基于一般濃度入射條件的汽車揚(yáng)塵數(shù)值模擬研究.pdf

1、近年來環(huán)境污染問題日益突出,由機(jī)動(dòng)車造成的環(huán)境污染問題尤為明顯。相關(guān)研究表明機(jī)動(dòng)車路面二次揚(yáng)塵約占城區(qū)顆粒物總量的30?50％。機(jī)動(dòng)車二次揚(yáng)塵是由于機(jī)動(dòng)車行駛產(chǎn)生的不均勻時(shí)變流場所引起的路面揚(yáng)塵,該流場會(huì)在近地區(qū)域形成垂直于地面的速度梯度帶動(dòng)顆粒起動(dòng),并促使顆粒進(jìn)一步地運(yùn)動(dòng)與遷移。目前研究行駛汽車揚(yáng)塵問題研究方法有理論研究、數(shù)值模擬、實(shí)驗(yàn)研究。在分析污染物的空間分布上,數(shù)值模擬方法相比其他方法更具優(yōu)勢。
　　本文簡單地分析了揚(yáng)塵機(jī)

2、理,通過顆粒起動(dòng)理論總結(jié)了相關(guān)的數(shù)學(xué)模型。為避免整體均勻入射或局部單一強(qiáng)度入射條件,使得顆粒入射條件更加真實(shí),通過劃分懸移質(zhì)與推移質(zhì),將下邊界從真實(shí)的地面上移至推移質(zhì)與懸移質(zhì)的分界面,此時(shí)地面顆粒的入射條件可以根據(jù)推移質(zhì)輸沙率公式進(jìn)行計(jì)算,避免了處理復(fù)雜的顆粒啟動(dòng)問題,從而得到較真實(shí)的局部濃度入射條件。一旦顆粒進(jìn)入以懸移方式在流場中遷移運(yùn)動(dòng),可以通過對流擴(kuò)散方程對其進(jìn)行準(zhǔn)確描述。隨后對對流擴(kuò)散方程進(jìn)行了簡化,考慮紊動(dòng)擴(kuò)散忽略分子擴(kuò)散,又

3、根據(jù)雷諾比擬假定紊動(dòng)擴(kuò)散系數(shù)等于動(dòng)量交換系數(shù)。
　　本文采用COMSOL軟件中湍流模塊與物質(zhì)傳輸模塊分別對速度場和濃度場進(jìn)行模擬。為了分析相對坐標(biāo)與實(shí)際情況的差別,根據(jù)動(dòng)網(wǎng)格方法得出動(dòng)態(tài)速度場,并與相對坐標(biāo)速度場進(jìn)行對比,發(fā)現(xiàn)相對坐標(biāo)能夠很好地得出速度場。然后建立三維模型通過相對坐標(biāo)方法研究了車輪旋轉(zhuǎn)、顆粒沉降以及車速對揚(yáng)塵量以及揚(yáng)塵分布的影響。
　　結(jié)果表明由推移質(zhì)理論推導(dǎo)得出的反映顆粒起動(dòng)的邊界條件能很好的模擬汽車揚(yáng)塵起

4、動(dòng)問題。使用動(dòng)量交換系數(shù)代替紊動(dòng)擴(kuò)散系數(shù),能夠很好地反映濃度場。在三維數(shù)值仿真中,通過對比得出,重力對揚(yáng)塵的影響可以忽略,而車輪旋轉(zhuǎn)的影響大并且在低速時(shí)尤甚。低車速時(shí),各截面污染物分布相對均勻,高車速時(shí),由于車尾后部出現(xiàn)拖曳渦,在約半個(gè)車身處揚(yáng)塵濃度最高。定量分析表明揚(yáng)塵量與車速之間呈現(xiàn)指數(shù)關(guān)系,車速與揚(yáng)塵高度呈指數(shù)衰減趨勢。從瞬態(tài)擴(kuò)散的結(jié)果分析得出,各個(gè)車速在濃度最高處污染物擴(kuò)散減少至國際一級標(biāo)準(zhǔn)的特征時(shí)間為6-8s,這是由污染物起動(dòng)