防风网扬尘庇护区湍流流场模拟数值边界条件

许栋, 张博曦, 及春宁, 杨海滔, 季则舟, 张志强. 防风网扬尘庇护区湍流流场模拟数值边界条件[J]. 环境工程学报, 2018, 12(10): 2825-2832. doi: 10.12030/j.cjee.201806060
引用本文: 许栋, 张博曦, 及春宁, 杨海滔, 季则舟, 张志强. 防风网扬尘庇护区湍流流场模拟数值边界条件[J]. 环境工程学报, 2018, 12(10): 2825-2832. doi: 10.12030/j.cjee.201806060
XU Dong, ZHANG Boxi, JI Chunning, YANG Haitao, JI Zezhou, ZHANG Zhiqiang. Numerical boundary conditions for simulation of turbulent flow field in the shielding zone behind windbreaks[J]. Chinese Journal of Environmental Engineering, 2018, 12(10): 2825-2832. doi: 10.12030/j.cjee.201806060
Citation: XU Dong, ZHANG Boxi, JI Chunning, YANG Haitao, JI Zezhou, ZHANG Zhiqiang. Numerical boundary conditions for simulation of turbulent flow field in the shielding zone behind windbreaks[J]. Chinese Journal of Environmental Engineering, 2018, 12(10): 2825-2832. doi: 10.12030/j.cjee.201806060

防风网扬尘庇护区湍流流场模拟数值边界条件

  • 基金项目:

    国家自然科学基金创新研究群体项目(51621092)

    国家自然科学基金资助项目(51579175, 51009105)

    天津市科技支撑计划项目(16ZXCXSF00020)

Numerical boundary conditions for simulation of turbulent flow field in the shielding zone behind windbreaks

  • Fund Project:
  • 摘要: 防风网后方存在复杂的湍流结构,通过耗散能量、降低风速形成扬尘庇护区。数值风洞是研究防风网流场结构及预测堆场扬尘的重要方法,由于涉及复杂的大气边界层及多孔介质边界问题,建立高精度的数值风洞目前仍是计算流体的难题。通过一系列数值模拟并与物理实验对比分析,研究了影响防风网数值风洞模拟精度的3个边界条件,即紊流入流边界、地面粗糙边界和多孔介质边界。结果表明:计算域入流紊动强度对风场结构模拟结果具有较大影响,紊动不足能够造成高达50%以上的虚假庇护长度;数值风洞地面粗糙高度通过壁面函数影响流场结构,对防风网抑尘效应有较大影响;防风网阻风效果可利用多孔跳跃介质边界模型实现,模型中惯性阻力系数对模拟结果有较大影响,应根据风压损失系数、防风网厚度和雷诺数设定。
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  • [1] 陈光辉, 段继海, 李建隆. 开孔率对导流型防风网防风抑尘性能影响的数值模拟[J]. 高校化学工程学报, 2013, 27(5): 773-778
    [2] 王泽涛. 防风网风速折减效果及风荷载体型系数风洞研究[D]. 大连: 大连理工大学, 2011
    [3] SANTIAGO J L, MARTIN F, CUERVA A, et al.Experimental and numerical study of wind flow behind windbreaks[J].Atmospheric Environment, 2007, 41(30): 6406-6420 10.1016/j.atmosenv.2007.01.014
    [4] BLOCKEN B, STATHOPOULOS T, CARMELIET J.CFD simulation of the atmospheric boundary layer: Wall function problems[J].Atmospheric Environment, 2007, 41(2): 238-252 10.1016/j.atmosenv.2006.08.019
    [5] 方平治, 顾明, 谈建国. 计算风工程中基于k-ε系列湍流模型的数值风场[J]. 水动力学研究与进展, 2010, 25(4): 475-483
    [6] 许栋, 申振东, 高喜峰,等. 防风网透流风空气动力学特性大涡数值模拟研究[J]. 计算力学学报, 2015, 32(4): 530-536
    [7] 李建隆, 董纪鹏, 陈光辉,等. 防风抑尘网开孔形式对流场的影响[J]. 环境工程学报, 2009, 3(9): 1725-1728
    [8] PERRY R H, GREEN D W, MALONEY J O.Perry's Chemical Engineers' Handbook [M].New York: Mc Grow-Hill, 1997
    [9] 郭辉. 防风网遮蔽效果研究[D]. 大连: 大连理工大学, 2008
    [10] SONG C F, PENG L, CAO J J, et al.Numerical simulation of airflow structure and dust emissions behind porous fences used to shelter open storage piles[J].Aerosol & Air Quality Research, 2014, 14(6): 1584-1592 10.4209/aaqr.2013.11.0331
    [11] HONG S W, LEE I B, SEO I H.Modelling and predicting wind velocity patterns for windbreak fence design[J].Journal of Wind Engineering & Industrial Aerodynamics, 2015, 142: 53-64 10.1016/j.jweia.2015.03.007
    [12] 丛晓春, 曹世青, 陈志龙,等. 不同设置方式下的防风网抑尘效果对比[J].环境工程,2011, 29(5): 67-70
    [13] 徐洪涛, 何勇, 廖海黎,等. 防风网气动特性参数的试验研究[J].安全与环境学报,2010, 10(1): 70-74
    [14] 赵海珍,梁学功,马爱进.防风网防尘技术及其在我国大型煤炭港口的应用与发展对策[J].环境科学研究,2007, 20(2): 67-71
    [15] LIU C C, ZHENG Z Q, CHENG H, et al.Airflow around single and multiple plants[J].Agricultural & Forest Meteorology, 2018, 252: 27-38 10.1016/j.agrformet.2018.01.009
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出版历程
  • 刊出日期:  2018-10-11

防风网扬尘庇护区湍流流场模拟数值边界条件

  • 1. 天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室,天津 300072
  • 2. 中交第一航务工程勘察设计院有限公司,天津 300222
  • 3. 格瑞天津科技发展有限公司,天津 301802
基金项目:

国家自然科学基金创新研究群体项目(51621092)

国家自然科学基金资助项目(51579175, 51009105)

天津市科技支撑计划项目(16ZXCXSF00020)

摘要: 防风网后方存在复杂的湍流结构,通过耗散能量、降低风速形成扬尘庇护区。数值风洞是研究防风网流场结构及预测堆场扬尘的重要方法,由于涉及复杂的大气边界层及多孔介质边界问题,建立高精度的数值风洞目前仍是计算流体的难题。通过一系列数值模拟并与物理实验对比分析,研究了影响防风网数值风洞模拟精度的3个边界条件,即紊流入流边界、地面粗糙边界和多孔介质边界。结果表明:计算域入流紊动强度对风场结构模拟结果具有较大影响,紊动不足能够造成高达50%以上的虚假庇护长度;数值风洞地面粗糙高度通过壁面函数影响流场结构,对防风网抑尘效应有较大影响;防风网阻风效果可利用多孔跳跃介质边界模型实现,模型中惯性阻力系数对模拟结果有较大影响,应根据风压损失系数、防风网厚度和雷诺数设定。

English Abstract

参考文献 (15)

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