شماره ركورد
25774
شماره راهنما
MEC2 303
عنوان
مدلسازي بادبردگي پايل ذخيره كنستانتره سنگ آهن
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك - تبديل انرژي
دانشكده
فني و مهندسي
تاريخ دفاع
1404/12/26
صفحه شمار
113 ص.
استاد راهنما
حسين احمدي كيا , عليرضا دستان
كليدواژه فارسي
بادبردگي , پايل ذخيره سازي , كنسانتره سنگآهن , ديناميك سيالات محاسباتي , ديوار متخلخل
چكيده فارسي
بادبردگي از پايلهاي روباز كنسانتره سنگآهن يكي از چالشهاي اصلي كنترل انتشار ذرات در محوطههاي ذخيرهسازي است و ميتواند علاوه بر اتلاف مواد ذخيره، پيامدهاي زيستمحيطي و بهداشتي قابل توجهي ايجاد كند. هدف پژوهش حاضر، توسعه يك چارچوب كمّي براي پيشبيني مقدار بادبردگي و استخراج معيارهاي طراحي ديوارهاي بادشكن صلب و متخلخل در مقياس صنعتي است. در اين پژوهش، ميدان جريان پيرامون پايل بهصورت سهبعدي و با فرض جريان پايا و تراكمناپذير شبيهسازي شد. مدل آشفتگي SST k-ω همراه با شرايط ورودي مبتني بر لايه مرزي اتمسفري بهكار گرفته شد تا كميتهاي نزديكسطح با دقت مهندسي مناسب بازتوليد شوند. سپس مدل تجربي دادهشده توسط سازمان حفاظت محيط زيست آمريكا (EPA) براي بادبردگي در قالب يك تابع كاربر (UDF) پيادهسازي و به حل CFD كوپل گرديد، بهگونهاي كه نرخ برداشت جرم سطحي بر اساس سرعت اصطكاكي و شرط آستانه بادبردگي محاسبه و بهصورت منبع جرمي اعمال شود. ارزيابي سناريوها با استفاده از دو معيار مكمل «نرخ كل بادبردگي» و «مساحت مؤثر بادبردگي» و با اتكا به نتايج آيروديناميكي انجام گرفت تا شدت و گستره بادبردگي بهطور همزمان مورد قضاوت قرار گيرد.با انتخاب يك ديوار متخلخل به ارتفاع 12 متر، هم اندازه با ارتفاع پايل با هندسه مخروطي امتداد يافته در راستاي طولي و قرارگيري آن در فاصلهاي برابر با ارتفاع پايل از لبه جلويي، پيكربندي اوليه سيستم تعريف شد و سپس تعميم آن به شرايط مختلف هندسي انجام و چندين سناريو در نظر گرفته شد، نتايج نشان داد كه ديوار متخلخل، در مقايسه با ديوار صلب، راهكاري كارآمدتر براي كنترل بادبردگي است و وابستگي عملكرد آن به تخلخل خطي نيست؛ بلكه يك بازه بهينه در تخلخلهاي پايين بين 10 تا 20 درصد مشاهده ميشود. با در نظر گرفتن معيار نرخ بادبردگي، ديوار صلب كاهش 68 درصدي داشت و در مقابل، در سناريوهاي منتخب، ديوار متخلخل موجب كاهش نرخ بادبردگي تا حدود 85 تا 90 درصد نسبت به حالت بدون ديوار شد كه نشاندهنده بهبود حدود 20 تا 25 واحد درصدي عملكرد ديوار متخلخل نسبت به ديوار صلب است. همچنين نتايج بررسي پارامتري ارتفاع نشان داد كه در تخلخلهاي پايينتر، ارتفاعهاي نزديك به ارتفاع پايل تا حدود 1.5 برابر آن بهترين عملكرد را از نظر كاهش همزمان شدت و گستره بادبردگي فراهم ميكنند، در حاليكه افزايش بيش از اين مقدار بهبود معناداري در كارايي ايجاد نكرده و عمدتاً موجب افزايش هزينههاي اجرايي ميشود. افزون بر اين، تغيير جهتگيري پايل در نبود ديوار موجب افزايش محسوس نرخ بادبردگي ميگردد، اما استفاده از ديوار متخلخل منتخب اين حساسيت هندسي را بهطور قابل توجهي كاهش داده و دامنه تغييرات نرخ بادبردگي را در سناريوهاي مختلف محدودتر ميسازد.
كليدواژه لاتين
Wind erosion , stockpile , iron-ore concentrate , computational fluid dynamics (CFD) , porous wall
عنوان لاتين
Modeling of wind erosion from open storage piles of iron ore concentrate
گروه آموزشي
مهندسي مكانيك
چكيده لاتين
Wind erosion from open-air iron ore concentrate stockpiles is one of the major challenges in controlling particulate emissions in storage yards and can lead to significant material loss as well as environmental and health impacts. The objective of the present study is to develop a quantitative framework for predicting wind erosion and to derive design criteria for solid and porous windbreak walls at an industrial scale. In this research, the flow field around the stockpile was simulated three-dimensionally under steady and incompressible flow assumptions. The k–ω SST turbulence model, combined with atmospheric boundary layer–based inlet conditions, was employed to accurately reproduce near-surface flow characteristics. Subsequently, the EPA empirical wind erosion model was implemented as a user-defined function (UDF) and coupled with the CFD solver, such that the surface mass removal rate was calculated based on friction velocity and the erosion threshold condition and applied as a mass source term.Scenario evaluations were performed using two complementary metrics, namely the total wind erosion rate and the effective wind erosion area, with reference to the aerodynamic results, allowing the erosion intensity and spatial extent to be assessed simultaneously. By selecting an initial porous wall configuration with a height of 12 m and a wall-to-stockpile distance equal to the stockpile height, and then extending the analysis to various geometric configurations and scenarios, the results demonstrated that porous walls provide a more efficient and robust solution for wind erosion control compared to solid walls. The performance of porous walls was found to be nonlinearly dependent on porosity, with an optimum-like region observed at low porosities between 10% and 20%. While the solid wall reduced the wind erosion index by approximately 68%, the porous wall achieved a reduction of about 85–90% in selected scenarios relative to the no-wall case, corresponding to an improvement of approximately 20–25 percentage points over the solid wall. This enhanced performance is attributed to a more uniform reduction of the velocity field and the suppression of flow separation regions and secondary turbulence in the presence of the porous wall. Furthermore, the results indicated that changes in stockpile orientation significantly increase wind erosion in the absence of a wall, whereas the selected porous wall substantially mitigates this geometric sensitivity and leads to a more stable system response.
تعداد فصل ها
6
فهرست مطالب pdf
158212
نويسنده