1、1擋風抑塵墻工程方案描述擋風抑塵墻是根據空氣動力學原理將材料加工成特定幾何形狀、開孔率的擋風板，并依托鋼結構支架組合成一定高度的擋風設施，主要針對降低靜態起 塵，其工作機理是：一、降低風速；二、損失來流風動能；三、避免來流風渦 流，減少風的湍流度。擋風抑塵墻由三部分組成：1.擋風抑塵墻墻體；2.墻體支 撐結構；3.地下基礎一預制混凝土塊或現場澆鑄。其墻體板型設計和鋼結構設 計是保證擋風墻整體質量的關鍵。在知名大學流體專家們的幫助下，我公司建立了計算機工作站，安裝了著 名流場計算分析軟件，能夠通過輸入各項目現場的氣象條件來模擬各擋風抑塵 墻工程的工作狀況，從而確定墻高、板型、開孔率等關鍵參數，為

2、各項目量身 訂做擋風效果好、適應當地氣候、能經受強風考驗的工程方案。1.1擋風抑塵墻工作機理降低風速堆煤場能起塵的顆粒一般為 75叩-900叩 之間。在小于75叩 時，因為顆 粒間內聚力增加，起塵反而較難。如經過細粉分離器進入爐膛燃燒顆粒直徑大 概為200目（大概為74卩m，就呈液態狀，人的呼氣都較難使其飄揚起塵。起塵風速與顆粒直徑關系(含濕量W=3.76%)6.50 l6.005.50戸m V速風塵起5.004.504.003.503.002.50 2.000.000 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600 0.700顆粒平均直徑D mm圖1起塵風速與顆粒直徑

3、關系圖1是上海港環境監控中心對港口內煤堆起塵風速進行的實驗研究數據煤堆起塵量與風速的關系可用以下公式表示：Q=a(V-V0) nQ :起塵量a:與粉塵粒度分布有關的系數V:風速V0 :起塵風速n :指數(2.7<*6.23)可見，煤場起塵量和實際風速與起塵風速差值的高次方成正比。減少煤堆表面風速將大大降低起塵量。強風經過擋風抑塵墻后，僅部分來風透過擋風網，其機械能衰減并變為低 速風流，與此同時，這部分風在網前的大尺度、高強度旋渦被衰減、梳理成小 尺度、弱強度旋渦。擋風網后這部分低速、弱紊流度風流掠過煤堆場，形成低 風速梯度、低風速旋度，弱渦量和弱紊流度的堆場區流場，使煤堆場低處起塵 量大

4、幅度減少。損失來流風動能擋風抑塵墻消能是利用通過擋風板孔口的流體突然擴散產生強烈紊動，使流體內部產生剪切摩擦與碰撞來降低流體動能，被降低的大部分動能轉化為熱 能隨流體而走。因此，具有合適透風系數的擋風抑塵墻減塵效果比不透風的墻 效果要好。有研究表明：在其他條件相同時，設擋風抑塵墻的起塵量為不采取 任何措施的0.5%，而設實心擋風墻時為10%。避免來流風渦流，減少風的湍流度由于氣象、地形及堆場內物料等因素影響，堆場內易產生陣發性風，易形 成渦流風，使場內起塵量增加。擋風抑塵墻可破碎陣風形成的渦流 ，從而減少 風的脈動速度，減少煤堆起塵量。1.2擋風抑塵墻網體設計選型說明墻咼煤堆場擋風墻的高度主要

5、取決于煤堆垛高度、煤堆場范圍等因素。據資料 記載，風洞試驗表明：當擋風網的高度為堆垛高度的0.61.1倍時，墻高與抑塵效果成正比；當擋風墻高度為堆垛高度1.11.5倍時，墻高與抑塵效果的變化 逐漸平緩；當擋風墻高度為堆垛高度1.5倍以上時，墻高與抑塵效果的變化不明 顯。因此，擋風墻的高度一般在堆垛高度1.11.5倍內選取。擋風墻高度的確定還應考慮煤堆場范圍的大小，使煤堆場在擋風墻的有效 庇護范圍之內。風洞試驗表明：對墻后下風向25倍墻高的距離內，煤堆垛減 塵率可達90 %以上；對墻后下風向16倍墻高距離內，煤堆垛綜合減塵效率達 到80 %以上；在墻后25倍墻高的距離處有較好的減塵效果；到墻后5

6、0倍墻高 的距離處仍有削減風速20%的效果。實際應用中，擋風抑塵墻的高度通常選取為煤堆高度的1.11.2倍。根據本項目的實際情況，煤堆最大堆高為12m ,主導風為北風、南風和東 風，故在主導風向上設置擋風抑塵墻，墻總高為14m,在南北兩面擋風墻下設置 2m高擋墻，上部設置12m高擋風板，東面利用原有4m高擋土墻，擋墻上面設 置10m高擋風板，西邊非主導方向。根據業主要求，做景觀墻，同樣利用原有 6m高擋土墻。擋風板材料國內外擋風墻的材質主要分為金屬和非金屬兩種。其中金屬分為不銹鋼、 薄鋼板、鍍鋁鋅板等；非金屬分為玻璃鋼、復合材料、柔性網等。非金屬材料 與金屬材料相比，普遍具有以下缺點：(1)

7、在戶外受紫外線影響大，老化速度快，易斷裂，使用周期短，使用壽 命10年以內，投入使用過程中，需要較多的維修費用(2) 阻燃性差，提高了施工中事故發生概率(3) 環保性差，材料難以重復利用，導致二次污染鑒于以上的原因，使用金屬板材的擋風板越來越多被應用到工程實例中。由于本項目靠海，受鹽霧腐蝕。故采用具有更高防腐性能的鍍鋁鋅板作為 底材，底材厚度為0.8mm，經沖孔成型后噴涂高耐候型聚酯塑粉。擋風板板型參數選取A、擋風板折角的選取根據消耗能量，降低風速的目標，可以設計成許多種折板形式。如圖2所圖2可采用的折板形式武漢博奇對0°、30°、45°、60°、五0中

8、角度的折板進行流場模擬，分別獲得 不同折板角度下的模擬數據。xD Q3Cfi QB 112t.41 61.0X圖3不同折板角度的速度等勢圖圖3是各種折板角度的速度等值線的對比圖，從小于2m/s的區域來看，折角 為0和60°的厚度明顯小于其他模型。折角為90°時所有低速區的厚度明顯最 小。從涵蓋所有低速區面積來看，折角為30°和45°時的面積最大。xpn)圖4不同折板角度模型x方向分速度變化圖圖4可以看出所有板型前的風速都急劇下降，在擋風板后又開始回升。在 x=0.5m處，也就是擋風板所在位置，出現第一個速度最低谷點。各個折角板的 第二個速度低谷點都比較接

9、近。而45°和60°折型板后整體流速最小。從強度性能上來說，45。折型擋風板優于 30°折型擋風板；從制造成本來 說，45。折型擋風板優于60°折型擋風板。綜上所述，45。折角的擋風板型性能相對最佳。所以博奇#1板與#2板均采 用45。折型板。B、擋風板開孔率、透風率的選取對于防風物理結構而言，最重要的是開孔率，即擋風板開孔面積和擋風板 展開面積的比例。對于堆煤場空氣流動模擬而言，最重要的是擋風墻的透風 專業整理率，即指擋風板開孔面積和擋風板投影面積的比例 。防風板在設計孔型時，開孔率就決定了實際的透風率。從概念來說，45。折 型擋風板的透風率大于開孔率

10、。在確定折角和板型投影面積后，透風率就等于 開孔率乘以展開面積和投影面積比值。武漢博奇在考慮沖孔、加工工藝的前提下，確定了單波展開長度為310mm，投影長度為250mm的設計參數，進行了不同開孔率、透風率的研 究。板型博奇#1板博奇 #2板博奇#3板博奇#4板開孔率31.8%29.4%19.9%41.3%透風率39.43%36.46%24.68%51.21%表1不同透風率與開孔率的板型oooooooooo O O Q O O DcooO OOOOOOOOO OOOOOOOO OOOOOOOO OOOOOO 石 OOOOOOOO OOOOOOOO OOOOOOOO o oCD O QO CD Q

11、O Q D o o o oooooaooooOOOOOOOOooooooaooo o o oQ O (JOOOOOOOOQOBQ-1開孔示意圖BQ-2開孔示意圖OCDUCDOooooooooooooooooooooooooooooode>ooooooooQOOOOQQQOQoooodooooooooooooooooo00%oooooooCDCDCDCDOO O' o -o oBQ-3開孔示意圖BQ-4開孔示意圖圖5 BQ-1, BQ-2 , BQ-3,BQ-4板開孔示意圖4.42*01富知欝WS.Mc+Crt3.444*013.19*01 丸狩葉on 2.7Oc*01asak*o

12、i1.96e*01147«*Q11.336+01g.越斟知 佃MQ 4-.*00 亂嗎歡 o.oo+ooBQ-lJX V-20m/sCofti-surioE 甘tlogy Magnitude：_Mw 16010TLUEFTT (3d,skc)947c*01 6.?k*01 8.25t+0l7.3*e+0r| 6.Sfte*01 6.424*01 5.9&£*01 5.5Ck*O1 5.0*ttQ1 4.+01 4.13t*01 裁陽m 3.aic*oi a.n«*oi 2.2g”on 1.03*01 I.WfrtOI 9.17e*00 4.594*00 0

13、,00+00Conrtouff qE Velocity MgnitMd (im/s)圖6 BQ-1板速度等勢圖1 nifr+az 1 07021 os»+az口"BtrKH Q3e+朗 0.47 *+01 8.02e*01 7 5Be+01 T HSfr+CH 0 0001 口 flSDe+OI 5.36*+01 4.Q0e+D1 4.46 e*01 4.01e+01 3 5701 3 J2e+012 07*+01 £.±3#401 i.TBt+CH 1.34*+fl1 B.Q2e+00 4.46e+0D 00De+00CnlQum iQif V

14、1;l«dty MjgihrlijdaJu n 3Q, ZQ10FLUENHB3(3d.pbiM. 5he)5. *e+QlS.1D&+D1T.TStOI 7.4+01 TJ3S«<I16. T5e+016D3e+01 卻U1 5.40t+Q1 5D5eHbO14-+01 8創 3.T1t+01 3+D1 3D«+01 2.7fe+01 s»r*ai 2JIfe+01 1A<I1 1356+01 1D1t*Q1 6.75ft+CDCohtoi rsbciv M9hEQu 3X曲1口圖7BQ-2板速度等勢圖16403 1L56c*0S

15、1404*03L40c+02 uh*oa1L3c*O2 和如対 iLO?c*aaMA«*419.!04c*O1Mi«*<n7.39c*O1 殆治仙4.93*0133901 丸畑詢 1 陰-01O.OOc*COftumTe.aLVkTuBOQI-3& V=30rVsL血應W9c*oaW3c*oa 9.73*01 硼g 8.54*01ft-oottoaT43t*Cl16-29c«C1 5L殆g5.15c*O1457««444.00e*C1 輛 a.s6c«ci mg t73c*O1IU4*O15.720*000.004*00

16、CcrvtcHurf of Velocity Mgnift<udc 伽&)l圖8 BQ-3板速度等勢圖1374*01 5.i0c*m 小如刨 4560*01 Eg 4.03t*C1 3J6e*013防冷訕1 3?954*01 丸如心 343*01 企厲U8Z 1L 釧”(H »44*(n W?c*(H 仙EQ 5.3?t*0D £*<00 O.OOtOOnLcHMMiiawui htayriUM im rMr £i 抄*4LAPUiM*npii«w4ih*!2«»< rfaiii*«-aliHJ*1

17、4心j 1HHJ-UnkriRj llrf-H!-ri姬a kMHW圖7 BQ-4板速度等勢圖通過圖5圖7可以看出，開孔率越小（如BQ-3板），在來流風速小時， 容易因為板后負壓形成渦流；在來流風速越大時，因為來流風的動能越大，使 得穿透防風板的質量流量增加，沒有板后負壓，且流速較低，但低速區域范圍 太小，不太適合用于煤場防塵。開孔率越大（如BQ-4板），在來流風速小時， 在板后能形成較大范圍的低速區，滿足堆煤場要求；在來流風速越大時，板后 風的流速較高，不能完全滿足堆煤場要求。BQ-1板相對開孔率適中，透風率也 適宜，在來流風速增加時，均能在板后形成較大范圍的低速區，能滿足堆煤場 要求，而且

18、具有一定的普適性。將本項目的地理位置和氣象條件及煤場布置等輸入計算機，并結合我公司擋風板特性，進行模擬計算，綜合考慮招標文件的要求，初步確定擋風墻相關 參數如下：（1） 從地理位置和氣象條件，本項目所在地全年主導風向為北風。在主導 風向上布置擋風墻，能夠取得較好的煤堆抑塵效果。（2）根據大氣流動可知，風速沿高度變化遵循u=u10（z/10）0.15的變化增 加趨勢。u和u10是高度分別為z和10 m處風速，m/s ；由此可知，風速在10 米以下相對平緩的下降，而在10米以上，呈指數升高。故10米以下的擋風抑 塵墻設置BQ-1板，在10米以上的擋風抑塵墻上設置開孔率稍小的 BQ-2板。從三維數值

19、模擬的結果分析：本項目擋風墻高度為14米，將本項目煤場的 位置、高度等參數輸入大型計算機，進行大范圍的三維模擬。通過嚴格的計算 和分析最終得出最經濟實效的擋風墻布置方案 。與風洞實驗相比，風洞實驗范 圍較小、無法做出與現實相同的湍流度，用來做煤場擋風模擬，有一定的局限 性。我公司以單塊擋風板風洞實驗的數據為基礎 ，并結合以往項目現場實際數據修正。對本項目的三維模擬，精確分析了每個煤場角落、每個煤堆面、每個 煤堆棱角的風速和風壓。得出以下設置方案：擋風板布置：10m以下擋風墻采用BQ-1板，開孔率為31.8%10m以上擋風墻采用BQ-2板，開孔率為29.4%BQ-1擋風板三維模型（小單元）BQ-

20、2擋風板三維模型（小單元）氣流穿過45°折角的擋風抑塵板，過板后氣流對稱相互沖擊，達到消能目的。擋風板壓降是擋風板降低風能的主要性能指標，壓降值越大，說明著風能 被擋風抑塵網網孔形成的渦旋氣流互相消耗，擋風墻后的風速產生的動壓值越低。根據現階段取得的參數，用CFD模擬計算，煤場取134長度為210m，擋 風墻高度為14m取計算域為300m寬,120m高，長度510m，煤堆設為兩垛， 煤堆高度取12m。阻塞率小于4%。按照招標文件要求，抑塵效果按照6級風力 設計，即風速（）m/s下圖為煤堆頂面截面速度分布云圖，煤堆表面的風速大部分降低到4m/s附工辰曲375*013.55t*013.364*01a.TWM3.57e*O18.37e«O1a.i8t*oi1.We*0li1_5St*011_39c*019.S4c*00 陽治00 fr.00c*00 4.03e*00 a.oet-t-co S