基于临界阈值的重型商用车机舱底部扬尘污染优化研究

作     者：王青青 

作者单位：桂林电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：唐荣江

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 082304[工学-载运工具运用工程] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：扬尘 CFD 临界阈值 重型商用车 数值仿真 

摘      要：随着环保意识的深入人心,人们在注重生活品质的同时会关注到更多的环保议题。对于作为交通运输工具的车辆而言,人们对其除了性能方面的需求,也提出了更多环保方面的要求。其中,汽车扬尘已是一个不可避免的议题。有研究表明,机动车所引起的扬尘污染可以占到城区颗粒物总污染数量的百分之三十以上。作为承载主要运输工作的重型商用车,其行驶的路面情况更为复杂,在其作业区或者行驶活跃地带,所造成的扬尘颗粒物污染更加严重。当重型商用车行驶经过未铺装的道路时,会引起大量扬尘,既污染环境也容易损害路人、附近居民和作业人员的身体健康。本文基于计算流体动力学方法（CFD）,采用标准k-ε湍流模型模拟计算域内流场变化,使用气固二相流理论和DPM技术预测固体颗粒在流场中的运行轨迹,对重型商用车的道路扬尘展开研究。重型商用车扬尘研究尚处于初始阶段,没有相应的参考标准,为解决其道路扬尘问题,本文通过重型商用车在未铺装道路上的路试试验以及大量定置试验,结合数据分析,提出了发动机舱底下地面起尘的临界阈值概念,以此作为评判扬尘优化效果的重要参考并探讨可行的减尘方案措施。通过监测实车试验中发动机舱温度敏感部件的温度、冷却风扇吹起的气流流向地面后的速度分布情况,以温敏部件的温度和地面风速分布情况对比验证仿真模型,确定仿真模型计算结果基本可靠。然后对仿真结果进行分析讨论,研究减少扬尘颗粒的具体方案。在车辆模型的计算域中,分别在车身左侧、右侧以及后方区域建立截面体空间以检测空间内的瞬时颗粒数量。对获得的数据进行处理后绘制图形曲线,分析车身不同方向上的扬尘差异,以及对比采取减尘措施前后在车身不同方向上的优化效果,得到最优的减尘措施方案。通过研究表明,优化机舱内部布局、引导冷却风扇气流、抑制车身中间位置气流对固体颗粒二次加速等可以有效减少扬尘颗粒向空间中输送。其中,在风扇后添置聚风板引导气流以减少颗粒起尘的方案效果最佳。最后将三种方案整合讨论,使得发动机舱底下落地风速最大值低于临界阈值,取得了扬尘颗粒减少34.7%的显著效果。最后,通过热平衡仿真验证了扬尘优化措施不会对发动机舱热平衡产生不利影响。