建筑施工高压喷雾降尘机理的数值模拟

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改革开放以来,我国经济高速发展,现代化进程逐渐加快,大规模建造道路、桥梁、民用建筑,但随之而来的大气颗粒物污染问题十分突出,不得不引起全民甚至全球的关注。尤其是近年来,我国多个一二线城市中心区域大面积爆发雾霾事件,爆发的频次越来越高,且范围也越来越广,严重威胁着人类的健康。建筑扬尘是造成大气颗粒物污染的主要原因之一,要想彻底治理雾霾隐患,就必须严格把控建筑扬尘的排放和加强抑尘降尘的措施。本论文主要通过运用数值模拟的方法以探究高压喷雾降尘的机理,从而对高压喷雾降尘的措施进行指导,以降低建筑扬尘对大气带来的不利影响。本研究依托于十三五国家重点研发课题《施工全过程污染物控制技术与监测系统研究及示范》,本文重点工作有:基于全国性的问卷调研和长沙市多个示范工程的实地监测,分析了扬尘污染的成因、特点、危害和对现有的扬尘控制措施评价;在广泛查阅国内外高压喷雾降尘机理相关研究的基础上,总结出液体雾化破碎机理和高压喷雾降尘机理;采用计算流体动力学数值模拟的方法对建筑施工扬尘进行高压喷雾降尘模拟。本文的主要研究内容是对高压喷雾降尘的机理进行探究,以扬尘颗粒和水雾颗粒为研究对象,在掌握两种不同颗粒粒子特性的基础上,分析扬尘颗粒与水雾颗粒的耦合机理。通过对高压喷雾降尘机理的探究,得出高压喷雾降尘的关键影响因素,从而为高压喷雾降尘机理的数值模拟过程提供基本的参数以及耦合模型选取的依据。本文主要结论有:(1)建筑施工深基坑风场基本规律:在深基坑上风向基坑壁附近,气流呈涡流状,形成局部“静风区”,大部分扬尘颗粒被截留在“静风区”,表现为上风向扬尘颗粒扩散速度减缓;深基坑中部处于气流加速区,会加快扬尘颗粒向下风向扩散;深基坑下风向处出现气流“加速区”,会加快扬尘颗粒向外扩散的速度,但由于受下风向基坑壁阻碍,部分扬尘颗粒会堆集在下风向基坑壁处,无法及时扩散到基坑外,称之为扬尘颗粒的“堆散区”;深基坑内部受风场作用后,扬尘颗粒主要集中在上下风向基坑壁处,特别是下风向处的扬尘颗粒浓度较高,建筑施工高压喷雾降尘的降尘重点区域应主要集中在基坑下风向处周边。(2)建筑施工深基坑扬尘扩散基本规律:随着扬尘颗粒粒径的降低,扬尘颗粒越容易从深基坑扩散到基坑外部;且粒径从100μm减小到10μm,扩散增强的效果较明显,而扬尘粒径从10μm减小到2.5μm,继续增强扩散的效果不明显,其中粒径为10μm和2.5μm的扬尘颗粒较易扩散到基坑外部。(3)高压喷雾降尘基本机理:在同等模拟条件下,扬尘经喷雾作用后,由于喷雾和扬尘的结合,减少了扬尘颗粒向基坑外的扩散;扬尘颗粒粒径越小需结合的喷雾越多,则粒径越小降尘效果越明显。(4)喷速对围挡喷淋系统高压喷雾降尘效果的影响:喷雾的出水速度对高压喷雾降尘效率的影响较大,高压喷雾降尘的效率随喷雾速度的增大而增大;喷雾速度从初始值较低开始增大时降尘率提高较明显,但到一定数值,喷雾速度越快,继续降尘的效果则会大大降低。(5)喷淋高度对围挡喷淋系统高压喷雾降尘效果的影响:高压喷雾降尘的效率随喷淋高度的增加而减小;喷淋高度宜取同围挡高度相同的值,当喷淋高度大于此值时,对高压喷雾降尘效率的提高不明显。
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