• ISSN 0258-2724
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施工隧道负离子除尘效率的主要影响因素

徐世强 王明山 李杰 胡耀洲 任洪远

徐世强, 王明山, 李杰, 胡耀洲, 任洪远. 施工隧道负离子除尘效率的主要影响因素[J]. 西南交通大学学报, 2020, 55(1): 210-217. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180367
引用本文: 徐世强, 王明山, 李杰, 胡耀洲, 任洪远. 施工隧道负离子除尘效率的主要影响因素[J]. 西南交通大学学报, 2020, 55(1): 210-217. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180367
XU Shiqiang, WANG Mingshan, LI Jie, HU Yaozhou, REN Hongyuan. Main Influencing Factors of Dust Removal Efficiency by Negative Ionization in Tunnel Construction[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2020, 55(1): 210-217. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180367
Citation: XU Shiqiang, WANG Mingshan, LI Jie, HU Yaozhou, REN Hongyuan. Main Influencing Factors of Dust Removal Efficiency by Negative Ionization in Tunnel Construction[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2020, 55(1): 210-217. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180367

施工隧道负离子除尘效率的主要影响因素

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180367
基金项目: 国家自然科学基金(41672305);陕西省交通厅科技项目(20160023K)
详细信息
    作者简介:

    徐世强(1972—),男,副教授,博士,研究方向为隧道工程,E-mail:164398791@qq.com

  • 中图分类号: U453.8+3

Main Influencing Factors of Dust Removal Efficiency by Negative Ionization in Tunnel Construction

  • 摘要: 为研究施工隧道内粉尘颗粒粒径、颗粒浓度、通风风速和负离子系统工作电压、纵向安装位置对负离子系统粉尘降除效率的影响,依据调研和实测选取隧道计算参数,建立隧道及负离子系统三维模型,采用RNG k-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,利用拉格朗日法求解粉尘颗粒的运动轨迹,用SIMPLE算法对颗粒运动与电场流场进行离散相和流体相相间耦合的数值模拟计算,并将模拟结果和隧道现场抽样试验结果对比分析. 研究结果表明:隧道粉尘粒径越大,浓度越大,风速越低,负离子系统工作电压越高,系统纵向安装位置越偏于上风口,负离子系统除尘效率越高;两组现场抽样试验与对应数值模拟所得的除尘效率分别为41.2%、56.7%和38.2%、51.1%,误差分别为15.5%和12.9%. 考虑施工隧道大空间复杂环境的影响,通过数值模拟的方法来研究负离子系统除尘效率及其与主要影响因素的关系是可行的.

     

  • 图 1  物理模型(单位:米)

    Figure 1.  Physical model(unit:m)

    图 2  粉尘颗粒在不同流场速度下浓度分布云图

    Figure 2.  Concentration distribution cloud chart of dust particles at different flow velocities

    图 3  入口风速与除尘效率的关系曲线

    Figure 3.  Relationship between ventilation velocity and dust removal efficiency

    图 4  工作电压与除尘效率的关系曲线

    Figure 4.  Relationship between working voltage and dust removal efficiency

    图 5  粉尘颗粒浓度与除尘效率的关系曲线

    Figure 5.  Relationship between dust particle concentration and dust removal efficiency

    图 6  纵向安装位置与除尘效率的关系曲线

    Figure 6.  Relationship between longitudinal installation position and dust removal efficiency

    表  1  边界条件

    Table  1.   Boundary conditions

    位置类型离散相边界类型
    进口 速度进口 反射
    出口 压力出口 逃逸
    电极 墙体 反射
    地面 墙体 捕捉
    墙面 墙体 捕捉
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    表  2  物理参数

    Table  2.   Physical parameters

    物理参数取值
    a/(kg•(m•s) −1 1.73 × 10−5
    ε0 /(C2•(N•m2−1 8.85 × 10−12
    kB/(J•K −1 1.38 × 10−23
    e/C 1.6 × 10−19
    ρp/(kg•m−3 2 500
    ρ/(kg•m−3 1.205
    μl/(cm2•(V•s)−1 1.8
    Dl/(m2•s) 3.6 × 10−6
    μ/(kg•(m•s)−1 1.8
    U0/kV 0
    εr 1.000 59
    T/℃ 20
    U/kV 10、30、50、70
    u /(m•s−1 0.1、0.2、0.5、1.0
    dp/(× 10−6 m) 1、2、5、10
    c/(g•m−3 0.001、0.010、0.100、1.000
    C C1、C2、C3、C4
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    表  3  现场试验与数值模拟结果对比

    Table  3.   Comparison of the results obtained from field test and numerical simulation

    参数试验1试验2
    试验平均浓度(测点1)/(mg•m−33.13.5
    试验平均浓度(测点2)/(mg•m−35.25.7
    试验除尘效率/%41.2 38.2
    模拟除尘效率/%56.7 51.1
    误值/%15.5 12.9
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-05-02
  • 修回日期:  2018-10-29
  • 网络出版日期:  2018-12-21
  • 刊出日期:  2020-02-01

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