挡风抑尘墙工程方案描述.doc

1 挡风抑尘墙工程方案描述挡风抑尘墙是根据空气动力学原理将材料加工成特定几何形状、开孔率的挡风板，并依托钢结构支架组合成一定高度的挡风设施，主要针对降低静态起尘，其工作机理是：一、降低风速；二、损失来流风动能；三、避免来流风涡流，减少风的湍流度。挡风抑尘墙由三部分组成：1.挡风抑尘墙墙体；2.墙体支撑结构；3.地下基础预制混凝土块或现场浇铸。其墙体板型设计和钢结构设计是保证挡风墙整体质量的关键。在知名大学流体专家们的帮助下，我公司建立了计算机工作站，安装了著名流场计算分析软件，能够通过输入各项目现场的气象条件来模拟各挡风抑尘墙工程的工作状况，从而确定墙高、板型、开孔率等关键参数，为各项目量身订做挡风效果好、适应当地气候、能经受强风考验的工程方案。1.1 挡风抑尘墙工作机理1.1.1 降低风速堆煤场能起尘的颗粒一般为75m-900m之间。在小于75m时，因为颗粒间内聚力增加，起尘反而较难。如经过细粉分离器进入炉膛燃烧颗粒直径大概为200目（大概为74m）,就呈液态状，人的呼气都较难使其飘扬起尘。图1 起尘风速与颗粒直径关系图1是上海港环境监控中心对港口内煤堆起尘风速进行的实验研究数据煤堆起尘量与风速的关系可用以下公式表示：Q=a(V-V0)n Q：起尘量 a：与粉尘粒度分布有关的系数 V：风速 V0：起尘风速 n：指数（2.7n6.23）可见，煤场起尘量和实际风速与起尘风速差值的高次方成正比。减少煤堆表面风速将大大降低起尘量。强风经过挡风抑尘墙后，仅部分来风透过挡风网，其机械能衰减并变为低速风流，与此同时，这部分风在网前的大尺度、高强度旋涡被衰减、梳理成小尺度、弱强度旋涡。挡风网后这部分低速、弱紊流度风流掠过煤堆场，形成低风速梯度、低风速旋度，弱涡量和弱紊流度的堆场区流场，使煤堆场低处起尘量大幅度减少。1.1.2 损失来流风动能挡风抑尘墙消能是利用通过挡风板孔口的流体突然扩散产生强烈紊动，使流体内部产生剪切摩擦与碰撞来降低流体动能，被降低的大部分动能转化为热能随流体而走。因此，具有合适透风系数的挡风抑尘墙减尘效果比不透风的墙效果要好。有研究表明：在其他条件相同时，设挡风抑尘墙的起尘量为不采取任何措施的0.5%，而设实心挡风墙时为10%。1.1.3 避免来流风涡流，减少风的湍流度由于气象、地形及堆场内物料等因素影响，堆场内易产生阵发性风，易形成涡流风，使场内起尘量增加。挡风抑尘墙可破碎阵风形成的涡流，从而减少风的脉动速度，减少煤堆起尘量。1.2 挡风抑尘墙网体设计选型说明1.2.1 墙高煤堆场挡风墙的高度主要取决于煤堆垛高度、煤堆场范围等因素。据资料记载，风洞试验表明:当挡风网的高度为堆垛高度的0.61.1倍时，墙高与抑尘效果成正比；当挡风墙高度为堆垛高度1.11.5倍时，墙高与抑尘效果的变化逐渐平缓；当挡风墙高度为堆垛高度1.5倍以上时，墙高与抑尘效果的变化不明显。因此,挡风墙的高度一般在堆垛高度1.11.5倍内选取。挡风墙高度的确定还应考虑煤堆场范围的大小，使煤堆场在挡风墙的有效庇护范围之内。风洞试验表明：对墙后下风向25倍墙高的距离内，煤堆垛减尘率可达90 %以上；对墙后下风向16倍墙高距离内，煤堆垛综合减尘效率达到80 %以上；在墙后25倍墙高的距离处有较好的减尘效果；到墙后50倍墙高的距离处仍有削减风速20%的效果。实际应用中，挡风抑尘墙的高度通常选取为煤堆高度的1.11.2倍。根据本项目的实际情况，煤堆最大堆高为12m，主导风为北风、南风和东风，故在主导风向上设置挡风抑尘墙，墙总高为14m,在南北两面挡风墙下设置2m高挡墙，上部设置12m高挡风板，东面利用原有4m高挡土墙，挡墙上面设置10m高挡风板，西边非主导方向。根据业主要求，做景观墙，同样利用原有6m高挡土墙。3.2.2 挡风板材料国内外挡风墙的材质主要分为金属和非金属两种。其中金属分为不锈钢、薄钢板、镀铝锌板等；非金属分为玻璃钢、复合材料、柔性网等。非金属材料与金属材料相比，普遍具有以下缺点：（1）在户外受紫外线影响大，老化速度快，易断裂，使用周期短，使用寿命10年以内，投入使用过程中，需要较多的维修费用（2）阻燃性差，提高了施工中事故发生概率（3）环保性差，材料难以重复利用，导致二次污染鉴于以上的原因，使用金属板材的挡风板越来越多被应用到工程实例中。由于本项目靠海，受盐雾腐蚀。故采用具有更高防腐性能的镀铝锌板作为底材，底材厚度为0.8mm，经冲孔成型后喷涂高耐候型聚酯塑粉。3.2.3 挡风板板型参数选取A、挡风板折角的选取根据消耗能量，降低风速的目标，可以设计成许多种折板形式。如图2所示。图2 可采用的折板形式武汉博奇对0、30、45、60、90五种角度的折板进行流场模拟，分别获得不同折板角度下的模拟数据。图3 不同折板角度的速度等势图图3是各种折板角度的速度等值线的对比图，从小于2m/s的区域来看，折角为0和60的厚度明显小于其他模型。折角为90时所有低速区的厚度明显最小。从涵盖所有低速区面积来看，折角为30和45时的面积最大。图4不同折板角度模型x方向分速度变化图图4可以看出所有板型前的风速都急剧下降，在挡风板后又开始回升。在x=0.5m处，也就是挡风板所在位置，出现第一个速度最低谷点。各个折角板的第二个速度低谷点都比较接近。而45和60折型板后整体流速最小。从强度性能上来说，45折型挡风板优于30折型挡风板；从制造成本来说，45折型挡风板优于60折型挡风板。综上所述， 45折角的挡风板型性能相对最佳。所以博奇#1板与#2板均采用45折型板。B、挡风板开孔率、透风率的选取对于防风物理结构而言，最重要的是开孔率，即挡风板开孔面积和挡风板展开面积的比例。对于堆煤场空气流动模拟而言，最重要的是挡风墙的透风率，即指挡风板开孔面积和挡风板投影面积的比例。防风板在设计孔型时，开孔率就决定了实际的透风率。从概念来说，45折型挡风板的透风率大于开孔率。在确定折角和板型投影面积后，透风率就等于开孔率乘以展开面积和投影面积比值。武汉博奇在考虑冲孔、加工工艺的前提下，确定了单波展开长度为310mm，投影长度为250mm的设计参数，进行了不同开孔率、透风率的研究。板型博奇#1板博奇#2板博奇#3板博奇#4板开孔率31.8%29.4%19.9%41.3%透风率39.43%36.46%24.68%51.21%表1 不同透风率与开孔率的板型BQ-1开孔示意图BQ-2开孔示意图BQ-3开孔示意图BQ-4开孔示意图图5 BQ-1, BQ-2，BQ-3,BQ-4板开孔示意图图6 BQ-1板速度等势图图7 BQ-2板速度等势图图8 BQ-3板速度等势图 图7 BQ-4板速度等势图通过图5图7可以看出，开孔率越小（如BQ-3板），在来流风速小时，容易因为板后负压形成涡流；在来流风速越大时，因为来流风的动能越大，使得穿透防风板的质量流量增加，没有板后负压，且流速较低，但低速区域范围太小，不太适合用于煤场防尘。开孔率越大（如BQ-4板），在来流风速小时，在板后能形成较大范围的低速区，满足堆煤场要求；在来流风速越大时，板后风的流速较高，不能完全满足堆煤场要求。BQ-1板相对开孔率适中，透风率也适宜，在来流风速增加时，均能在板后形成较大范围的低速区，能满足堆煤场要求，而且具有一定的普适性。将本项目的地理位置和气象条件及煤场布置等输入计算机，并结合我公司挡风板特性，进行模拟计算，综合考虑招标文件的要求，初步确定挡风墙相关参数如下：（1）从地理位置和气象条件，本项目所在地全年主导风向为北风。在主导风向上布置挡风墙，能够取得较好的煤堆抑尘效果。（2）根据大气流动可知，风速沿高度变化遵循u=u10(z/10)0.15的变化增加趋势。u和u10是高度分别为z和10 m处风速，m/s；由此可知，风速在10米以下相对平缓的下降，而在10米以上，呈指数升高。故10米以下的挡风抑尘墙设置BQ-1板，在10米以上的挡风抑尘墙上设置开孔率稍小的BQ-2板。从三维数值模拟的结果分析：本项目挡风墙高度为14米，将本项目煤场的位置、高度等参数输入大型计算机，进行大范围的三维模拟。通过严格的计算和分析最终得出最经济实效的挡风墙布置方案。与风洞实验相比，风洞实验范围较小、无法做出与现实相同的湍流度，用来做煤场挡风模拟，有一定的局限性。我公司以单块挡风板风洞实验的数据为基础，并结合以往项目现场实际数据修正。对本项目的三维模拟，精确分析了每个煤场角落、每个煤堆面、每个煤堆棱角的风速和风压。得出以下设置方案：挡风板布置：10m以下挡风墙采用BQ-1板，开孔率为31.8%。 10m以上挡风墙采用BQ-2板，开孔率为29.4%BQ-1挡风板三维模型 （小单元）BQ-2挡风板三维模型 （小单元）气流穿过45折角的挡风抑尘板，过板后气流对称相互冲击，达到消能目的。挡风板压降是挡风板降低风能的主要性能指标，压降值越大，说明着风能被挡风抑尘网网孔形成的涡旋气流互相消耗，挡风墙后的风速产生的动压值越低。根据现阶段取得的参数，用CFD模拟计算，煤场取134长度为210m，挡风墙高度为14m取计算域为300m宽, 120m高，长度510m，煤堆设为两垛，煤堆高度取12m。阻塞率小于4%。按照招标文件要求，抑尘效果按照6级风力设计，即风速（10.8-13.8）m/s下图为煤堆顶面截面速度分布云图，煤堆表面的风速大部分降低到4m/s附近下图为经煤堆顶截面风压分布云图根据起尘量经验公式Q=a(V-V0)n 其中Q：起尘量； a：与粉尘粒度分布有关的系数； V：风速；V0：起尘风速；n：指数（2.7n6.23），能估算出抑尘效果将大于85%。1.2.4 挡风板的结构挡风板结构如图所示，有单峰、双峰、三峰等三种。多峰挡风板其优点为： (1）