防風抑塵網除塵效率的數值計算的模擬方法
2023-05-16 19:14:21 2
專利名稱：防風抑塵網除塵效率的數值計算的模擬方法
技術領域：
本發明涉及防風抑塵網除塵效率的數值計算的模擬方法，準確計算防風抑塵網的除塵效率。
背景技術：
自二十世紀七十年代起，西方發達國家相繼在港口煤堆場及電廠等地使用了防風網，並制定了室外貯煤場設備的防止煤粉塵飛散方法概要。我國防風網防塵技術的研究起步較晚，從1986年，交通行業有關單位相繼開展了防風網有關防塵技術的研究。本計算方法發明以前，我國防風網的除塵效率計算基本處於估算狀態。後來經過風洞實驗相關數據的分析整理後，採用了一種幾何估算防風網除塵效率方法，即根據風向、防風網高度及防風網掩護距離等數據進行面積比值的方法進行估算。此種方法比較籠統和不準確，對於風向、風速、地形地域等條件不斷變化的實際情況顯得尤為不科學。因此不能準確的布置防風網平面方案、高度方案、開孔率方案、網板折角方案、防風網板材質方案以至於影響到防風網的結構設計方案。對於提高現代企業集團集約化管理的今天顯得尤為不利。隨著計算機技術以及現代計算流體技術(Computational Fluid Dynamics,簡稱CFD)的不斷發展，可以通過數值計算和圖像顯示手段，對包含流體流動、粉塵起降和熱傳導等相關物理現象進行系統的分析的研究。把原來在時間域及空間域連續的物理量場，如速度場和壓力場，用有限離散點的變量值的集合來代替，通過一定的原則和方式建立起這些離散點的場變量之間關係的代數方程組，然後求解代數方程組，獲得場變量的近似值。求出變量場的風速、風壓、密度、溫度等值，結合堆揚塵排放源強模擬模式的公式中，得出防風網能夠除掉多少百分比的塵，即防風網的除塵效率。此方法可將防風網技術定量化分析，也可分別對不同地區的防風網平面建設方案及高度建設方案進行細緻優化。在起到理想的環保效果的同時，節省大量投資費用。這是防風網技術發展的方向。
發明內容
針對現有防風網抑塵效果計算方法上的不足，本發明的目的是提供一種防風抑塵網除塵效率的數值計算的模擬方法，能夠科學、準確的計算防風抑塵網除塵效率，以利於達到對防風網平面布置方案、高度布置方案、開孔率方案、網板折角方案、防風網板材質方案以及防風網結構設計方案的優化。為實現上述目的，本發明採用的技術方案是提供防風抑塵網除塵效率的數值計算的模擬方法，該方法可用於港口碼頭煤炭或礦石堆場、陸域煤炭或礦石堆場、電廠煤炭堆場的散貨堆場，該方法包括有以下步驟:第一步:建立堆場三維數學計算模型①建立計算模型:根據空氣動力學的要求，所述三維數學計算模型採用RNG K-E計算模型，即 Renormalizations Group K-E 模型；②建立堆場的三維立體模型:根據堆場當地的堆存量及碼頭吞吐量參數，計算堆場尺寸，並根據現場實際的堆場的堆高情況建立堆場的三維立體模型；③建立防風網模型:根據防風網平面布置方案，在建立防風網模型，保證防風網模型與實際方案中的尺寸相對應，並在模型中輸入防風網的開孔率參數；④建立三維計算區域模型:根據所述港口碼頭煤炭或礦石堆場、陸域煤炭或礦石堆場、電廠煤炭堆場的散貨堆場現場的地形、地貌實際情況建立三維計算區域模型；第二步:計算區域模型進行網格劃分將第一步中④的計算區域模型進行網格劃分，將計算區域分成不同區域，每個區分別生成網格，每個區的網格根據堆場地形，堆垛高度，防風網結構等實際情況，分別採用結構網格和非結構網格兩種形式；第三步:流場的計算及數據處理①首先進行不設置防風網的流場計算，分別計算16個風向的無防風網風速流場，計算結果是將堆場的堆表面摩擦風速分成網格區間，將無防風網的16個風向的摩擦風速統計出16個風向的排放源強係數，在下一步計算中備用此數據；②計算風速流場:觀察堆場內風速流場變化，分別計算16個風向的風速流場，計算結果是將堆場的堆表面摩擦風速分成網格區間，將小於等於煤炭粉塵起塵啟動風速的數據作為一個區間，將防風網布置方案的16個風向的摩擦風速值統計出，根據公式計算出16個風向的排放源強，進行數據處理；③對上一步計算所提取的堆場表面的摩擦風速進行處理:將堆場的堆表面的摩擦風速分成17個區間，小於等於摩擦風速0.19m/s為一個區間，大於摩擦風速1.69m/s為一個區間，從摩擦風速0.19m/s到1.69m/s，每隔摩擦風速0.lm/s作為一個區間，將這17個區間所佔的面積統計出，根據公式計算出16個風向的排放源強係數；第四步:防風網抑塵效率根據第三步③中得出的設置防風網的16個風向的排放源強係數比上第三步①中不設置防風網的排放源強係數，所得的數值即為設置防風網後16個風向的抑塵效率。本發明的效果是對已知的防風網布置方案進行科學、準確的除塵效率的數值計算的模擬方法。不同的布置方案會得出不同的抑塵效果，以《廈門港後石港區散貨碼頭粉塵對周邊環境敏感點影響研究》項目為例，通過以上步驟的計算防風網的除塵效率最終結果為54.64%，結合噴灑水後的防風網綜合除塵效率為98.05%。本計算方法可以精確到千分位，這是其他估算方法無法做到的。準確的計算防風抑塵網除塵效率，有利於防風網的平面布置、高度布置、開孔率選擇、網板折角選擇、防風網板材質選擇以及防風網結構設計方案的優化。
圖1是本發明方法步驟框圖；圖2是本發明堆垛三維立體模型的建立；圖3是本發明防風網模型在計算區域中模擬情況及擺放位置；圖4是本發明計算區域模型之中山體部分的模擬情況；圖5是本發明堆場整體三維模型的建立；圖6是本發明堆場整體計算區域網格分布圖7是本發明計算結果中整體堆場的風速流場矢量圖；圖8是本發明計算結果中整體堆場的壓力等值線分布情況。
具體實施例方式結合附圖對本發明的防風抑塵網除塵效率的數值計算的模擬方法加以說明。本發明的防風抑塵網除塵效率的數值計算的模擬方法，該方法可用於港口碼頭煤炭或礦石堆場、陸域煤炭或礦石堆場、電廠煤炭堆場的散貨堆場，該方法包括有以下步驟:第一步:建立堆場三維數學計算模型①建立計算模型:根據空氣動力學的要求，所述三維數學計算模型採用RNG K-E計算模型，即 Renormalizations Group K-E 模型；②建立堆場的三維立體模型:根據堆場當地的堆存量及碼頭吞吐量參數，計算堆場尺寸，並根據現場實際的堆場的堆高情況建立堆場的三維立體模型；③建立防風網模型:根據防風網平面布置方案，在建立防風網模型，保證防風網模型與實際方案中的尺寸相對應，並在模型中輸入防風網的開孔率參數；④建立三維計算區域模型:根據所述港口碼頭煤炭或礦石堆場、陸域煤炭或礦石堆場、電廠煤炭堆場的散貨堆場現場的地形、地貌實際情況建立三維計算區域模型；第二步:計算區域模型進行網格劃分將第一步中④的計算區域模型進行網格劃分，將計算區域分成不同區域，每個區分別生成網格，每個區的網格根據堆場地形，堆垛高度，防風網結構等實際情況，分別採用結構網格和非結構網格兩種形式；第三步:流場的計算及數據處理①首先進行不設置防風網的流場計算，分別計算16個風向的無防風網風速流場，計算結果是將堆場的堆表面摩擦風速分成網格區間，將無防風網的16個風向的摩擦風速統計出16個風向的排放源強係數，在下一步計算中備用此數據；②計算風速流場:觀察堆場內風速流場變化，分別計算16個風向的風速流場，計算結果是將堆場的堆表面摩擦風速分成網格區間，將小於等於煤炭粉塵起塵啟動風速的數據作為一個區間，將防風網布置方案的16個風向的摩擦風速值統計出，根據公式計算出16個風向的排放源強，進行數據處理；③對上一步計算所提取的堆場表面的摩擦風速進行處理:將堆場的堆表面的摩擦風速分成17個區間，小於等於摩擦風速0.19m/s為一個區間，大於摩擦風速1.69m/s為一個區間，從摩擦風速0.19m/s到1.69m/s，每隔摩擦風速0.lm/s作為一個區間，將這17個區間所佔的面積統計出，根據公式計算出16個風向的排放源強係數；第四步:防風網抑塵效率根據第三步③中得出的設置防風網的16個風向的排放源強係數比上第三步①中不設置防風網的排放源強係數，所得的數值即為設置防風網後16個風向的抑塵效率。如圖1中所示，首先經過現場實地調查和相關資料的收集，其次將堆場區域進行三維模型的建立，通過相關係數的輸入對堆場防風抑塵網的除塵效率進行計算，然後對計算結果和圖像進行處理和分析後，最後得出結論，本發明方法對各種形式的防風網工程除塵效率的計算均適合。
本發明的防風抑塵網除塵效率的數值計算的模擬方法，該方法該方法可以用於港口碼頭煤炭或礦石堆場、陸域煤炭或礦石堆場、電廠煤炭堆場等散貨堆場。本發明的防風抑塵網除塵效率的數值計算的模擬方法具體是這樣實現的:①根據空氣動力學的要求，數值模擬計算採用RNG K-E計算模型，即Renormalizations Group K-E模型。煤堆場周圍的空氣流動可以看作是在不可壓縮以及不
考慮熱轉換的大氣條件下進行，其RNG K-E模型的控制方程組如下:
權利要求
1.一種防風抑塵網除塵效率的數值計算的模擬方法，該方法可用於港口碼頭煤炭或礦石堆場、陸域煤炭或礦石堆場、電廠煤炭堆場的散貨堆場，該方法包括有以下步驟: 第一步:建立堆場三維數學計算模型 ①建立計算模型:根據空氣動力學的要求，所述三維數學計算模型採用RNGK-E計算模型，即 Renormalizations Group K-E 模型； ②建立堆場的三維立體模型:根據堆場當地的堆存量及碼頭吞吐量參數，計算堆場尺寸，並根據現場實際的堆場的堆高情況建立堆場的三維立體模型； ③建立防風網模型:根據防風網平面布置方案，在建立防風網模型，保證防風網模型與實際方案中的尺寸相對應，並在模型中輸入防風網的開孔率參數； ④建立三維計算區域模型:根據所述港口碼頭煤炭或礦石堆場、陸域煤炭或礦石堆場、電廠煤炭堆場的散貨堆場現場的地形、地貌實際情況建立三維計算區域模型； 第二步:計算區域模型進行網格劃分 將第一步中④的計算區域模型進行網格劃分，將計算區域分成不同區域，每個區分別生成網格，每個區的網格根據堆場地形，堆垛高度，防風網結構等實際情況，分別採用結構網格和非結構網格兩種形式； 第三步:流場的計算及數據處理 ①首先進行不設置防風網的流場計算，分別計算16個風向的無防風網風速流場，計算結果是將堆場的堆表面摩擦風速分成網格區間，將無防風網的16個風向的摩擦風速統計出16個風向的排放源強係數，在下一步計算中備用此數據； ②計算風速流場:觀察堆場內風速流場變化，分別計算16個風向的風速流場，計算結果是將堆場的堆表面摩擦風速分成網格區間，將小於等於煤炭粉塵起塵啟動風速的數據作為一個區間，將防風網布置方案的16個風向的摩擦風速值統計出，根據公式計算出16個風向的排放源強，進行數據處理； ③對上一步計算所提取的堆場表面的摩擦風速進行處理:將堆場的堆表面的摩擦風速分成17個區間，小於等於摩擦風速0.19m/s為一個區間，大於摩擦風速1.69m/s為一個區間，從摩擦風速0.19m/s到1.69m/s，每隔摩擦風速0.lm/s作為一個區間，將這17個區間所佔的面積統計出，根據公式計算出16個風向的排放源強係數； 第四步:防風網抑塵效率 根據第三步③中得出的設置防風網的16個風向的排放源強係數比上第三步①中不設置防風網的排放源強係數，所得的數值即為設置防風網後16個風向的抑塵效率。
全文摘要
本發明提供防風抑塵網除塵效率的數值計算的模擬方法，該方法可用於港口碼頭煤炭或礦石堆場、陸域煤炭或礦石堆場、電廠煤炭堆場的散貨堆場，該方法包括有以下步驟一步，建立堆場三維數學計算模型；二步，計算區域模型進行網格劃分，將一步中的計算區域模型進行網格劃分，將計算區域分成不同區域，每個區分別生成網格，每個區的網格根據堆場地形，堆垛高度，防風網結構等實際情況，分別採用結構網格和非結構網格兩種形式；三步，流場的計算及數據處理。本發明的效果是對已知的防風網布置方案進行科學、準確的除塵效率的數值計算。本計算方法精確到千分位的計算防風抑塵網除塵效率，有利於防風網的平面布置、高度布置、開孔率選擇、網板折角及防風網板材質選擇，優化防風網的設計。
文檔編號G06F17/50GK103106315SQ20131008090
公開日2013年5月15日 申請日期2013年3月14日 優先權日2013年3月14日
發明者白景峰, 趙宏鑫, 薛永華, 彭士濤, 何澤慧, 洪寧寧, 王清彪 申請人:交通運輸部天津水運工程科學研究所