專利名稱：防風抑塵網(wǎng)除塵效率的數(shù)值計算的模擬方法
技術領域：
本發(fā)明涉及防風抑塵網(wǎng)除塵效率的數(shù)值計算的模擬方法，準確計算防風抑塵網(wǎng)的除塵效率。
背景技術：
自二十世紀七十年代起，西方發(fā)達國家相繼在港口煤堆場及電廠等地使用了防風網(wǎng)，并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(wǎng)防塵技術的研究起步較晚，從1986年，交通行業(yè)有關單位相繼開展了防風網(wǎng)有關防塵技術的研究。本計算方法發(fā)明以前，我國防風網(wǎng)的除塵效率計算基本處于估算狀態(tài)。后來經(jīng)過風洞實驗相關數(shù)據(jù)的分析整理后，采用了一種幾何估算防風網(wǎng)除塵效率方法，即根據(jù)風向、防風網(wǎng)高度及防風網(wǎng)掩護距離等數(shù)據(jù)進行面積比值的方法進行估算。此種方法比較籠統(tǒng)和不準確，對于風向、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(wǎng)平面方案、高度方案、開孔率方案、網(wǎng)板折角方案、防風網(wǎng)板材質(zhì)方案以至于影響到防風網(wǎng)的結構設計方案。對于提高現(xiàn)代企業(yè)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(xiàn)代計算流體技術(Computational Fluid Dynamics,簡稱CFD)的不斷發(fā)展，可以通過數(shù)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(xiàn)象進行系統(tǒng)的分析的研究。把原來在時間域及空間域連續(xù)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系的代數(shù)方程組，然后求解代數(shù)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(wǎng)能夠除掉多少百分比的塵，即防風網(wǎng)的除塵效率。此方法可將防風網(wǎng)技術定量化分析，也可分別對不同地區(qū)的防風網(wǎng)平面建設方案及高度建設方案進行細致優(yōu)化。在起到理想的環(huán)保效果的同時，節(jié)省大量投資費用。這是防風網(wǎng)技術發(fā)展的方向。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有防風網(wǎng)抑塵效果計算方法上的不足，本發(fā)明的目的是提供一種防風抑塵網(wǎng)除塵效率的數(shù)值計算的模擬方法，能夠科學、準確的計算防風抑塵網(wǎng)除塵效率，以利于達到對防風網(wǎng)平面布置方案、高度布置方案、開孔率方案、網(wǎng)板折角方案、防風網(wǎng)板材質(zhì)方案以及防風網(wǎng)結構設計方案的優(yōu)化。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是提供防風抑塵網(wǎng)除塵效率的數(shù)值計算的模擬方法，該方法可用于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(shù)學計算模型①建立計算模型:根據(jù)空氣動力學的要求，所述三維數(shù)學計算模型采用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(jù)堆場當?shù)氐亩汛媪考按a頭吞吐量參數(shù)，計算堆場尺寸，并根據(jù)現(xiàn)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(wǎng)模型:根據(jù)防風網(wǎng)平面布置方案，在建立防風網(wǎng)模型，保證防風網(wǎng)模型與實際方案中的尺寸相對應，并在模型中輸入防風網(wǎng)的開孔率參數(shù)；④建立三維計算區(qū)域模型:根據(jù)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(xiàn)場的地形、地貌實際情況建立三維計算區(qū)域模型；第二步:計算區(qū)域模型進行網(wǎng)格劃分將第一步中④的計算區(qū)域模型進行網(wǎng)格劃分，將計算區(qū)域分成不同區(qū)域，每個區(qū)分別生成網(wǎng)格，每個區(qū)的網(wǎng)格根據(jù)堆場地形，堆垛高度，防風網(wǎng)結構等實際情況，分別采用結構網(wǎng)格和非結構網(wǎng)格兩種形式；第三步:流場的計算及數(shù)據(jù)處理①首先進行不設置防風網(wǎng)的流場計算，分別計算16個風向的無防風網(wǎng)風速流場，計算結果是將堆場的堆表面摩擦風速分成網(wǎng)格區(qū)間，將無防風網(wǎng)的16個風向的摩擦風速統(tǒng)計出16個風向的排放源強系數(shù)，在下一步計算中備用此數(shù)據(jù)；②計算風速流場:觀察堆場內(nèi)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(wǎng)格區(qū)間，將小于等于煤炭粉塵起塵啟動風速的數(shù)據(jù)作為一個區(qū)間，將防風網(wǎng)布置方案的16個風向的摩擦風速值統(tǒng)計出，根據(jù)公式計算出16個風向的排放源強，進行數(shù)據(jù)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(qū)間，小于等于摩擦風速0.19m/s為一個區(qū)間，大于摩擦風速1.69m/s為一個區(qū)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(qū)間，將這17個區(qū)間所占的面積統(tǒng)計出，根據(jù)公式計算出16個風向的排放源強系數(shù)；第四步:防風網(wǎng)抑塵效率根據(jù)第三步③中得出的設置防風網(wǎng)的16個風向的排放源強系數(shù)比上第三步①中不設置防風網(wǎng)的排放源強系數(shù)，所得的數(shù)值即為設置防風網(wǎng)后16個風向的抑塵效率。本發(fā)明的效果是對已知的防風網(wǎng)布置方案進行科學、準確的除塵效率的數(shù)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《廈門港后石港區(qū)散貨碼頭粉塵對周邊環(huán)境敏感點影響研究》項目為例，通過以上步驟的計算防風網(wǎng)的除塵效率最終結果為54.64%，結合噴灑水后的防風網(wǎng)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(wǎng)除塵效率，有利于防風網(wǎng)的平面布置、高度布置、開孔率選擇、網(wǎng)板折角選擇、防風網(wǎng)板材質(zhì)選擇以及防風網(wǎng)結構設計方案的優(yōu)化。


圖1是本發(fā)明方法步驟框圖；圖2是本發(fā)明堆垛三維立體模型的建立；圖3是本發(fā)明防風網(wǎng)模型在計算區(qū)域中模擬情況及擺放位置；圖4是本發(fā)明計算區(qū)域模型之中山體部分的模擬情況；圖5是本發(fā)明堆場整體三維模型的建立；圖6是本發(fā)明堆場整體計算區(qū)域網(wǎng)格分布圖7是本發(fā)明計算結果中整體堆場的風速流場矢量圖；圖8是本發(fā)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(fā)明的防風抑塵網(wǎng)除塵效率的數(shù)值計算的模擬方法加以說明。本發(fā)明的防風抑塵網(wǎng)除塵效率的數(shù)值計算的模擬方法，該方法可用于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(shù)學計算模型①建立計算模型:根據(jù)空氣動力學的要求，所述三維數(shù)學計算模型采用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(jù)堆場當?shù)氐亩汛媪考按a頭吞吐量參數(shù)，計算堆場尺寸，并根據(jù)現(xiàn)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(wǎng)模型:根據(jù)防風網(wǎng)平面布置方案，在建立防風網(wǎng)模型，保證防風網(wǎng)模型與實際方案中的尺寸相對應，并在模型中輸入防風網(wǎng)的開孔率參數(shù)；④建立三維計算區(qū)域模型:根據(jù)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(xiàn)場的地形、地貌實際情況建立三維計算區(qū)域模型；第二步:計算區(qū)域模型進行網(wǎng)格劃分將第一步中④的計算區(qū)域模型進行網(wǎng)格劃分，將計算區(qū)域分成不同區(qū)域，每個區(qū)分別生成網(wǎng)格，每個區(qū)的網(wǎng)格根據(jù)堆場地形，堆垛高度，防風網(wǎng)結構等實際情況，分別采用結構網(wǎng)格和非結構網(wǎng)格兩種形式；第三步:流場的計算及數(shù)據(jù)處理①首先進行不設置防風網(wǎng)的流場計算，分別計算16個風向的無防風網(wǎng)風速流場，計算結果是將堆場的堆表面摩擦風速分成網(wǎng)格區(qū)間，將無防風網(wǎng)的16個風向的摩擦風速統(tǒng)計出16個風向的排放源強系數(shù)，在下一步計算中備用此數(shù)據(jù)；②計算風速流場:觀察堆場內(nèi)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(wǎng)格區(qū)間，將小于等于煤炭粉塵起塵啟動風速的數(shù)據(jù)作為一個區(qū)間，將防風網(wǎng)布置方案的16個風向的摩擦風速值統(tǒng)計出，根據(jù)公式計算出16個風向的排放源強，進行數(shù)據(jù)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(qū)間，小于等于摩擦風速0.19m/s為一個區(qū)間，大于摩擦風速1.69m/s為一個區(qū)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(qū)間，將這17個區(qū)間所占的面積統(tǒng)計出，根據(jù)公式計算出16個風向的排放源強系數(shù)；第四步:防風網(wǎng)抑塵效率根據(jù)第三步③中得出的設置防風網(wǎng)的16個風向的排放源強系數(shù)比上第三步①中不設置防風網(wǎng)的排放源強系數(shù)，所得的數(shù)值即為設置防風網(wǎng)后16個風向的抑塵效率。如圖1中所示，首先經(jīng)過現(xiàn)場實地調(diào)查和相關資料的收集，其次將堆場區(qū)域進行三維模型的建立，通過相關系數(shù)的輸入對堆場防風抑塵網(wǎng)的除塵效率進行計算，然后對計算結果和圖像進行處理和分析后，最后得出結論，本發(fā)明方法對各種形式的防風網(wǎng)工程除塵效率的計算均適合。
本發(fā)明的防風抑塵網(wǎng)除塵效率的數(shù)值計算的模擬方法，該方法該方法可以用于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(fā)明的防風抑塵網(wǎng)除塵效率的數(shù)值計算的模擬方法具體是這樣實現(xiàn)的:①根據(jù)空氣動力學的要求，數(shù)值模擬計算采用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(zhuǎn)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(wǎng)除塵效率的數(shù)值計算的模擬方法，該方法可用于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(shù)學計算模型 ①建立計算模型:根據(jù)空氣動力學的要求，所述三維數(shù)學計算模型采用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(jù)堆場當?shù)氐亩汛媪考按a頭吞吐量參數(shù)，計算堆場尺寸，并根據(jù)現(xiàn)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(wǎng)模型:根據(jù)防風網(wǎng)平面布置方案，在建立防風網(wǎng)模型，保證防風網(wǎng)模型與實際方案中的尺寸相對應，并在模型中輸入防風網(wǎng)的開孔率參數(shù)； ④建立三維計算區(qū)域模型:根據(jù)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(xiàn)場的地形、地貌實際情況建立三維計算區(qū)域模型； 第二步:計算區(qū)域模型進行網(wǎng)格劃分 將第一步中④的計算區(qū)域模型進行網(wǎng)格劃分，將計算區(qū)域分成不同區(qū)域，每個區(qū)分別生成網(wǎng)格，每個區(qū)的網(wǎng)格根據(jù)堆場地形，堆垛高度，防風網(wǎng)結構等實際情況，分別采用結構網(wǎng)格和非結構網(wǎng)格兩種形式； 第三步:流場的計算及數(shù)據(jù)處理 ①首先進行不設置防風網(wǎng)的流場計算，分別計算16個風向的無防風網(wǎng)風速流場，計算結果是將堆場的堆表面摩擦風速分成網(wǎng)格區(qū)間，將無防風網(wǎng)的16個風向的摩擦風速統(tǒng)計出16個風向的排放源強系數(shù)，在下一步計算中備用此數(shù)據(jù)； ②計算風速流場:觀察堆場內(nèi)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(wǎng)格區(qū)間，將小于等于煤炭粉塵起塵啟動風速的數(shù)據(jù)作為一個區(qū)間，將防風網(wǎng)布置方案的16個風向的摩擦風速值統(tǒng)計出，根據(jù)公式計算出16個風向的排放源強，進行數(shù)據(jù)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(qū)間，小于等于摩擦風速0.19m/s為一個區(qū)間，大于摩擦風速1.69m/s為一個區(qū)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(qū)間，將這17個區(qū)間所占的面積統(tǒng)計出，根據(jù)公式計算出16個風向的排放源強系數(shù)； 第四步:防風網(wǎng)抑塵效率 根據(jù)第三步③中得出的設置防風網(wǎng)的16個風向的排放源強系數(shù)比上第三步①中不設置防風網(wǎng)的排放源強系數(shù)，所得的數(shù)值即為設置防風網(wǎng)后16個風向的抑塵效率。
全文摘要
本發(fā)明提供防風抑塵網(wǎng)除塵效率的數(shù)值計算的模擬方法，該方法可用于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(shù)學計算模型；二步，計算區(qū)域模型進行網(wǎng)格劃分，將一步中的計算區(qū)域模型進行網(wǎng)格劃分，將計算區(qū)域分成不同區(qū)域，每個區(qū)分別生成網(wǎng)格，每個區(qū)的網(wǎng)格根據(jù)堆場地形，堆垛高度，防風網(wǎng)結構等實際情況，分別采用結構網(wǎng)格和非結構網(wǎng)格兩種形式；三步，流場的計算及數(shù)據(jù)處理。本發(fā)明的效果是對已知的防風網(wǎng)布置方案進行科學、準確的除塵效率的數(shù)值計算。本計算方法精確到千分位的計算防風抑塵網(wǎng)除塵效率，有利于防風網(wǎng)的平面布置、高度布置、開孔率選擇、網(wǎng)板折角及防風網(wǎng)板材質(zhì)選擇，優(yōu)化防風網(wǎng)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(yōu)先權日2013年3月14日
發(fā)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