(chǎng)的粉塵污染，尤其是在風(fēng)大干旱缺水的西部地區(qū)更體現(xiàn)出其優(yōu)越性。防風(fēng)抑塵網(wǎng)是由具有一定開孔率的網(wǎng)材或板材構(gòu)成的具有特殊結(jié)構(gòu)和形狀的墻體，設(shè)立在露天散料堆場(chǎng)的周圍，進(jìn)而達(dá)到防風(fēng)抑塵的效果[1-2]。

本文以青海省魚卡火車站鐵路貨場(chǎng)的防風(fēng)抑塵網(wǎng)為研究對(duì)象，結(jié)合在該貨場(chǎng)的實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，分析堆料高度、網(wǎng)與料堆間距對(duì)防風(fēng)抑塵網(wǎng)效果的影響情況。計(jì)算模型針對(duì)整個(gè)三維空間，在誤差允許范圍內(nèi)，根據(jù)實(shí)際情況做出如下假設(shè)：假設(shè)空氣為黏性不可壓縮流體;假設(shè)氣體流動(dòng)為定常流動(dòng)。

1 數(shù)值模擬介紹

本文利用模擬軟件，在流體力學(xué)理論和氣固兩相流理論的基礎(chǔ)上，對(duì)通過防風(fēng)抑塵網(wǎng)前后的風(fēng)的流動(dòng)情況進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算。

1.1 物理模型

將防風(fēng)抑塵網(wǎng)模型簡(jiǎn)化為多孔介質(zhì)階躍模型，本文選擇場(chǎng)地開闊的全尺度模擬，使防風(fēng)抑塵網(wǎng)入口處的來流和通過網(wǎng)后的尾流能夠充分發(fā)展，保證邊界條件自由。

根據(jù)貨場(chǎng)實(shí)際大小，設(shè)定計(jì)算區(qū)域的長(zhǎng)寬高分別為200 m*200 m*40 m。在計(jì)算區(qū)域中部按實(shí)際尺寸設(shè)一道高12 m防風(fēng)抑塵網(wǎng)。次計(jì)算模型做了如下簡(jiǎn)化：將防風(fēng)抑塵網(wǎng)簡(jiǎn)化為帶有一定開孔率的平板網(wǎng)。防風(fēng)抑塵網(wǎng)模型如圖1所示。

1.2 網(wǎng)格劃分及邊界條件設(shè)定

本文采用六面體網(wǎng)格，對(duì)防風(fēng)抑塵網(wǎng)及附近流體區(qū)域進(jìn)行細(xì)化處理，網(wǎng)格總數(shù)3 103.2萬，網(wǎng)格如圖2所示。

平均風(fēng)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(shè)定入口速度，v0為離地面10 m處的風(fēng)速，本文a取0.14。計(jì)算區(qū)域上界面、側(cè)面的界面、流出面邊界條件設(shè)為自由流出邊界。

1.3 模型及計(jì)算方法驗(yàn)證

青海省魚卡鐵路貨場(chǎng)采用的防風(fēng)抑塵網(wǎng)實(shí)際開孔率約為0.2，并于2020年4月25、26日對(duì)魚卡貨場(chǎng)風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集。基于此實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，考慮到貨場(chǎng)實(shí)際長(zhǎng)度約920 m，寬度約130 m，網(wǎng)高12 m，周長(zhǎng)約2 100 m，本文截取200 m作為計(jì)算區(qū)域長(zhǎng)度，同時(shí)為使防風(fēng)抑塵網(wǎng)入口處的來流和通過網(wǎng)后的尾流能夠充分發(fā)展設(shè)定計(jì)算區(qū)域的寬度為200 m，計(jì)算高度設(shè)置為40 m，其他幾何尺寸與實(shí)際尺寸相同。

該數(shù)值模擬計(jì)算，采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型，空氣密度取1.2 kg/m3。計(jì)算后，速度云圖及流線圖如圖3、圖4所示。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，網(wǎng)前20 m處風(fēng)速為1.8 m/s時(shí)，網(wǎng)后20 m

及網(wǎng)后40 m速度降為0.77 m/s和1.08 m/s，對(duì)比相應(yīng)位置實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分別為0.8 m/s和1.1 m/s，相對(duì)誤差低于4%。基于此，可以認(rèn)為將防風(fēng)抑塵網(wǎng)按多孔介質(zhì)階躍模型處理是合理的。

2 計(jì)算工況及結(jié)果分析

根據(jù)青海省魚卡鐵路貨場(chǎng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)風(fēng)速風(fēng)向數(shù)據(jù)，進(jìn)行模擬計(jì)算時(shí)，設(shè)置速度入口風(fēng)速分別為2 m/s、5 m/s。

2.1 堆貨高度、網(wǎng)和貨堆之間的距離分析

圖5和圖6分別為入口風(fēng)速設(shè)為2 m/s和5 m/s工況時(shí)，模擬計(jì)算風(fēng)速云圖。

由上圖可知，風(fēng)吹過防風(fēng)抑塵網(wǎng)后，除動(dòng)能會(huì)有較大損失外，還會(huì)在網(wǎng)后一定距離處形成一個(gè)漩渦回流區(qū)。在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，貨堆表面的散貨會(huì)受到擾流和渦旋的影響，從而產(chǎn)生大氣顆粒物污染。當(dāng)來流風(fēng)速為2 m/s時(shí)，網(wǎng)后渦流區(qū)域高度為8 m，距離網(wǎng)12 m;當(dāng)來流風(fēng)速為5 m/s時(shí)，網(wǎng)后渦流區(qū)域高度為7 m，距離網(wǎng)16 m。因此推薦本貨場(chǎng)運(yùn)行時(shí)，堆貨高度不超過7 m，貨堆距離防風(fēng)抑塵網(wǎng)距離最近處為16 m，可以使防風(fēng)抑塵網(wǎng)的抑塵效果最優(yōu)。

3 結(jié)語

除了防風(fēng)抑塵網(wǎng)的網(wǎng)高、開孔率是影響其抑塵效果的主要因素外，防風(fēng)抑塵網(wǎng)后貨堆高度以及與網(wǎng)的距離也會(huì)影響其防風(fēng)抑塵效果。因此推薦本貨場(chǎng)運(yùn)行時(shí)，堆貨高度不超過7 m，貨堆距離防風(fēng)抑塵網(wǎng)距離最近處為16 m，可以使防風(fēng)抑塵網(wǎng)的抑塵效果最優(yōu)。

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