شبیه‌سازی عددی جریان هوا و انتقال ذرات از سطح پشته‌های انباشت مواد اولیه و مقایسة اثرات تغییرشکل و سرعت بر میزان بادبردگی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، آزمایشگاه پژوهشی توربولانس دینامیک سیالات محاسباتی و احتراق، بخش مهندسی مکانیک، دانشگاه قـم

2 دانش‌آموختة کارشناسی مهندسی مکانیک، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه قـم

چکیده

ذخیره‌سازی مواد مصرفی یا تولیدی در فضای آزاد و در معرض جریان هوا موضوع مهم و قابل بررسی از نظر مسائل زیست‌محیطی است. همچنین بادبردگی مواد از پشته‌های ذخیره مواد اولیه در صنایع، سبب مشکلات زیست‌محیطی و تبعات اقتصادی می‌شود. مواد مورد نظر به شکل‌های حجمی مختلف که معمولا هرمی و مخروطی می‌باشند، در محیط اتمسفر انباشته می‌شوند. موضوع مورد بررسی، میزان بادبردگی از سطح پشته و شدت بادبردگی ذرات موجود در سطح آن در اثر جریان هوای آزاد عبوری از روی پشته و نقاط مختلف سطح آن می‌باشد. در این پژوهش، موضوع بادبردگی یا به‌عبارت دیگر، جابه‌جایی و پخش ذرات موجود از سطح مواد انباشته شده و مقایسه اثرات تغییرشکل پشته در کاهش بادبردگی مورد بررسی قرار گرفته است. برای حل این مسأله از شبیه‌سازی عددی سه‌بعدی به‌کمک روش حجم محدود استفاده شده است. نتایج حاصل از این پژوهش، مقایسه میزان بادبردگی در قسمت‌های مختلف پشته را به تفکیک در هر حالت مشخص می‌کند. بر مبنای نتایج حاصل، نقاط بحرانی از نظر بادبردگی برروی پشته در حالت‌های مختلف شناسایی شده است. 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical Simulation of Airflow and Particle Deposition from the Surface of Raw Materials Piles and Studying the Effects of Shape Varia-tions and Free-Stream Velocity in Wind Ero-sion Reduction

نویسندگان [English]

  • Mohammad Kazem Moayyedi 1
  • Ali Bashardust 2
1 Department of Mechanical Engineering, University of Qom
2 Graduated B.Sc. in Mechanical Engineering, Department of Mechanical Engineering, University of Qom
چکیده [English]

Accumulation of consumable or produced materials in out-door areas and exposed to the air flow is an important issue of environmental concern. Also, wind erosion of raw materials from the storage piles in some industries causes environmen-tal problems and economic consequences. The materials are accumulated in various volumetric shapes in an outdoor envi-ronment, which is usually pyramidal and conical. The subject of this study is about the percentage of wind erosion from the surface of the pile and the intensity of the particles deposition due to the free-stream flow passing through the various points of the pile’s surface. In this research, the wind erosion or in other words, the movement and deposition of particles from the surface of the pile have been discussed. So, a comparison between the piles with different shapes has been performed according to the reduction of wind erosion. So, a comparison between the piles with different shapes has been performed according to the reduction of wind erosion.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Wind erosion rate
  • cone pile
  • pyramid pile
  • Eulerian-Lagrangian Approach
  • Environmental fluid dynamics

[1] Bagnold, R.A. (1941). The Physics of Blown Sand and Desert Dunes. Methuen and Co., London.

[2] Lancaster, N., Nickling, W. G., Neuman, C. M., & Wyatt, V. E. (1996), “Sediment flux and airflow on the stoss slope of a barchan dune”, Geomorphology, 17(1-3), 55-62.

[3] Neuman, C. M., Lancaster, N., & Nickling, W. G. (1997), “Relations between dune morphology, air flow, and sediment flux on reversing dunes, Silver Peak, Nevada”, Sedimentology, 44(6), 1103-1111.

[4] Parsons, D. R., Wiggs, G. F., Walker, I. J., Ferguson, R. I., & Garvey, B. G. (2004), “Numerical modelling of airflow over an idealised transverse dune”, Environmental Modelling & Software, 19(2), 153-162.

[5] Badr, T., & Harion, J. L. (2005), “Numerical modelling of flow over stockpiles: Implications on dust emis-sions”, Atmospheric Environment, 39(30), 5576-5584.

[6] Torkian, A., Hassanvand, M. S., Sahebnasagh, M. R., Naddaf, K., & Moayyedi, M. K. (2012), “Experi-mental investigation of the effectiveness of various additives in reducing wind erosion from iron ore piles”, Iranian Journal of Health and Environment, 5(3), 387-398.

[7] Moayyedi, M. K., & Bashardoust, A. (2015), “Numerical Simulation of the Flow Field and Motion of Pollu-tant Particles Around the Raw Materials Piles”, 23th International ISME Conference, Amirkabir University of Technology.

[8] Ashrafi, Kh., Kalhor, M., Shafie pour, M., & Torkian, A. (2013), “Estimation of Winding rate from Iron Ore Stones Using Computational Fluid Dynamics and Von Karmen Methods”, Iranian Journal of Geophysics, 7(4), 170-180. 

[9] Torano, J. A., Rodriguez, R., Diego, I., Rivas, J. M., & Pelegry, A. (2007), “Influence of the pile shape on wind erosion CFD emission simulation”, Applied mathematical modelling, 31(11), 2487-2502.

[10] Diego, I., Pelegry, A., Torno, S., Toraño, J., & Menendez, M. (2009), “Simultaneous CFD evaluation of wind flow and dust emission in open storage piles”, Applied Mathematical Modelling, 33(7), 3197-3207.

[11] Song, C. F., Peng, L., Cao, J. J., Mu, L., Bai, H. L., & Liu, X. F. (2014), “Numerical simulation of airflow structure and dust emissions behind porous fences used to shelter open storage piles”, Aerosol and Air Quality Research, 14(6), 1584-1592.

[12] Furieri, B., Russeil, S., Harion, J. L., Santos, J., & Milliez, M. (2012), “Comparative analysis of dust emis-sions: isolated stockpile vs two nearby stockpiles”, Air Pollution, 285-294.

[13] Torno, S., Rodriguez, R., Allende, C., & Toraño, J. (2010), “Dust emission reduction for open storage min-eral piles by fences: CFD modeling”, WIT Transactions on Ecology and the Environment, 136, 121-128.

[14] Nagel, T., Chauchat, J., Cheng, Z., Liu, X., Hsu, T. J., Bonamy, C., & Bertrand, O. (2017, December), “Two-phase flow simulation of scour around a cylindrical pile”, In AGU Fall Meeting Abstracts.

[15] Novak, L., Bizjan, B., Pražnikar, J., Horvat, B., Orbanić, A., & Širok, B. (2015), “Numerical Modeling of Dust Lifting from a Complex-Geometry Industrial Stockpile”, Strojniski Vestnik/Journal of Mechanical Engi-neering, 61(11), 621-631.

[16] Wilcox, D. C. (1998). Turbulence modeling for CFD (Vol. 2, pp. 172-180). La Canada, CA: DCW indus-tries.

[17] Mihailovic, D. T. (2010). Advances in environmental fluid mechanics. World Scientific.

[18] Sportisse, B. (2009). Fundamentals in air pollution: from processes to modelling. Springer Science & Busi-ness Media.

CAPTCHA Image