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基于fluent的汽车轮胎磨损颗粒物散射轨迹及捕集研究
| 论文题名： | 基于fluent的汽车轮胎磨损颗粒物散射轨迹及捕集研究 |
| 关键词： | 汽车轮胎;磨损颗粒物;风压特性;捕集通道;捕集率;数值模拟 |
| 摘要： | 随着城市的建设与发展，人们对机动车的需求也随之增长，目前我国汽车保有量已经突破2.2亿辆，汽车使用造成的污染也日益严重。车辆排放污染有尾气和非尾气排放，随着日趋严格的排放标准的颁布实施，非尾气排放已逐渐成为一种非常严重的污染问题。轮胎磨损颗粒物是汽车非尾气排放的重要组成部分，汽车轮胎磨损产生的有害颗粒污染对人体健康的危害可能比汽车尾气污染更大。因此，对汽车行驶过程中轮胎磨损颗粒物的捕集研究具有重要的现实意义。 本文以奥迪A6及其标配的205/55R16型号轮胎为研究对象，将轮胎设置为旋转壁面，构建了汽车-轮胎-地面空气动力学模型。计算了轮胎-轮罩间隙间的风压与风速，并设计实验进行了对比，验证了模型的准确性。 其次，对轮胎磨损颗粒物进行非稳态追踪，得到汽车行驶过程中轮胎磨损颗粒物散射的高度、宽度等特性。分析了车轮-轮罩之间的风压特性，得到在轮胎正后部位的车轮-轮罩之间存在风压集中区域，分析不同速度下分压集中区域的上下界线，据此设计颗粒物捕集通道。定量分析了人类呼吸带(高度h=1.5m，距车侧边2m)上的捕集前后磨损颗粒物的浓度。 最后，根据风压集中区域，设计了轮胎磨损颗粒物的捕集通道，模拟了汽车在前轮处安设捕集通道、在后轮处安设捕集通道和前后轮处都安设捕集通道三种情况下的15种不同捕集通道方案的捕集效率。分析了捕集通道出入口的压差值，解释了不同方案捕集效率的变化情况。设计了1:10的车辆磨损颗粒物捕集物理装置，设计实验验证了不同捕集通道的捕集效率，发现模拟值与实验值具有较好的一致性。根据得到的最佳捕集方案，研究了车速、颗粒粒径等不同变量下捕集效率的变化情况。 本文基于气固两相流理论，采用DPM模型对轮胎磨损颗粒物在汽车行驶过程中运动进行数值模拟，分析了轮胎-轮罩间风压特性，据此设计捕集通道位置方案，研究了不同情况下不同方案的捕集效果。研究可对控制和减少轮胎磨损颗粒物对环境的影响提供理论指导，对建设环境友好型城市具有重要意义。 |
| 作者： | 董家楠 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 黄海波 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 宁波大学 |
| 学位年度： | 2020 |
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