本科毕业设计汽车尾气的传播特性

1、学 生：王存海 指导教师：易红亮 答辩日期：2011年6月28号 2011年本科毕业生毕业设计答辩 汽车尾气的传播特性 目 录 n计划进度 n大空间无风条件汽车尾气的扩散 模拟 n峡谷模型中污染物的扩散模拟 n十字街口中污染物的扩散模拟 n58周 进行数值模拟前的的准备学习以及 条件参数的确定 n914周 用fluent软件对汽车尾气在不同外 界条件下的扩散进行数值模拟 n1517周 修改建筑布局后再次用fluent软件 对汽车尾气的扩散进行数值模拟，得到优化 结果。 n1819周 撰写论文，答辩 计划进度 物理模型结构示意图 大空间无风条件下汽车 尾气的扩散模拟 源-汽车尾气口 尾气口放大

2、示意图 对象尺寸 整体尺寸（xy）50m30m 尾气口直径（r）0.1m 尾气口中心离地面 高度（h） 0.3m 汽车尾气口 边界条件 对象边界条件类型 fluent中具体对应 设置 污染物（co）释放 面 速度入口 2.5m/svelocity-inlet 右侧面和顶面充分发展出口outflow 其他面固体壁面wall 大空间无风条件下汽车 尾气的扩散模拟 模拟结果 大空间无风条件下汽车 尾气的扩散模拟 结果分析 1. 尾气由尾气口排除后迅速和空气混合，从污染物（co） 过渡到空气的浓度梯度很小； 2. 由于模拟物为密度比空气稍小的co，因此其由尾气口排 除后会慢慢上升并扩散，由于是在静风条

3、件下模拟的，因 此扩散比较均匀； 3. 经过大约10秒后污染物在2m3m的人的主要活动区浓度达 到最大； 4. 经过一段较长时间后污染物会在较空间内趋于均匀分布， 并受地面（wall）影响在靠近地面的一段距离内分布较 为集中。 大空间无风条件下汽车 尾气的扩散模拟 三维峡谷街区中污染物的扩散模拟 三视图 俯视图 物理模型 模型假设 三维峡谷街区中污染物的扩散模拟 模型中建筑均为外形规则布局对称的建筑； 除研究的污染物释放面以外没有别的污染源，不考虑街道上 行人等物体的影响； 由于本模拟过程中不涉及温度的急剧变化，不予考虑热源， 各个面均为绝热面； 由于研究空间内对温度场要求不高，假设为无温差，

4、将研究 空间内温度场视为均匀温度场，温度为300k； 本文研究对象为低速流体，可以认为气流不可压缩，并考虑 重力影响； 风度分布符合标准的指数分布； co释放面均匀释放co，不随时间变化。 模拟参数 对象对象参数参数 地面co入口 质量入口（mass-flow-inlet） 5.4910-3kg/s 右侧面出口充分发展出口（outflow） 顶面和两个侧面对称边界条件（symmetry） 其他面无滑移固壁（wall） 多相流模型混合物模型（mixture） 湍流模型rng k- 模型 其他参数见论文具体设置 三维峡谷街区中污染物的扩散模拟 n风速入口-根据实际情况入口处风速符合指数分 布，本文

5、具体为： v=5*(z/10)0.2m/s 入口风速分布示意图如下： 0246810 0 30 60 90 120 150 velocity_x (m/s) hight (m) v=5*(z/10)0.2 整个入口区域上的风速示意图 高度为020m区域上的风速示意 0246810 0 4 8 12 16 20 velocity_x (m/s) hight (m) v=5*(z/10)0.2 三维峡谷街区中污染物的扩散模拟 风速入口的 udf代码 实现上图中风速 分布使用的用户 自定义函数(udf) 的c源代码 #include udf.h define_profile(velocity_inl

6、et, thread, position) real xnd_nd; /定义质心坐标所 在的数组 real z; /定义质心z坐标变量 face_t, f; /定义face_t类型的变量f begin_f_loop(f, thread) f_centroid(x, f, thread); /从fluent函数得到 个网格质心坐标，并赋值给矢量x z=x1; /x0代表质心的横坐标，x1 代表质心的竖坐标 f_profile(f,thread,position)=5*pow(z/10.0,0.2); /定义指数风速 end_f_loop(f, thread) 三维峡谷街区中污染物的扩散模拟 模拟

7、结果-co浓度分布 三维峡谷街区中污染物的扩散模拟 模拟结果-co浓度分布 三维峡谷街区中污染物的扩散模拟 n在人的主要活动区（z=1.8 m处）co浓度依然很高 n建筑物较高的一侧污染物浓度较大，这是由于建筑物的不对称 性引起的不对称风速造成的 n在高于100 m处污染物已基本扩散至峡谷街道以外 n在最高建筑物（建筑物2，h=40 m）附近存在明显的存在局部 污染物浓度较高的区域，这是由于较高建筑物周围形成的强烈 漩涡大幅度的改变了局部气流特征的原因 n在垂直街道的方向上，污染物呈不规则对称趋势分布，这是受 到街道建筑分布的对称性和建筑高度不尽相同的双重因素的影 响 co浓度分布结果分析 三

8、维峡谷街区中污染物（co） 的扩散和分布情况模拟 模拟结果-混合物速度分布 -80-4004080 -50 -25 0 25 50 x (m) y (m) z= 1.8 m -80-4004080 -50 -25 0 25 50 -3-2-1 0 1 2 3 4 5 6 7 x (m) y (m) z= 1.8 m velocity_x -80-4004080 0 30 60 90 x (m) z (m) y= -50 m -80-4004080 0 30 60 90 -2 -1.5 -1 -0.500.511.522.53 x (m) z (m) y= -50 m velocity_z (m

9、/s) 三维峡谷街区中污染物的扩散模拟 n建筑物后身处形成明显的漩涡（矢量图上成漩涡形状，云图上 出现反向速度），建筑物越高，形成越典型的漩涡 n受建筑物不对性的影响，街道左右两侧风速分布不均匀 n混合物气流随高度的增加整体呈增加的趋势，但在局部地区受 建筑物布局的影响会有急剧增大或者减小 n综合分析知，气流速度受建筑物的高度分布影响十分明显，在 局部地区形成强烈的漩涡气流，而在另外一些地区则形成气流 死区 混合物速度分布结果分析 三维峡谷街区中污染物的扩散模拟 三维十字街口中污染物的扩散模拟 物理模型 建筑群 坐标系原点 计算区域（500m(x)500m(y) 150m(z) ） x z y

10、 模拟参数 对象对象参数参数 地面co入口质量入口（mass-flow-inlet） 5.4910-3kg/s 右侧面出口充分发展出口（outflow） 顶面和两个侧面对称边界条件（symmetry） 其他面无滑移固壁（wall） 多相流模型混合物模型（mixture） 湍流模型 rng k- 模型 其他参数见论文具体设置 三维十字街口中污染物的扩散模拟 模拟结果-co浓度分布和混合物速度分布 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3 3 4 4 4 4 44 5 5 5 6 6 6 7 7 8 8 8 9 9 9 9 10 10 11 11 11 11 11 12 12 13 13 13 14

11、 14 15 15 15 15 16 16 19 -250 -200 -150 -100-50050100150200250 -250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 250 191.9e-06 181.8e-06 171.7e-06 161.6e-06 151.5e-06 141.4e-06 131.3e-06 121.2e-06 111.1e-06 101e-06 99e-07 88e-07 77e-07 66e-07 55e-07 44e-07 33e-07 22e-07 11e-07 x (m) y (m) z=0.1 m 2 3 3 3 4 4

12、 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 5 5 5 6 6 7 7 7 8 8 8 9 9 9 10 10 10 11 11 11 12 12 13 13 13 14 14 14 15 15 -250 -200 -150 -100-50050100150200250 -250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 250 150.22 140.2 130.18 120.16 110.14 100.12 90.1 80.08 70.06 60.04 50.02 40 3-0.02 2-0.04 1-0.06 x (m) y (m) z=

13、0.1 m x-velocity (m/s) (a)浓度（kg/m3） (b)流速（m/s） 近地面处（z=0.1 m）的co浓度和速度分布 三维十字街口中污染物的扩散模拟 模拟结果-co浓度分布和混合物速度分布 (a)浓度（kg/m3） (b)流速（m/s） 高度z=1.8 m处的co浓度和速度分布 1 1 2 2 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 5 5 5 5 6 6 7 7 7 7 8 8 8 8 9 9 9 10 10 10 10 10 11 11 11 12 12 13 13 13 15 15 15 15 16 16 16 17 17 18 18 19 -250 -200

14、 -150 -100-50050100150200250 -250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 250 191.9e-06 181.8e-06 171.7e-06 161.6e-06 151.5e-06 141.4e-06 131.3e-06 121.2e-06 111.1e-06 101e-06 99e-07 88e-07 77e-07 66e-07 55e-07 44e-07 33e-07 22e-07 11e-07 x (m) y (m) z=1.8 m 2 3 5 6 6 7 7 8 8 8 8 9 9 9 9 9 9 10 10 10 10

15、 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 12 12 12 12 12 13 13 13 13 13 14 -250 -200 -150 -100-50050100150200250 -250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 250 140.4 130.3 120.2 110.1 100 9-0.1 8-0.2 7-0.3 6-0.4 5-0.5 4-0.6 3-0.7 2-0.8 1-0.9 x (m) y (m) z=1.8 m x-velocity (m/s) 三

16、维十字街口中污染物的扩散模拟 模拟结果-co浓度分布和混合物速度分布 (a)浓度（kg/m3） (b)流速（m/s） 高度z=5 m处的co浓度和速度分布 1 1 1 1 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 4 4 5 5 5 5 5 5 5 6 6 6 6 7 7 7 8 8 8 8 8 9 9 9 9 9 10 10 10 10 11 11 11 11 12 12 13 13 13 14 14 15 15 15 16 16 17 18 18 -250 -200 -150 -100-50050100150200250 -250 -200 -150 -100 -50 0 50 100

17、150 200 250 191.9e-06 181.8e-06 171.7e-06 161.6e-06 151.5e-06 141.4e-06 131.3e-06 121.2e-06 111.1e-06 101e-06 99e-07 88e-07 77e-07 66e-07 55e-07 44e-07 33e-07 22e-07 11e-07 x (m) y (m) z=5 m 4 6 6 6 7 7 7 8 8 8 8 9 9 9 9 9 9 9 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 11 11 11 11 11 11 11 11 1

18、1 12 12 12 -250 -200 -150 -100-50050100150200250 -250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 250 140.8 130.6 120.4 110.2 100 9-0.2 8-0.4 7-0.6 6-0.8 5-1 4-1.2 3-1.4 2-1.6 1-1.8 x (m) y (m) z=5 m x-velocity (m/s) 三维十字街口中污染物的扩散模拟 模拟结果-co浓度分布和混合物速度分布 (a)浓度（kg/m3） (b)流速（m/s） 高度z=20 m处的co浓度和速度分布 1 1 1 1 1 1

19、 1 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 4 4 4 4 5 5 5 5 6 6 6 6 6 7 7 7 7 8 8 8 9 9 9 10 10 11 11 12 12 12 13 13 14 15 15 16 17 -250 -200 -150 -100-50050100150200250 -250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 250 181.8e-06 171.7e-06 161.6e-06 151.5e-06 141.4e-06 131.3e-06 121.2e-06 111.1e-06 101e-06 99e-07 88e-0

20、7 77e-07 66e-07 55e-07 44e-07 33e-07 22e-07 11e-07 x (m) y (m) z=20 m 3 3 4 5 5 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 7 7 7 7 7 7 8 8 9 10 -250 -200 -150 -100-50050100150200250 -250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 250 102 91.5 81 70.5 60 5-0.5 4-1 3-1.5 2-2 1-2.5 x (m) y (m) z=20 m x-velocity (m/s) 三维十字街口中污染物的扩

21、散模拟 模拟结果-co浓度分布和混合物速度分布 (a)浓度（kg/m3） (b)流速（m/s） 高度z=40 m处的co浓度和速度分布 1 1 1 2 2 2 3 3 4 4 5 5 6 7 7 7 8 9 10 12 -250 -200 -150 -100-50050100150200250 -250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 250 168e-07 157.5e-07 147e-07 136.5e-07 126e-07 115.5e-07 105e-07 94.5e-07 84e-07 73.5e-07 63e-07 52.5e-07 42e-07 31.5e-07 21e-07 15e-08 x (m) y (m) z=40 m 1 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 4 4 5 5 5 5 5 5 6