露天堆场的散尘是大气环境污染的主要来源之一,有效防治散尘污染对社会和自然环境有重要意义。本课题主要以防风抑尘网的优化设计为研究目标,探索了防风抑尘网与料堆的距离、防风抑尘网孔径两种影响因素对料堆周围流场特性及料堆表面剪切力特性的影响,最后对防风抑尘网进行了优化方案的选择。本课题主要应用CFD技术进行数值模拟,运用ANSYS Workbench软件进行三维几何模型的构建和网格的划分,运用fluent作为求解器进行计算,进行了网格独立性验证,并使用Tecplot、Origin等软件进行数据处理。数值模拟内容包括风速对无防风抑尘网下的棱台型料堆空气流场特性的影响、防风抑尘网的优化设计对料堆起尘特性的影响和料堆形状对周围空气流场的影响。最后对数值模拟结果进行了验证。得到以下结论:(1)基于绕流堆场三维物理模型,模拟开展了2.5m/s、3m/s、5m/s、7m/s、9m/s五种风速对无防风抑尘网时,料堆周围空气场的影响研究。数值模拟结果表明:不同来流风速下,料堆表面风速相对值分布基本相同;沿迎风面向上,随着高度增大,起尘现象越明显,在堆顶处剪切力最大,且风速越大,起尘的增幅越大;低风速情况下平顶面剪切力变化平缓,高风速下呈现前半程剪切力较强,后半程平缓并趋于稳定;背风面均出现由负压引起的回流涡旋。(2)料堆的起尘变化主要受抑尘网与料堆迎风面中间区域和平顶面的空气流态影响。孔径为10mm时,由竖向压差引起的回流涡旋随着距离的增大而升高,依次为0.016m、0.035m、0.044m;孔径为20mm时,由竖向压差引起的回流涡旋中心高度呈现先增大后减小趋势,依次为0.024m、0.055m、0.025m。迎风侧有回流的情况下,在迎风面产生贴附流会使料堆堆顶处风速增大,料堆易起尘。(3)从压力场来看,φ/d=20/60和φ/d=20/120下的压力系数变化趋势与φ/d=10/60时相似,均为沿来流方向呈现先增加后减小再趋于稳定的趋势,且开孔越小,在迎风侧的压力系数的绝对值越小,对下游平顶面的起尘变化影响越小。从防风抑尘网后方料堆的压力分布云图和料堆近壁面压力系数分布情况来看,当φ/d=10/90时,料堆近壁面的压力场最稳定,料堆起尘变化最不明显。(4)从湍流场来看,防风抑尘网后的高湍流出现在小孔位置,当孔径为10mm时,随着网与料堆距离的增大,网后方的湍流场主要向下游扩散,湍流动能衰减较快,迎风侧的湍流动能相对较低。当孔径为20mm时,随着网与料堆距离的增大,迎风侧的湍流动能呈现先减小后增加趋势。当固定网与料堆的距离为90mm时,从孔径由小增大的过程中发现迎风侧的湍流动能逐渐增大。(5)从表面剪切力来看,当φ/d=10/90、φ/d=15/90、φ/d=20/90、φ/d=10/120时,在接近迎风面顶部的9/10位置以下,剪切力为负值且平缓增长。φ/d=10/90和φ/d=10/120的剪切力的变化相似,φ/d=15/90和φ/d=20/90的剪切力变化相似,在接近迎风面顶部时,剪切力为正,且随高度逐渐增加。(6)防风抑尘网与料堆的距离对料堆起尘影响的研究结果表明:防风抑尘网开孔大小一定时,网与料堆的距离宜设置为1.5倍的堆高,此时,料堆在堆顶处的起尘程度随着孔径的增加由弱到强。(7)料堆形态对料堆起尘影响的研究结果表明:来流空气均沿料堆堆底至堆顶贴附流动,风速逐渐增大,在堆顶处达到最大;圆台型料堆平顶面处风速变化和棱台型料堆相似,在平顶面形成剪切薄层,相比于圆锥型水平风速较小。棱台型在堆顶处风速最大,在迎风侧起尘最强,背风侧起尘最弱;其次是圆台型;圆锥型在堆顶处风速最小,起尘最弱,背风侧起尘最强。