一種港口露天散貨堆場粉塵釋放總量的估算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于環(huán)境科學(xué)與工程領(lǐng)域的大氣顆粒物控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種港口 露天散貨堆場粉塵釋放總量的估算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 港口露天礦石堆場，長期露天堆放的散貨粉塵隨風(fēng)揚(yáng)塵、裝卸作業(yè)起塵以及進(jìn)出 車輛在運(yùn)輸過程中產(chǎn)生的揚(yáng)塵一直是港口大氣污染防治的工作。從產(chǎn)塵環(huán)節(jié)上看，露天堆 場是由按照一定方式排列的、若干個堆垛處于堆存狀況的靜態(tài)塵源和堆取料機(jī)工作時(shí)堆垛 處于裝卸狀態(tài)的動態(tài)塵源這兩部分構(gòu)成的復(fù)合性塵源場，具有動態(tài)工作的響應(yīng)特征，而不 是單純的存放過程的靜態(tài)風(fēng)蝕污染問題，正是動態(tài)作業(yè)對堆場塵源釋放總量的貢獻(xiàn)，使得 港口露天堆場的源強(qiáng)釋放量具有擾動特征強(qiáng)、污染變化大、間歇性明顯的特點(diǎn)。
[0003] 露天堆場的兩個主要發(fā)塵環(huán)節(jié)：一是處于堆存狀態(tài)的靜態(tài)揚(yáng)塵，二是堆垛處于裝 卸工作狀態(tài)的動態(tài)揚(yáng)塵。中國專利文獻(xiàn)曾公開了一種用于露天開放性顆粒源風(fēng)蝕釋放因子 的動力學(xué)估算方法【中國專利號：ZL201110243102. 2 ;授權(quán)公告號：CN102289550A】，公開了 一種基于堆存狀態(tài)下的堆垛靜態(tài)釋放量的估算模式，沒有考慮機(jī)械作業(yè)時(shí)工作狀態(tài)下粉塵 動態(tài)釋放量的貢獻(xiàn)，所以露天堆場粉塵釋放總量的確定方法目前還沒有。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的露天堆場粉塵釋放總量的估算模式只考慮到靜態(tài)釋 放量，沒有考慮機(jī)械作業(yè)狀態(tài)下粉塵動態(tài)釋放量的貢獻(xiàn)的不足，提出了一種港口露天散貨 堆場粉塵釋放總量的估算方法。
[0005] 本發(fā)明具體采用如下技術(shù)方案：
[0006] 一種港口露天散貨堆場粉塵釋放總量的估算方法，包括露天開放性顆粒源風(fēng)蝕釋 放因子的動力學(xué)估算方法，所述露天開放性顆粒源風(fēng)蝕釋放因子的動力學(xué)估算方法，包括 以下步驟：
[0007] a選取任意形狀顆粒源，按照I : 1比例，建立顆粒源物理模型；設(shè)計(jì)計(jì)算域，確定 計(jì)算所必需的入口及邊壁條件；
[0008] b采用非均勻四面體網(wǎng)格對步驟a中設(shè)計(jì)的計(jì)算域?qū)嵤┚W(wǎng)格劃分，網(wǎng)格劃分遵循 "近壁加密"原則，即靠近顆粒源物理模型的區(qū)域采用精密網(wǎng)格，遠(yuǎn)處采用稀疏網(wǎng)格；并對網(wǎng) 格劃分方法進(jìn)行敏感性驗(yàn)證，直至網(wǎng)格劃分方法對計(jì)算結(jié)果的敏感性影響< 5%時(shí)，方可認(rèn) 定完成網(wǎng)格劃分；
[0009] c選用穩(wěn)態(tài)k_ ε二方程湍流數(shù)學(xué)模型，將控制方程寫成通用守恒方程，采取有限 容積法將方程離散成差分方程并采用二階迎風(fēng)格式求解；
[0010] d繼續(xù)采用壓力-速度耦合的半隱式算法求解，將計(jì)算誤差控制在δ < KT3以內(nèi)， 以此得到流場計(jì)算結(jié)果；
[0011] e根據(jù)步驟d得到的流場計(jì)算結(jié)果，確定顆粒源上空不同鉛垂高度截面處的風(fēng)速 均值，然后采用冪指數(shù)形式Z = aUm對其進(jìn)行曲線擬合，其中Z為距離顆粒源表面高度，U為 各高度下對應(yīng)的風(fēng)速均值，a和m均為擬合系數(shù)，曲線橫坐標(biāo)為風(fēng)速均值，曲線縱坐標(biāo)為垂 直高度，擬合的曲線在縱坐標(biāo)上的截距，即為摩阻風(fēng)速的作用高度，提取距離顆粒源表面等 作用高度處風(fēng)速值即可獲得摩阻風(fēng)速分布及顆粒源受風(fēng)蝕影響狀況；
[0012] f將步驟e獲取的摩阻風(fēng)速分布以顆粒閾值摩阻風(fēng)速為基準(zhǔn)，劃歸到若干個不同 的速度范圍，統(tǒng)計(jì)各速度范圍段下所對應(yīng)的子區(qū)域面積；
[0013] g按照公式（5)統(tǒng)計(jì)顆粒源各表面風(fēng)蝕起塵量并匯總；
[0014]
[0015] 式中：EF為每年的釋放因子（kg/年）；m為表征顆粒大小的無因次系數(shù)；N為每年 擾動次數(shù)；ut*為顆粒閾值摩阻風(fēng)速（m/s) ;u#為摩阻風(fēng)速（m/s) ;M為摩阻風(fēng)速，大于顆粒 閾值摩阻風(fēng)速所對應(yīng)的網(wǎng)格面積數(shù)；Su是對應(yīng)于第i th擾動下的第j th節(jié)點(diǎn)的單元面積，
[0016] 包括以下步驟：
[0017] 步驟一：采用如上所述的露天開放性顆粒源風(fēng)蝕釋放因子的動力學(xué)估算方法，確 定出擾動1次釋放的靜態(tài)風(fēng)蝕粉塵量Qj;
[0018] 步驟二：根據(jù)全年擾動次數(shù)和公式（2)估算露天散貨堆場靜態(tài)年起塵量Qs:
[0019] (2)
[0020] 式中：N為全年擾動次數(shù)；
[0021] 步驟三：通過公式（3)確定動態(tài)作業(yè)時(shí)的散貨粉塵裝卸系數(shù)，并計(jì)算動態(tài)年起塵 量Qd;
[0022] 0d= 〇.〇4 · h1.23 · V1.6 · e_0.28w (3)
[0023] 式中：β 裝卸作業(yè)起塵系數(shù)，（kg/t) ;v為平均摩阻風(fēng)速，（m/s) ;h為裝卸落差， (m) ;w為貨種含水率，（％ );
[0024] 則動態(tài)年起塵量Qd由公式（4)確定：
[0025] Qd= β d · Qt (4)
[0026] 其中，Qt為年裝卸礦石總量，（t);
[0027] 步驟四：根據(jù)公式（5)估算全年粉塵排放總量Q :
[0028] Q = Qs+ α · Qd (5)
[0029] 式中：α為與動態(tài)作業(yè)方式相關(guān)的調(diào)節(jié)系數(shù)。
[0030] 優(yōu)選地，所述步驟四中的α，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，提出的不同動態(tài)作用方式下α 推薦取值，抓斗卸車機(jī)a = I. 0 ;裝載機(jī)裝車α = 2. 0 ;篩分機(jī)篩分α = 3. 0 ;自動卸車機(jī) α = 2. 5 ;過篩作業(yè)α = 6. 0 ;皮帶機(jī)轉(zhuǎn)接α = 4. 0。
【附圖說明】
[0031] 圖1為一種鐵礦石堆場布置圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步說明：
[0033] 如圖1所示，一種港口露天散貨堆場粉塵釋放總量的估算方法，包括露天開放性 顆粒源風(fēng)蝕釋放因子的動力學(xué)估算方法，該方法采用中國專利文獻(xiàn)公開了的一種用于露 天開放性顆粒源風(fēng)蝕釋放因子的動力學(xué)估算方法【中國專利號：ZL201110243102. 2 ;授權(quán) 公告號：CN102289550A】，露天開放性顆粒源風(fēng)蝕釋放因子的動力學(xué)估算方法，包括以下步 驟：
[0034] a選取任意形狀顆粒源，按照I : 1比例，建立顆粒源物理模型；設(shè)計(jì)計(jì)算域，確定 計(jì)算所必需的入口及邊壁條件；
[0035] b采用非均勻四面體網(wǎng)格對步驟a中設(shè)計(jì)的計(jì)算域?qū)嵤┚W(wǎng)格劃分，網(wǎng)格劃分遵循 "近壁加密"原則，即靠近顆粒源物理模型的區(qū)域采用精密網(wǎng)格，遠(yuǎn)處采用稀疏網(wǎng)格；并對網(wǎng) 格劃分方法進(jìn)行敏感性驗(yàn)證，直至網(wǎng)格劃分方法對計(jì)算結(jié)果的敏感性影響< 5%時(shí)，方可認(rèn) 定完成網(wǎng)格劃分；
[0036] c選用穩(wěn)態(tài)k_ ε二方程湍流數(shù)學(xué)模型，將控制方程寫成通用守恒方程，采取有限 容積法將方程離散成差分方程并采用二階迎風(fēng)格式求解；
[0037] d繼續(xù)采用壓力-速度耦合的半隱式算法求解，將計(jì)算誤差控制在δ < KT3以內(nèi)， 以此得到流場計(jì)算結(jié)果；
[0038] e根據(jù)步驟d得到的流場計(jì)算結(jié)果，確定顆粒源上空不同鉛垂高度截面處的風(fēng)速 均值，然后采用冪指數(shù)形式Z = aUm對其進(jìn)行曲線擬合，其中Z為距離顆粒源表面高度，U為 各高度下對應(yīng)的風(fēng)速均值，a和m均為擬合系數(shù)，曲線橫坐標(biāo)為風(fēng)速均值，曲線縱坐標(biāo)為垂 直高度，擬合的曲線在縱坐標(biāo)上的截距，即為摩阻風(fēng)速的作用高度，提取距離顆粒源表面等 作用高度處風(fēng)速值即可獲得摩阻風(fēng)速分布及顆粒源受風(fēng)蝕影響狀況；
[0039] f將步驟e獲取的摩阻風(fēng)速分布以顆粒閾值摩阻風(fēng)速為基準(zhǔn)，劃歸到若干個不同 的速度范圍，統(tǒng)計(jì)各速度范圍段下所對應(yīng)的子區(qū)域面積；
[0040] g按照公式（5)統(tǒng)計(jì)顆粒源各表面風(fēng)蝕起塵量并匯總；
[0041]
[0042] 式中：EF為每年的釋放因子（kg/年）；m為表征顆粒大小的無因次系數(shù)；N為每年 擾動次數(shù)；ut*為顆粒閾值摩阻風(fēng)速（m/s) ;u#為摩阻風(fēng)速（m/s) ;M為摩阻風(fēng)速，大于顆粒 閾值摩阻風(fēng)速所對應(yīng)的網(wǎng)格面積數(shù)；Su是對應(yīng)于第i th擾動下的第j th節(jié)點(diǎn)的單元面積，
[0043] 包括以下步驟：
[0044] 步驟一：采用如上所述的露天開放性顆粒源風(fēng)蝕釋放因子的動力學(xué)估算