不同线型高速公路路堤区域流场与温度场的数值模拟

摘要

本文研究内容属于国家自然科学基金项目——“高速公路建设对区域气流场影响的研究”(51178033)的一部分。我国高速公路建设随着国民经济的飞速发展，以非常快的速度覆盖了全国的交通网络，但是对建设沿线生态环境带来的压力也随之而来。由于高速公路及其车辆改变了原有区域的空气流场的稳定性与区域温度场的分布，特别是加入外来气流，如汽车尾气之后，使得周边气流场特征变得更加复杂，加大了环境保护的难度。由于目前针对高速公路区域环境评价工作与区域气流场变化的研究仍不完善，因此通过理论分析与数值模拟，对高速公路及加入汽车尾气后对区域环境产生影响的研究是很有意义的。
　　本文以计算流体力学基本理论为基础，利用CFD软件FLUNET，对不同线型高速公路区域流场与温度场进行数值模拟，主要研究内容有:
　　(1)对直线型高速公路区域温度场进行数值模拟，分析不同水平面、横截面的温度场分布情况，对比无车和有单车的情况下温度场的分布规律，得到不同工况时区域温度场的分布;对比无尾气排放与有尾气排放时区域温度场的变化情况。
　　(2)对直线型高速公路区域流场进行数值模拟，提出速度变化因子概念，以速度变化因子为分析对象，分析不同水平面、横截面的流场分布变化情况;对比单车状态下，流场与温度场分布情况;分析相同条件下，温度场分布与流场分布之间的关系。
　　(3)对不同线型高速公路模型进行流场及温度场的数值模拟，选取不同的水平面、横截面进行分析，比较不同线型高速公路模型对区域温度场分布所带来的影响。
　　(4)对所研究内容做分析总结，对未来的相关研究的做出了展望。
　　本文的研究工作将为高速公路区域热环境与风环境的研究提供参考。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究意义

1．3 国内外研究方法

1．3．1 计算流体力学研究方法

1．3．2 风工程基本理论

1．3．3 高速公路环境影响研究

1．3．4 流场数值模拟研究

1．3．5 热环境数值模拟研究

1．3．6 污染物扩散研究

1．3．7 本文的研究内容与方法

2 风场数值模拟基础理论

2．1 大气边界层风场特性

2．1．1 平均风特‘性

2．1．2 脉动风特性

2．1．3 大气温度分布特性

2．2 计算流体力学基础

2．2．1 基本控制方程组

2．2．2 湍流数值模拟方法

2．2．3 控制方程的离散化

2．3 近壁面函数

2．4 污染物扩散模拟

2．5 CFD的求解过程

3 高速公路直线路堤区域温度场数值模拟

3．1 建立模型

3．1．1 直线路堤计算模型及网格划分

3．1．2 汽车计算模型与网格划分

3．2 边界条件设置

3．3 数值模拟结果分析

3．3．1 无车与有车状态下不同高度水平面温度场分布

3．3．2 无车与有车状态下不同横截面温度的分布

3．3．3 温度在指定路径上的变化

3．3．4 尾气排放对区域温度场的影响

3．4 本章小结

4 高速公路直线路堤区域流场与温度场的对比分析

4．1 计算模型及网格划分

4．2 边界条件设置

4．3 数值模拟分析

4．3．1 区域流场中的流线

4．3．2 区域流场分布及速度变化因子

4．3．3 不同高度水平面流场分布

4．3．4 不同横截面流场分布

4．3．5 流场与温度场的对比分析

4．4 本章小结

5 高速公路平面线型对区域温度场的影响

5．1 建立计算模型

5．1．1 直线路堤计算模型及网格划分

5．1．2 平面曲线路堤计算模型与网格划分

5．2 边界条件设置

5．3 数值模拟结果分析

5．3．1 路堤线型对区域水平面温度场分布的影响

5．3．2 路堤线型对区域横截面温度分布的影响

5．3．3 指定路径上的温度变化

5．4 本章小结

6 结论

6．1 主要结论

6．2 展望

参考文献

作者简历

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