车辆行驶时高速公路路堤区域气流场变化的研究

摘要

本论文研究的内容属于国家自然科学基金项目一“高速公路建设对区域气流场影响的研究”(51178033)的一部分。高速公路建设对社会及地区经济发展起到了很大的促进作用，但是高速公路在建设、使用过程中不可避免地对沿线的生态环境（包括空气环境）造成了负面影响。高速公路的建设与使用改变了所在区域原有的相对稳定的气流场，而高速公路上行驶的车辆对高速公路区域流场的扰动更加强烈，使流场分布变得更加复杂。外来气流如机动车尾气、扬尘等污染物在复杂流场中的扩散就更加不可预知，加剧了公路沿线的大气环境污染。所以研究车辆行驶时高速公路区域气流场的分布是很有意义的。
　　本文主要的研究内容有:
　　(1)本文基于计算流体力学的基本理论，采用CFD软件FLUENT对高速公路区域流场进行数值模拟。利用前处理软件GAMBIT建立高速公路、汽车三维几何模型，确定计算域并划分网格，对汽车和高速公路路堤表面加密。选用合适边界条件、求解参数并编写UDF程序，采用RNG k-ε湍流模型，数值计算方法采用有限体积法，采用SIMPLE压力校正算法进行超松弛迭代求解。
　　(2)数值模拟单车运动时高速公路路堤区域流场分布。采用动网格方法模拟单车运动，并改变路堤高度、坡度系数等参数，对比分析不同工况时流场的分布，得到单车行驶时流场的分布规律。
　　(3)数值模拟车队运动时高速公路路堤区域流场的分布。采用滑移网格方法模拟车队运动，改变车队布置方式、路堤高度、坡度系数等参数，对比分析不同工况时流场的分布，得到了车队行驶时流场的分布规律。
　　本文的研究结果为高速公路区域大气环境的变化研究提供一定的参考依据，并提出需要进一步研究的工作。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文研究内容

2 风特性及理论基础

2．1 风特性

2．1．1 大气边界层

2．1．2 平均风特性

2．1．3 脉动风特性

2．2 钝体绕流特性

2．3 计算流体力学基本控制方程

2．4 湍流数值模拟方法

2．4．1 湍流模型

2．4．2 近壁面函数

2．5 控制方程的离散化方法

2．6 相对运动数值模拟方案

2．6．1 一般方法

2．6．2 滑移网格法

2．6．3 动网格方法

2．7 计算平台

2．8 小结

3 物理模型与算例验证

3．1 高速公路流场模拟步骤

3．2 计算域的选取

3．3 网格划分

3．4 边界条件

3．5 物理模型的简化与选取

3．5．1 高度公路模型的选取与简化

3．5．2 车辆模型的选取与简化

3．6 算法有效性验证

3．7 小结

4 单车行驶时高速公路区域流场数值模拟

4．1 计算模型及边界条件

4．2 单车行驶和无车行驶路堤区域流场分布对比

4．3 路堤高度不同时流场的分布

4．4 路堤坡度不同时流场的分布

4．5 小结

5 车队行驶时高速公路区域流场的数值模拟

5．1 车队布置方式对流场的影响

5．1．1 两列车队同向行驶时流场分布

5．1．2 两列车队相向行驶时流场分布

5．1．3 车辆满布时流场的变化

5．2 车队相向行驶时不同时刻流场的变化

5．3 路堤高度不同对流场的影响

5．4 坡度不同对流场的影响

5．5 小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

作者简历

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