乘员舱内颗粒污染物的运动与分布规律数值模拟研究

摘要

车内空气品质的好坏，不仅与驾乘人员的身心健康密不可分，并且直接影响了行车安全。而随着汽车工业的不断发展，汽车逐渐成为日常出行中必不可少的交通工具，人们每天使用汽车的时间也不断增加。因此，分析影响车内空气品质的因素，研究相关污染物的运动与分布规律，寻找出可行的改善措施，为人们提供一个健康纯净的车内环境，具有非常重要的意义。
　　为此，本文以某款汽车的乘员舱为研究对象，对影响乘员舱内空气品质的主要污染物成分，即颗粒污染物，利用数值研究方法对其在乘员舱舒适送风工况下的运动与分布规律做了初步研究。之后，对获得的结果进行了初步应用研究。以下是本文的主要研究内容:
　　首先，通过建立的流动与传热数值计算模型，对乘员舱内车载空调不同送风模式及不同风力下的各种工况进行仿真计算，分析了不同工况下乘员舱内的气流组织形式、风速分布、温度分布及湿度分布。之后，使用PMV-PPD评价体系对乘员舱内的热舒适性进行了评价，并通过UDF编程计算了不同工况下乘员舱全区域及驾驶区域内舒适空间所占的比例。
　　然后，在获得的乘员舱舒适送风工况的基础上，选取乘员舱内部的内源性颗粒污染物和外源性颗粒污染物的典型代表，即烟雾颗粒和尾气颗粒，分别对这两种源头颗粒污染物在乘员舱内的运动与分布规律进行了研究。同时，分析了送风温度、速度、方向等送风参数对烟雾颗粒运动与分布的影响，并使用污染物年龄和污染物驻留时间这两个指标研究了乘员舱对尾气颗粒的去除能力。
　　最后，基于车载空调分区控制技术，进行了同时调控乘员舱内特定区域热舒适性及空气质量的初步研究，完成了驾驶区域舒适比例和污染物年龄的两目标优化，获取了该场景下最适宜的送风参数，为车载分区空调的设计拓宽了思路。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 乘员舱内污染物研究概述

1．3 乘员舱空气污染问题国内外研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 本文主要研究内容

1．5 本章小结

第2章 汽车乘员舱内流场及颗粒物运动数值计算理论

2．1 湍流计算理论

2．1．1 湍流流动概述

2．1．2 Navier-Stokes方程

2．1．3 湍流流动数值模拟

2．1．4 基于雷诺时均方法的湍流模型

2．2 颗粒物运动理论

2．3 CFD数值计算方法

2．3．1 离散原理

2．3．2 离散格式

2．4 CFD数值求解器

2．5 仿真计算流程

2．6 本章小结

第3章 乘员舱数值建模及热舒适性分析

3．1 物理模型及划分网格

3．1．1 物理模型及简化

3．1．2 划分网格

3．1．3 网格独立性验证

3．2 数值模型设定及处理

3．2．1 计算模型

3．2．2 边界条件处理

3．2．3 求解器设定及计算

3．3 乘员舱内部热环境分析

3．3．1 乘员舱内热舒适性调节工况

3．3．2 乘员舱内气流组织形态

3．3．3 乘员舱内风速分布

3．3．4 乘员舱内温度分布

3．3．5 乘员舱内湿度分布

3．4 乘员舱内热舒适性评价

3．4．1 热舒适性评价指标

3．4．2 乘员舱内热舒适性评价

3．4 本章小结

第4章 内源性颗粒污染物运动与分布分析

4．1 颗粒污染物数值计算模型

4．1．1 烟雾颗粒概述及生成

4．1．2 颗粒运动边界条件

4．2 舒适环境中烟雾颗粒运动与分布

4．2．1 烟雾颗粒运动状况分析

4．2．2 驾驶员呼吸区域污染物变化分析

4．2．3 乘员舱内烟雾颗粒悬浮分析

4．3 不同送风参数对颗粒污染物运动与分布的影响

4．3．1 送风温度的影响

4．3．2 送风速度的影响

4．3．3 送风方向的影响

4．4．4 送风湿度的影响

4．4 本章小结

第5章 外源性颗粒污染物运动与分布分析及优化

5．1 尾气颗粒概述及生成

5．2 舒适环境中尾气颗粒运动与分布

5．2．1 尾气颗粒运动状况分析

5．2．2 驾驶员呼吸区域污染物变化分析

5．2．3 乘员舱内尾气颗粒悬浮分析

5．3 乘员舱内尾气颗粒年龄分析

5．3．1 污染物年龄定义及数值计算方法

5．3．2 计算结果及分析

5．4 考虑热舒适性及污染物年龄的送风参数优化

5．4．1 优化设计流程

5．4．2 试验设计及代理模型建立

5．4．3 优化及结果分析

5．5 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢