防风网防尘效应的风洞实验研究

2015-07-10白学花陈光辉李建隆

当代化工 2015年10期

白学花陈光辉李建隆

摘要：因为风洞实验具有较强的可操作性，并且能够从复杂的诸多因素中分离出单独的某一影响因素进行分析。利用风洞实验模拟大自然环境，对不同防风网的挡风抑尘效果进行实验测试；对不同颗粒粒径的沙堆进行粒径分析实验，并结合模拟的流场分布进行了对比分析。防风网的设置能够明显的降低沙堆扬尘量，沙堆迎风面的扬尘最严重，且导流型防风网的堆前存在降尘区域。

关键词：防风网；风洞实验；抑尘效果；粒径分布

中图分类号：X 513 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2015）10-2377-04

Experiment Research on Dust Prevention Effect of Porous Fence

BAI Xue-hua， CHEN Guang-hui， LI Jian-long

（Department of Chemical Engineering， Qingdao University of Science and Technology， Shandong Qingdao 266042， China）

Abstract： The wind tunnel experiment has strong maneuverability， and can isolate the separate influencing factor from complex factors. In this paper， the wind tunnel experiment was used to simulate nature environment， the wind dust-controlling effect of different windproof net was tested； Grain size analysis experiment was carried out by using sand with different particle size. Combined with simulated flow field distribution， experiment results were compared and analyzed. The results show that the windproof net can significantly reduce the amount of sand dust；Fugitive dust is the most serious on the windward side， there is dust fall area in front of the sand pile with deflector-porous fence.

Key words： Porous fence； Wind tunnel experiment； Dust prevention； Particle diameter

风是扬尘产生的动力，当外界风力达到一定程度，颗粒就会离开垛堆表面从而形成扬尘[1]。防风网作为治理露天堆料场风致扬尘的最新手段，优于洒水、喷结壳固凝剂及织物覆盖等传统措施，具有一次性投资，长期受益，维修管理费用低等优点[2]。

国外对于防风网的实验研究由来已久，国内起步稍晚。1977年，Raine和Stevenson[3]通过风洞试验，使用热线风速仪研究了网后速度场和湍流流场。1997年，宣捷和俞学曾[4]的起尘率模拟实验，指出风洞模拟实验中孔径雷诺数应大于临界雷诺数。2007年，Dong[5]等通过风洞模拟实验，发现湍流强度是影响防风网抑尘作用最直接的因素。2010年，辛庚华[6]等采取现场实测的研究办法，发现垛堆的起尘量与诸多因素有关，风速占主导作用，防风网的网前存在减风区。陈延国[7]等进行现场实测研究，验证了防风网的防风抑尘作用。2011年，张宁[8]等通过可视化风洞模拟实验，发现防风网可有效降低堆垛迎风面的摩擦风速，对背风面影响较小。

综上所述，关于防风网的实验研究复杂多样，研究方法也具有不可否认的局限性。李建隆[9-11]等研发出一种新型导流型防风网，在常规平板型防风网网孔上增设导流翅片，减小来流风直接冲击料堆迎风面的作用力，改善了防风网的防风抑尘效果。但新型防风网的遮蔽效果还缺乏实验性研究。网的遮蔽效应作为防风网挡风抑尘性能的评判依据，本文就导流型防风网的遮蔽性进行实验，结合流场模拟进行对比分析。

1 实验模型

研究选用直流吸式低速环境风洞进行防风网的遮蔽实验。实验段模型为长1 800 mm，宽600 mm，高600 mm，采用有机玻璃材料制作的长方体。防风网模型为开孔率30%的铁板网，高H：100 mm，宽600 mm，厚2 mm。实验段流场分布如图1所示。

2 结果及分析

2.1 防风网遮蔽实验

对收集到的降尘进行单位时间内单位起尘面积单位收集面积的计算，规定该收集量为收集率。

图1 实验段流场分布图

Fig.1 The sketch map of the experiment distribution

在10 m/s的统一风速下，对粒径小于900 μm的细混合沙堆进行实验，如图2所示。实验结果显示，从不加设防风网到加设导流型防风网和圆孔型防风网后的细混合沙堆的扬尘收集率从493.32 g·s-1·m-4分别降到0.13 、0.11 g·s-1·m-4。在没有防风网的情况下，垛堆前几乎没有沙降，沙粒降落最多的区域在垛堆后，且随着到垛堆距离的加大，降尘量急速降低。

图2 风速10 m/s不同防风网遮蔽扬尘收集率R

Fig.2 Wind speed under different windproof net cover 10 m/s dust collecting rate R

参考文献：

[1]S Alhajraf. Computational fluid dynamic modeling of drifting particles at porous fences[J]. Environmental Modelling&Software， 2004， 19（2）： 163-170.

[2]段振亚，石文梅，郑文娟，宗润宽.防风网抑尘机理研究及工程应用进展[J].石油化工设备，2010，39（3）： 40-44.

[3]Rain J K， Stevenson D C. Wind protection by model fences in a simulated atmospheric boundary layer[J]. J. Wind Eng. Ind. Aerodyn. ，1977，2： 159.

[4]宣捷，俞学曾.风障减少尘埃飞起的风洞模拟研究[J].环境科学研究， 1997， 10（2）： 14-18.

[5]Dong Z. B.， Luo W. Y.， Qian G. Q.， et al. A wind tunnel simulation of the mean velocity fields behind upright porous fences[J]. Agricultural and Forest Meteorology， 2007， 146（1-2）： 82-93.

[6]辛庚华.露天堆场起尘与防风网遮蔽效果机理研究及现场实测分析[D].大连：大连理工大学，2010.

[7]张宁，陈延国，Sang-joon Lee.防风网对煤堆遮风效果的风洞实验研究[J].实验流体力学，2011，25（4）：50-54.

[8]陈延国，辛庚华.防风网防风抑尘效果现场实测研究[J].中国新技术新产品，2010，28.

[9]陈光辉，李建隆，王伟文. 露天散状料堆放场的防风抑尘方法及其防风抑尘网和用途： CN，200810249627.5 [P]. 2009-07-22.

[10]范军领，王伟文，张攀.防风抑尘网：CN，200820232839 [P].2009-12-16.

[11]董继鹏.强风流过散堆料场的流场模拟与抑尘研究[D].青岛：青岛科技大学，2009.

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参考文献：

[1]邢展.乙醇汽油的应用现状[J].河北化工， 2011，34 （3）：71-72.

[2]仉磊，李继红，李十中.燃料乙醇产业发展现状[J].化工进展，2013，32（7）：1721-1723.

[3]宋涛，郑义，郭津.我国替代燃料乙醇汽油发展现状[J].小型内燃机与摩托车，2013，42（6）：92-96.

[4]宋涛.乙醇汽油对摩托车排放的影响[D].天津：天津大学，2012.