下面文章簡(jiǎn)要闡述了仿綠化帶木質(zhì)過(guò)濾板的制作和道路試驗(yàn)情況，對(duì)FLUENT軟件的多孔介質(zhì)模型模擬理論進(jìn)行了介紹。并且通過(guò)建立相關(guān)模型，對(duì)交通環(huán)境中的空氣流經(jīng)過(guò)濾板的情況進(jìn)行了仿真分析，從速度和壓力變化圖可以明顯看出氣體流經(jīng)過(guò)濾板時(shí)各處的速度和壓力變化，希望本次仿真分析為以后過(guò)濾板最佳密度的確定奠定了基礎(chǔ)。

　　關(guān)鍵詞：綠化帶,過(guò)濾板,仿真,分析

　　隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和生活水平的不斷提高，大氣污染日趨嚴(yán)重。許多學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，城市中植被覆蓋面積越大的地區(qū)污染物濃度越低[1]。綠化帶具有濾塵、吸毒、放氧等凈化大氣的作用，這一發(fā)現(xiàn)使得空氣污染的治理有了新的突破，道路綠化成為緩解大氣污染的一種手段[2]。

　　1仿綠化帶木質(zhì)過(guò)濾板道路試驗(yàn)

　　仿綠化帶木質(zhì)過(guò)濾板是根據(jù)我國(guó)東北地區(qū)冬季時(shí)間長(zhǎng)、城市道路綠化帶無(wú)綠葉的現(xiàn)狀而研制的，以期能夠達(dá)到凈化空氣、美化城市道路環(huán)境的作用。該試驗(yàn)?zāi)举|(zhì)過(guò)濾板的原材料是松木，經(jīng)過(guò)削片、粉碎、施膠、攪拌、烘干等工序壓制而成。按照國(guó)家環(huán)境監(jiān)測(cè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)研制的仿綠化帶木質(zhì)過(guò)濾板進(jìn)行了道路試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)過(guò)濾板的PM2.5平均值比之前的數(shù)值低15%左右，說(shuō)明仿綠化帶木質(zhì)過(guò)濾板具有一定的吸附能力[3]。

　　通過(guò)對(duì)試驗(yàn)板進(jìn)行電鏡觀察和能譜分析，發(fā)現(xiàn)過(guò)濾板中含有C、N、Pb、F等元素，進(jìn)一步證明仿綠化帶木質(zhì)過(guò)濾板不僅能夠過(guò)濾道路交通環(huán)境中的污染物，還能夠吸附大氣中的其他污染物，起到凈化空氣的作用[3]。

　　2FLUENT多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)模型模擬理論

　　2.1FLUENT簡(jiǎn)介

　　計(jì)算流體力學(xué)(ComputationalFluidDynamics簡(jiǎn)稱CFD)的主要內(nèi)容是采用數(shù)值計(jì)算的方法，通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)求解流體運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)表達(dá)形式——控制方程，進(jìn)而研究流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律[4]。FLUENT軟件是目前市場(chǎng)上最流行的CFD軟件，是用于計(jì)算流體流動(dòng)、傳熱問(wèn)題和化學(xué)反應(yīng)的程序。它在美國(guó)的市場(chǎng)占有率達(dá)到60%，也是在中國(guó)得到最廣泛使用的CFD軟件[5]。

　　2.2FLUENT多孔介質(zhì)模型理論分析

　　層流和湍流是自然界流體流動(dòng)的兩種形式。任何流動(dòng)系統(tǒng)都必須以三大基本守恒定律作為基礎(chǔ)，但對(duì)于湍流情況模型，需要使用處理速度較高、內(nèi)存容量較大的數(shù)值模擬方法直接求解瞬態(tài)控制方程[6]。湍流是一種復(fù)雜的不定常的隨機(jī)流動(dòng)，本文所研究的道路仿綠化帶木質(zhì)過(guò)濾板對(duì)空氣的需求量很大，雷諾數(shù)也大，所以筆者認(rèn)為通過(guò)過(guò)濾板的空氣流動(dòng)是湍流。

　　多孔介質(zhì)模型就是在定義為多孔介質(zhì)的區(qū)域，結(jié)合了一個(gè)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)假設(shè)為主的流動(dòng)阻力，實(shí)際上是在動(dòng)量方程上又疊加了一個(gè)動(dòng)量源項(xiàng)，其適用范圍非常廣泛[7]。由于仿綠化帶木質(zhì)過(guò)濾板主要過(guò)濾元件為過(guò)濾板內(nèi)部多條木條非規(guī)則黏合在一起的孔隙結(jié)構(gòu)，因而選用多孔介質(zhì)模型來(lái)研究過(guò)濾板的空氣流動(dòng)作用。因?yàn)椴煌�的空氣流�?dòng)方式對(duì)多孔介質(zhì)的設(shè)定公式也不同，結(jié)合本研究的實(shí)際情況，最終選擇多孔介質(zhì)模型中的層流模型進(jìn)行研究[8]。

　　3仿綠化帶木質(zhì)過(guò)濾板空氣流動(dòng)仿真

　　3.1仿綠化帶木質(zhì)過(guò)濾板建模

　　3.1.1模型建立

　　利用ANSYS中的DesignModeler軟件建立的過(guò)濾板模型，其中實(shí)心部分為過(guò)濾板，尺寸為60cm×56cm×6cm。依據(jù)具體的試驗(yàn)環(huán)境，設(shè)定距離木質(zhì)過(guò)濾板六個(gè)面為100cm作為氣體流動(dòng)的區(qū)域，外面的大長(zhǎng)方體是空氣流動(dòng)的最大空間。

　　3.1.2網(wǎng)格劃分

　　根據(jù)試驗(yàn)時(shí)的天氣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，設(shè)定風(fēng)速和風(fēng)向。將過(guò)濾板模型直接導(dǎo)入ICEMCFD中，進(jìn)行網(wǎng)格劃分。由于本模型較為簡(jiǎn)單，用默認(rèn)劃分網(wǎng)格的方式直接進(jìn)行劃分，定義網(wǎng)格劃分的間距為20個(gè)單位。

　　3.2試驗(yàn)板的求解仿真

　　試驗(yàn)過(guò)濾板的密度是20kg/m3，根據(jù)算出的黏性阻力系數(shù)、慣性阻力系數(shù)以及初始速度進(jìn)行求解仿真。(1)啟動(dòng)三維求解器，對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行檢查，得到最小的網(wǎng)格的體積大于0，證明網(wǎng)格劃分是正確的。(2)更改計(jì)算區(qū)域尺寸。FLUENT默認(rèn)的長(zhǎng)度單位是m，建模尺寸為cm，將長(zhǎng)度單位m改成cm。(3)定義求解器，選擇總體模型設(shè)定。由于本次仿真的空氣流量較大，故流體模型選擇湍流。(4)定義流體的物理性質(zhì)。試驗(yàn)中的流體為交通環(huán)境中的污染空氣，需要自定義。

　　(5)設(shè)置計(jì)算域。空氣流動(dòng)區(qū)域的計(jì)算域和多孔介質(zhì)內(nèi)部的計(jì)算域是一樣的。由于多孔介質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因而需要對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。(6)設(shè)置邊界條件。流體入口速度設(shè)為4m/s，入口和出口的湍流強(qiáng)度參數(shù)分別為10%和5%。(7)設(shè)置初始化。需要進(jìn)行迭代計(jì)算的情況都需要初始化。設(shè)置迭代次數(shù)為100次，迭代運(yùn)算結(jié)果表明收斂[8]。(8)查看結(jié)果。通過(guò)對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行后處理，可以顯示壓力點(diǎn)狀圖、速度矢量圖、壓力云圖。大約在0.12m的位置壓力達(dá)到了最大值。這是由于過(guò)濾板非完全通透對(duì)氣體流動(dòng)造成阻礙，空氣在流動(dòng)過(guò)程中距離木板越近受到的阻力越大。

　　壓力值在大約-0.02m處為零，此處流動(dòng)氣體已經(jīng)不受過(guò)濾板的阻力影響。過(guò)濾板周圍氣體流動(dòng)方向成拱形，且外部氣體流速較大，內(nèi)部氣體流動(dòng)速度較小。說(shuō)明氣體在經(jīng)過(guò)過(guò)濾板內(nèi)部時(shí)受到阻力，同時(shí)流經(jīng)過(guò)濾板邊緣的時(shí)候出現(xiàn)了外溢[8]。整體壓力分層形成梯田形狀，顏色也有明顯變化。

　　4結(jié)論

　　前期研究表明，自制的仿綠化帶木質(zhì)過(guò)濾板具有的一定的凈化空氣作用。根據(jù)過(guò)濾板實(shí)際的道路試驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用ANSYSFLUENT軟件對(duì)過(guò)濾板進(jìn)行數(shù)值模擬，通過(guò)處理得到的壓力點(diǎn)狀圖、速度矢量圖和壓力云圖，可以看出氣體流經(jīng)過(guò)濾板時(shí)各處的速度和壓力變化，為以后過(guò)濾板最佳密度的確定奠定基礎(chǔ)。

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　　推薦期刊：森林工程(雙月刊)創(chuàng)刊于1985年，是經(jīng)國(guó)家科委和國(guó)家新聞出版署審核批準(zhǔn)，由中華人民共和國(guó)教育部主管，東北林業(yè)大學(xué)主辦、全國(guó)公開(kāi)發(fā)行的國(guó)家級(jí)學(xué)術(shù)期刊，是中國(guó)林學(xué)會(huì)的刊物之一。