無風(fēng)汽車靜止時(shí)基于CFD的CO尾氣擴(kuò)散規(guī)律研究

高尚 曾鵬 楊濤

摘 要：本文以有限元流體分析軟件FLUENT模擬分析了小型汽車在無風(fēng)狀態(tài)時(shí)遇到紅燈停滯狀態(tài)時(shí)，汽車尾氣中的CO的排放情況。得到了CO的速度與壓力分布規(guī)律，其分布規(guī)律與冬季中的烏魯木齊汽車尾部容易粘接污垢的情況符合。

關(guān)鍵詞：CFD；數(shù)值模擬；汽車尾氣

20世紀(jì)90年代初以前，我國大氣污染屬于煤煙型，主要污染源來自工業(yè)廢氣排放。20世紀(jì)90年代后期，機(jī)動(dòng)車快速增長引起的尾氣型污染（如NOX、CO、SO2等）在許多城市逐漸取代煤煙型污染，成為城市大氣污染的主要來源[1]；同時(shí)，由于我國部分大城市人口過度集中，城市建筑物高、道路擁擠，導(dǎo)致機(jī)動(dòng)車尾氣污染物不易擴(kuò)散，汽車污染物排放密度及其造成的大氣污染濃度比發(fā)達(dá)國家高出幾倍，進(jìn)一步加劇了城市機(jī)動(dòng)車尾氣污染對(duì)人體健康的危害，對(duì)大氣環(huán)境質(zhì)量帶來了巨大的壓力，對(duì)環(huán)境保護(hù)提出了挑戰(zhàn)[2]。雖然我國政府部門一直致力于采取措施來緩解城市交通壓力和減少機(jī)動(dòng)車污染物排放，并取得了一定效果，但是我國的機(jī)動(dòng)車污染物排放量基本上呈現(xiàn)出逐年上升的趨勢，并且最近的研究表明汽車尾氣排放是城市霧霾的主要來源，為此研究機(jī)動(dòng)車污染物排放的擴(kuò)散規(guī)律對(duì)控制措施具有十分重要的價(jià)值。本文利用CFD軟件對(duì)汽車尾氣擴(kuò)散情況，設(shè)置邊界條件，建立汽車幾何模型并構(gòu)建相應(yīng)網(wǎng)格，數(shù)值模擬得到一定空間中汽車尾氣擴(kuò)散規(guī)律，為研究和治理汽車尾氣排放提供了必要的指導(dǎo)作用。

1 網(wǎng)格模型構(gòu)建

CFD模擬軟件在建立模型時(shí)采用一前處理軟件AutoCAD、SolidWorks、Icem進(jìn)行繪制模型并設(shè)置一些原始模型參數(shù)，本次建立了街道峽谷的模型，并對(duì)整體模型進(jìn)行了網(wǎng)格劃分，為下一步實(shí)驗(yàn)的演算提供基礎(chǔ)。Icem中根據(jù)街道的實(shí)際情況，建立全尺寸街道模型。將街道簡化為長方體來模擬汽車擴(kuò)散尾氣擴(kuò)散的影響，其尺寸為10m（長）×10m（寬）×5.5m（高），尾氣筒的直徑為51mm。

模型采用六邊形網(wǎng)格分區(qū)劃分，所得數(shù)據(jù)比較精確，網(wǎng)格元素選擇Tet/Hybird，網(wǎng)格類型選擇TGrid，生成整體網(wǎng)格模型。

2 邊界條件

模型構(gòu)建完成后，由于原來創(chuàng)建的街道網(wǎng)格和汽車整體模型是在ICEM中完成，現(xiàn)在把設(shè)置的網(wǎng)格模型全部導(dǎo)入到FLUENT中，并對(duì)前者設(shè)置具體的邊界條件，具體設(shè)置的邊界條件表1所示。

3 數(shù)值模擬結(jié)果及分析結(jié)果

尾氣擴(kuò)散模式主要是來描述大氣對(duì)污染物的輸送、擴(kuò)散和稀釋作用，一般可分為高斯型、數(shù)值型和統(tǒng)計(jì)型等。在國外歐洲、美國和日本自60年代以來主要研究了公路擴(kuò)散和城市汽車尾氣擴(kuò)散的模式。以下從圖1圖2是經(jīng)過街道模型迭代后得到的距離汽車尾氣排放處不同位置處的co速度分步場、壓力分步場和濃度分布場。

4 小結(jié)

本文主要對(duì)街道峽谷模型中汽車的產(chǎn)塵和co排放擴(kuò)散情況進(jìn)行了模擬，得到了以下幾點(diǎn)結(jié)論：（1）無風(fēng)時(shí)汽車在遇到紅燈時(shí)，CO在出排氣筒后，會(huì)發(fā)生湍流，一部分沿著直線向大氣逐步擴(kuò)散，部分CO氣體向上運(yùn)動(dòng)即向汽車尾部方向擴(kuò)散，這與冬季車輛尾部呈現(xiàn)黑色污垢相一致。（2）由其壓力規(guī)律可以看出，CO在出排氣筒后，其壓力在豎直方向上呈現(xiàn)了上升趨勢，空氣中的大型顆粒物此時(shí)在這樣的壓力條件下極易飄向汽車尾部，因此需要對(duì)安裝的直排氣筒進(jìn)行改造。

參考文獻(xiàn)

[1]王曉霞.道路機(jī)動(dòng)車尾氣污染物排放量的預(yù)測與控制措施研究[D].長安大學(xué)，2012.

[2]陳錠渲.道路交通大氣污染與控制研究[D].廣東工業(yè)大學(xué)，2011.

（作者單位：新疆大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院）