用数值模拟方法研究挡风抑尘网高度对抑尘效率影响

周伟朵

(江苏省电力设计院，江苏南京 211102)

用数值模拟方法研究挡风抑尘网高度对抑尘效率影响

周伟朵

(江苏省电力设计院，江苏南京 211102)

采用数值模拟方法对某电厂露天煤场周围设置挡风抑尘网进行流场模拟，结合起尘量公式，计算了挡风抑尘网在不同高度下的抑尘效率。挡风墙高度分别12m、16m、20m、24m，当风速为4.3m/s时，挡风抑尘网效率分别为67.2%、81.4%、86.6%和88.3%;当风速为20m/s时，抑尘网效率分别为55.1%、69.8%、74.6%和76.5%。

挡风抑尘网;数值模拟;抑尘效率;网高

我国大部分燃煤电厂的煤场内储煤作业为连续性露天操作，煤堆场表面、特别是煤堆顶表面的微细煤粒在风力的推动和强涡场的卷吸作用下随风一起运动，使空气中弥漫煤粒，不仅污染了厂区的环境质量，也造成了大量的物料流失，同时，对煤场周边的工作人员及周边居民的身体健康造成危害。挡风抑尘网是一种多孔障碍物，空气流过挡风抑尘网时，降低了来流风速，极大的损失了来流风的动能，减少了来流风的湍流度和涡流，降低煤堆料表面的剪切应力，从而减少了堆煤的起尘量，实现挡风抑尘。

目前，防风网的挡风抑尘效果研究方式主要有风洞模拟试验和计算流体力学两种方法［1］。计算流体力学方法与风洞试验方法相比具有研究周期短，不易受实际条件的限制，费用便宜等优点。本文使用标准的k－ε模型对煤场防风区域进行了数值模拟，结合起尘量计算公式，计算挡风抑尘网在不同高度下的挡风抑尘效果。

1 数值模拟

1.1 计算对象

本文研究对象为某电厂煤场挡风网的抑尘效果，煤场共有4个并列条形煤堆，每个煤堆底部宽度40，底部长度为250m，顶部宽度12m，顶部长度为222m，煤堆间底部间距11m，煤堆高度为12m。挡风网布置于煤堆四周，各边离煤堆的距离为15m。计算区域取模型对应长度的10倍。

1.2 控制方程

本文采用标准k－ε模型进行数值模拟，空气为不可压缩且无质量和热量交换，控制方程组为:

1.3 边界条件

上界面、两侧面和流出面均按自由边界处理，地面边界按无滑移粗糙壁面处理，煤堆边界按无滑移光滑壁面处理。挡风网上布满孔洞，按实际形状建立模型，以现在的个人计算机是无法运行的，采用Fluent中多孔介质阶跃模型(Porous－jump)模拟挡风网，开孔率约为40%。

2 起尘量及抑尘效率计算公式

起尘量计算公式采用美国环境保护局推荐料堆场起尘模式建立料堆扬尘公式［2］:

式中:B货种，kDi，wDi，，uj，z，z，z0，к分别为起尘量调节系数、起尘因子、物料重量分数、摩擦风速、观测高度为z的风速、风速检测高度、地面粗糙度、沃卡门常数(取0.4)。为起尘临界摩擦风速，低于此值时认为不起尘，本文起尘风速取3.77m/s［3］，对应的起尘临界摩擦风速为0.365。

3 计算结果

本文对以下工况进行了数值模拟:无挡风墙，挡风墙高度分别为12m、14m、16m、18m、20m、22m、24m，风速分别为4.3m/s和20m/s。通过计算我们可以获得整个流场的速度分布，对计算结果进行数据处理可以获得不同工况下煤堆表面的摩擦风速，通过起尘量及抑尘率计算公式就可以得到不同高度下挡风抑尘网的抑尘率，计算结果见表1。

从表1可以看出，在风速为4.3m/s和20m/s时。网高从12m增加到16m，抑尘效率分别提高了14.2%和14.7%;网高从16m增加到20m，抑尘效率提高了5.2%和4.8%。从计算结果可知，在相同网高下，抑尘效率随着风速的增大而减小;抑尘效率在同一风速下随着挡风网的增高而增大，但是增加幅度随着网高增加趋缓。

表1 不同高度下挡风抑尘网的抑尘效率

4 结语

通过以上的数值模拟和分析我们可以得出在煤场周围设置挡风网后能够起到防风抑尘的作用，抑尘效果随网高的增高而增大，当防风网高度为煤堆高度1～1.5倍时，网高与抑尘效率变化较显著，当防风网高度为煤堆高度1.5倍以上时，网高与抑尘效果的变化逐渐平缓。防风网的造价与高度基本成正比，因此根据当地环保要求，防风网高度在煤堆高度的1～1.5倍范围内选择比较合适。

［1］John D，Anderson J R.计算流体力学入门［M］.北京:清华大学出版社，2002.

［2］Axtell K，Cowherd C.Improved Emission Factors for Fugitive Dust from Surface Coal Mining Sources［Z］.Cincinnati:U.S.Environmental Protection Agency，1984.

［3］戴明新，刘长兵，白景峰.专业煤港粉尘总量控制方法的研究［J］.交通环保，2003，24(1):1－3.

Relationship between height and efficiency of wind－proof and dust suppressing network by numerical simulation

The dust suppressing efficiency of different heights is simulated by numerical simulating of the flow of the wind－proof and dust suppressing network around the open coal yards of a Power Plant.When the windproof wall is 12，16，20，24 meter height respectively，wind velocity is 4.3m/s，the dust suppressing efficiency is 67.2%，81.4%，86.6%and 88.3%respectively.When the wind velocity is 20m/s，the dust suppressing efficiency is55.1%，69.8%，74.6%and 76.5%respectively.

wind－proof and dust suppressing network;numerical simulation;dust suppressing efficiency;height

X701.2

B

1674－8069(2012)01－046－02

2011-09-16;

2011-12-23

周伟朵(1979-)，女，浙江绍兴人，工程师，从事火电厂输煤除灰系统设计工作。E－mail:zhouweiduo@jspdi.com.cn