施工期隧道负离子技术除尘效率影响因素的数值模拟及试验研究

发布时间：2020-06-21 10:52

【摘要】：公路隧道在我国公路建设中占据着重要地位,隧道施工期粉尘浓度大、难以降除的问题仍然存在,悬浮在隧道内的粉尘颗粒不仅对作业人员的健康产生严重的危害、影响施工进度,而且从洞口排出的粉尘对隧道周边环境产生了二次污染,因此对粉尘降除的研究显得尤为必要。本文提出一种新型除尘方式——负离子技术除尘,此前负离子除尘技术多用于室内、通风管道等环境,相关研究也多集中于此,对施工期隧道此类大空间、高污染的环境缺乏研究。本文通过理论分析、数值模拟和现场试验相结合的方法,分析了可变因素对负离子系统除尘效率的影响,主要包括以下内容:1.理论分析部分介绍了负离子的产生方式、负离子的作用,分析了隧道中负离子技术降除粉尘颗粒的机理,分析了粉尘特性、隧道环境对除尘效率的影响。2.数值模拟采用C++编程编写UDF,对Fluent进行二次开发。依据调研和实测选取隧道模型计算参数,建立隧道及负离子系统三维模型。模型的尺寸跨度大,从最小的2cm到最大的320m,基于结构化网格的有限体积法求解放电电场,采用RNGk-ε双方程湍流模型并通过动量方程附加电场力源项的方法求解电流场,用SIMPLE算法对电场分布、流场分布、颗粒运动进行离散相和流体相相间耦合的数值模拟计算,模拟出了负离子系统在施工期隧道内使用时的电势分布、电流场分布以及颗粒运动情况。3.数值模拟通过改变影响因素的参数,即选取四种粉尘粒径、四种入口风速、四种工作电压、四种粉尘初始浓度和三种安装位置情况进行数值模拟,得到了不同参数条件下粉尘颗粒的运动情况和除尘效率的变化情况,得到了粉尘粒径、入口风速、工作电压、安装位置及粉尘初始浓度对负离子系统在施工期隧道中除尘效率的影响。4.借助SPSS软件对影响因素进行多元线性回归分析,并结合数值模拟结果确定了粉尘粒径、入口风速、工作电压、安装位置及粉尘初始浓度对负离子系统在施工期隧道中除尘效率的影响的大小关系。5.通过在依托工程的隧道中使用负离子系统,进行对比试验,对试验结果进行分析,并与数值模拟结果进行对比。试验结果与数值模拟结果所得规律具有一致性。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U453.83
【图文】：

区域图,电极尖端,负电压,电晕放电

图 2.1 气体的电离负电压的电极尖端出现电晕放电后，在电场区内会形成两个区电极前方约 1mm 的范围内场强极高，从而导致空气电离程度自由电子，将该区域称为负电晕区。产生的自由电子会向正极子向负电极运动。在负电晕区狭小的范围内，电子雪崩的起始极表面场强最大，电子向电极方向运动时不会被气体分子吸收电晕区以外的电场区我们称为电晕外区，该区域较电晕区大很由电子携带的能量较低，与气体分子碰撞时无法使气体分子发子通过碰撞中性气体分子，并与之结合从而形成负离子。电：主要在电晕外区内进行，在电场的作用下自由电子和负离，在运动过程中，自由电子和负离子与径向来流中的粉尘颗粒中性或带正电荷的粉尘颗粒带上了负电荷。

系统模型图,负离子,系统模型,网格划分

（c）图 3.2 隧道内负离子系统模型该模型长度为 10m×2+100m×3 共 320m，宽度为 14m，高度为 7m，放电极半径为1cm，放电极距墙最近距离 30cm，距地面高度 3m，模型左右对称。3.3.2 网格划分针对上述模型，借助 ICEM-CFD 软件进行网格划分，整体采用六面体网格划分方式，其中负离子发生器放电电极表面采用 O-Grid 划分方式、与近壁面处采用 Y-block 划分方式以进行边缘优化，计算域共划分 1073652 个计算单元（如图 3.3 所示）。

【参考文献】