多個城市源解析[1-3]結(jié)果顯示，PM10、PM2.5中，揚塵是主要的污染源，是大氣污染控制的重點。防風抑塵網(wǎng)利用空氣動力學原理，改變網(wǎng)后微環(huán)境[4]，達到降低風速和減小揚塵的目的，是一種有效抑制開放性露天堆場散塵的措施，已在一些大型堆場得到了成功應(yīng)用[5-7]。
國內(nèi)外對防風抑塵網(wǎng)的研究取得了很有實用價值的成果。Lee等[8，9]模擬了抑塵網(wǎng)后二維料堆表面的壓力變化，得到孔隙率為40% ～50%時壓力衰減最大，并用粒子跟蹤測速技術(shù)顯示了網(wǎng)后三維料堆表面空氣速度、湍流強度和湍動能的衰減;Pack-wood[10]將防風抑塵網(wǎng)數(shù)值模擬結(jié)果與風洞試驗對比，得出了較好的一致性;DongZhibao等[11]將來流風分為滲流和繞流，并據(jù)速度梯度將網(wǎng)后劃分為7個特性區(qū)域，并研究了孔隙率對區(qū)域流場和區(qū)域數(shù)的影響;李建隆等[12]研究了抑塵網(wǎng)不同開孔形式對流場的影響，得出圓形開孔防風網(wǎng)的擋風效果最佳;劉建麟等[13]，探究了組合風障對大尺度采礦區(qū)揚塵擴散的防風收塵效果。
目前對于防風抑塵網(wǎng)的研究，多單純集中于抑塵網(wǎng)孤立作用下網(wǎng)前網(wǎng)后空氣運動參數(shù)的變化特性等，至于料堆鈍體耦合網(wǎng)后湍流場導致網(wǎng)后空氣流場變化，尤其是對影響料堆起塵的表面風速廓線分布的影響鮮見報道。該研究通過CFD(computation-alfluiddynamics)數(shù)值模擬，對比不同孔隙率(0，0.2，0.3，0.4，0.6，1.0)下，料堆前后不同斷面處的風速廓線，17m(堆高)，22m(網(wǎng)高)，30m，40m，60m和80m高度壓力系數(shù)，分析料堆周圍的空氣動力結(jié)構(gòu)，從而為抑塵網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計提供數(shù)據(jù)支持。
1 數(shù)值模擬
1.1 物理模型
料堆是以一個典型三維棱臺為模型進行數(shù)值模擬。棱臺參數(shù)[14]設(shè)置為：下表面長154m，寬51m;棱臺高17m，上表面長113m，寬10m。抑塵網(wǎng)距料堆距離為1倍堆高，網(wǎng)長等于堆長。相關(guān)研究[15，16]表明，最佳網(wǎng)高在1～1.5倍的堆高范圍內(nèi)，故網(wǎng)高取22m(1.3倍堆高)。計算區(qū)域的選擇對數(shù)值模擬的結(jié)果及精度至關(guān)重要，直接影響結(jié)果可靠性。計算區(qū)域過大會網(wǎng)格數(shù)多，增加不必要的計算時間;計算區(qū)域過小，邊界影響計算結(jié)果的準確性。針對計算域問題，課題組前期做了相關(guān)研究[17]得出，當計算區(qū)域長取14倍堆寬，寬度取2倍堆長，高度取7倍的堆高，堆前6倍堆寬時料堆表面剪切力這一宏觀量不再變化。所以計算區(qū)域取為714m×119m×308m的長方體。x方向沿堆寬方向，y方向沿堆高方向，z方向沿堆長方向，來流方向沿x正方向，如圖1所示。
1.2 數(shù)學模型
物理模型選定后根據(jù)環(huán)境大氣湍流假設(shè)建立數(shù)學模型。料堆周圍的空氣流可視為不可壓縮恒定流，流動是穩(wěn)態(tài)絕熱的。控制方程組包括質(zhì)量守恒方程、動量守恒方程、湍動能方程和耗散率方程。如下所示。
質(zhì)量守恒方程：
? 動量守恒方程：
? 式中：Si為源項，該值在防風抑塵網(wǎng)區(qū)域內(nèi)模擬為多孔介質(zhì)的作用，源項由黏性損失項和慣性損失項兩部分組成：
式中：α為多孔介質(zhì)的滲透系數(shù)，m·s;C2 為慣性阻力因子，m-1;Ap 為板的總面積，m2;Af為孔的總面積，m2;t為抑塵網(wǎng)厚度，m，本文取0.002m;C近似等于0.98。
采用標準k-ε方程[18]來模擬三維流場，其中包括湍動能k方程和耗散率ε方程。
式中：ρ為空氣密度;ui、uj分別為i方向和j方向速度分量;xi、xj代表x、y方向的坐標;μ為空氣動力粘性系數(shù);δij為克羅內(nèi)克爾張量。具體參見污水技術(shù)資料更多相關(guān)技術(shù)文檔。
對不可壓縮流體，Gb=0，YM =0，G3ε =0。
紊流系數(shù)C1ε、C2ε、C3ε、σε 和σk的取值較一致，分別為1.44、1.92、0.09、1.0和1.3。
