铁路货场防风抑尘网数值模拟及分析

闫文龙

摘 要：对青海省鱼卡铁路货场设置防风抑尘网进行数值模拟分析，通过比较分析不同条件下防风网前后风速变化，货场运行时推荐堆货高度为7 m，网和货堆之间的推荐距离为16 m。

关键词：铁路货场;数值模拟;防风抑尘网

0 引言

近年来，国内逐渐普及使用防风抑尘网来控制露天散料堆场的粉尘污染，尤其是在风大干旱缺水的西部地区更体现出其优越性。防风抑尘网是由具有一定开孔率的网材或板材构成的具有特殊结构和形状的墙体，设立在露天散料堆场的周围，进而达到防风抑尘的效果[1-2]。

本文以青海省鱼卡火车站铁路货场的防风抑尘网为研究对象，结合在该货场的实际测量数据，对其进行数值模拟计算，分析堆料高度、网与料堆间距对防风抑尘网效果的影响情况。计算模型针对整个三维空间，在误差允许范围内，根据实际情况做出如下假设：假设空气为黏性不可压缩流体;假设气体流动为定常流动。

1 数值模拟介绍

本文利用模拟软件，在流体力学理论和气固两相流理论的基础上，对通过防风抑尘网前后的风的流动情况进行数值模拟计算。

1.1 物理模型

将防风抑尘网模型简化为多孔介质阶跃模型，本文选择场地开阔的全尺度模拟，使防风抑尘网入口处的来流和通过网后的尾流能够充分发展，保证边界条件自由。

根据货场实际大小，设定计算区域的长宽高分别为200 m*200 m*40 m。在计算区域中部按实际尺寸设一道高12 m防风抑尘网。次计算模型做了如下简化：将防风抑尘网简化为带有一定开孔率的平板网。防风抑尘网模型如图1所示。

1.2 网格划分及边界条件设定

本文采用六面体网格，对防风抑尘网及附近流体区域进行细化处理，网格总数3 103.2万，网格如图2所示。

平均风速在铅锤方向上随高度的增加而变化，需要按照v=v0（z/10）a设定入口速度，v0为离地面10 m处的风速，本文a取0.14。计算区域上界面、侧面的界面、流出面边界条件设为自由流出边界。

1.3 模型及计算方法验证

青海省鱼卡铁路货场采用的防风抑尘网实际开孔率约为0.2，并于2020年4月25、26日对鱼卡货场风场数据采集。基于此实测数据，考虑到货场实际长度约920 m，宽度约130 m，网高12 m，周长约2 100 m，本文截取200 m作为计算区域长度，同时为使防风抑尘网入口处的来流和通过网后的尾流能够充分发展设定计算区域的宽度为200 m，计算高度设置为40 m，其他几何尺寸与实际尺寸相同。

該数值模拟计算，采用标准k-ε模型，空气密度取1.2 kg/m3。计算后，速度云图及流线图如图3、图4所示。

根据计算结果，网前20 m处风速为1.8 m/s时，网后20 m

及网后40 m速度降为0.77 m/s和1.08 m/s，对比相应位置实测数据分别为0.8 m/s和1.1 m/s，相对误差低于4%。基于此，可以认为将防风抑尘网按多孔介质阶跃模型处理是合理的。

2 计算工况及结果分析

根据青海省鱼卡铁路货场根据现场实测风速风向数据，进行模拟计算时，设置速度入口风速分别为2 m/s、5 m/s。

2.1 堆货高度、网和货堆之间的距离分析

图5和图6分别为入口风速设为2 m/s和5 m/s工况时，模拟计算风速云图。

由上图可知，风吹过防风抑尘网后，除动能会有较大损失外，还会在网后一定距离处形成一个漩涡回流区。在这个区域内，货堆表面的散货会受到扰流和涡旋的影响，从而产生大气颗粒物污染。当来流风速为2 m/s时，网后涡流区域高度为8 m，距离网12 m;当来流风速为5 m/s时，网后涡流区域高度为7 m，距离网16 m。因此推荐本货场运行时，堆货高度不超过7 m，货堆距离防风抑尘网距离最近处为16 m，可以使防风抑尘网的抑尘效果最优。

3 结语

除了防风抑尘网的网高、开孔率是影响其抑尘效果的主要因素外，防风抑尘网后货堆高度以及与网的距离也会影响其防风抑尘效果。因此推荐本货场运行时，堆货高度不超过7 m，货堆距离防风抑尘网距离最近处为16 m，可以使防风抑尘网的抑尘效果最优。

参考文献：

[1]苏义华，李立东.环保型扬尘抑制剂性能研究与应用[J].化学工程师，2006，20（5）：44-45.

[2]郭珊，詹水芬，张斌斌，等.煤炭港粉尘污染防治技术综述[J].水道港口，2006（1）：40-44.

[3]李立新，张咏冰.“挡风抑尘墙”对粉尘污染的防治[J].环境保护，2005（1）：37-39.

[4]郭辉.防风网遮蔽效果研究[D].大连：大连理工大学土木水利学院，2008.