開(kāi)放性露天堆場(chǎng)的散塵是大氣污染的重要來(lái)源。目前料堆散塵的物理機(jī)制已基本明確,而空氣動(dòng)力作用下散塵規(guī)律的定量研究局限于風(fēng)速作為標(biāo)量的實(shí)驗(yàn)和使用風(fēng)速標(biāo)量信息的數(shù)值模擬,未考慮風(fēng)速方向性對(duì)散塵行為的影響,堆場(chǎng)鈍體改變了近地層風(fēng)場(chǎng)湍流結(jié)構(gòu),料堆表面風(fēng)向逐點(diǎn)不同,忽略風(fēng)速矢量性難以揭示料堆散塵的動(dòng)力學(xué)機(jī)制,解析速度矢量與料堆散塵的關(guān)聯(lián)性對(duì)完善開(kāi)放源散塵規(guī)律具有重要的科學(xué)意義,防風(fēng)抑塵網(wǎng)的抑塵效率取決于網(wǎng)后的湍流結(jié)構(gòu),抑塵網(wǎng)后料堆表面的動(dòng)力機(jī)制是抑塵優(yōu)化的理論依據(jù)。

　　本文通過(guò)對(duì)開(kāi)放性露天堆場(chǎng)周圍空氣流動(dòng)和料堆起塵物理機(jī)制的分析研究,解析速度矢量和散塵規(guī)律的關(guān)聯(lián)性；建立了繞流風(fēng)場(chǎng)的三維數(shù)學(xué)物理模型,在此基礎(chǔ)上對(duì)典型料堆周圍風(fēng)場(chǎng)和不同孔隙率抑塵網(wǎng)前后空氣湍流結(jié)構(gòu)和料堆表面動(dòng)力分布進(jìn)行了數(shù)值模擬；追蹤顆粒相運(yùn)動(dòng),得到堆場(chǎng)顆粒在風(fēng)場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)特性；

　　對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行了必要的驗(yàn)證；得出以下主要結(jié)論。堆場(chǎng)鈍體改變了近地層風(fēng)場(chǎng)湍流結(jié)構(gòu),通過(guò)解析摩阻速度與剪切應(yīng)力關(guān)系,提出將料堆表面剪切應(yīng)力作為體現(xiàn)散塵的標(biāo)識(shí)指標(biāo),較好地解釋了速度矢量與料堆散塵的關(guān)聯(lián)性；迎風(fēng)面從坡底到坡頂剪切層漸薄,剪切速度逐漸增大,風(fēng)速廓線偏離了原有的對(duì)數(shù)分布形態(tài),平頂面前半程受迎風(fēng)面影響較大,剪切層很薄,隨著水平來(lái)流風(fēng)的貼附作用,后半程逐漸呈現(xiàn)與垂直高度的對(duì)數(shù)成正比的風(fēng)速分布,揚(yáng)塵削弱,背風(fēng)面靠近頂部區(qū)域沿坡面向下繞流,2/3高度以下處于回流渦旋,但由于剪切速度較小,揚(yáng)塵量較之迎風(fēng)面和平頂面小得多。數(shù)值模擬了3m/s,5m/s,7m/s,8m/s,10m/s五種來(lái)流風(fēng)速工況,結(jié)果顯示：不同進(jìn)風(fēng)工況下,料堆表面風(fēng)速相對(duì)值分布基本相同；迎風(fēng)面剪切力從底到頂隨來(lái)流風(fēng)速增加而增加,揚(yáng)塵增幅加大,堆高2/3以上為劇,平頂面剪切力呈現(xiàn)前強(qiáng)后緩的趨勢(shì),背風(fēng)面2/3堆高以上剪切力沿坡面向下遞減,2/3以下沿坡面向上?？紫堵适怯绊懸謮m網(wǎng)效率的最主要因素,低孔隙率(0.3)和高孔隙率(≥0.3)抑塵網(wǎng)后料堆周圍風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)和表面剪切力特性迥異；

　　低孔隙率抑塵網(wǎng)的滲流空氣量與繞流空氣相比較小,網(wǎng)后空氣壓降劇烈,抑塵網(wǎng)與迎風(fēng)面間形成渦旋,孔隙率為0時(shí)渦旋強(qiáng)度和直徑最大,渦旋中心高于堆頂,平頂面受其影響呈現(xiàn)回流剪切層,逆向來(lái)流揚(yáng)塵；孔隙率為0.2時(shí)渦旋強(qiáng)度減弱,渦旋中心處于2/3堆高處,平頂面貼附表面向下游流動(dòng),迎風(fēng)面剪切力隨高度增加先增大后減小,最大散塵點(diǎn)位于堆高2/3處,背風(fēng)面始終處于回流區(qū),表面剪切力隨孔隙率大小變化不顯著；高孔隙率滲流風(fēng)增加,網(wǎng)前后壓降減小,抑塵網(wǎng)與迎風(fēng)面之間渦旋消失,呈現(xiàn)完全貼附流狀態(tài),料堆顆粒被風(fēng)揚(yáng)起散至大氣,散塵量最大點(diǎn)位于迎風(fēng)面坡頂,孔隙率增至0.6時(shí),網(wǎng)后流場(chǎng)結(jié)構(gòu)幾乎與無(wú)網(wǎng)工況無(wú)異,抑塵作用不明顯?；诳紫堵蕪?.2到0.3的抑塵網(wǎng)后空氣動(dòng)力學(xué)形態(tài)的不同呈現(xiàn)提出臨界孔隙率,計(jì)算分析孔隙率為0.225、0.25及0.275時(shí)的流場(chǎng)可知,孔隙率在0.25時(shí)料堆周圍流場(chǎng)特性為渦旋流和貼附流主導(dǎo)作用的轉(zhuǎn)折點(diǎn),此時(shí)剪切力最小,僅為無(wú)網(wǎng)時(shí)22.5%,獲悉臨界孔隙率為0.25。料堆表面空氣動(dòng)力學(xué)特性研究更好地解釋了露天堆場(chǎng)的微觀散塵特性,為防風(fēng)抑塵網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了動(dòng)力學(xué)理論依據(jù)。

　　對(duì)數(shù)值模擬的離散格式、抑塵網(wǎng)邊界條件、紊流模型進(jìn)行了驗(yàn)證,將模擬結(jié)果與其他學(xué)者的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比,較好的一致性證實(shí)了所建模型和數(shù)值方法的準(zhǔn)確性。