泰勒展开矩方法在汽车尾气颗粒物动力学过程模拟中的研究

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随着经济的高速发展和人们对生活质量要求的提高,工业发展造成的空气污染逐渐成为人们关注的重点。尤其是在中国、印度等国家,大气雾霾导致的生命健康问题,已经成为影响社会发展的重要因素。在工厂烟囱、汽车尾气的排放等场合中,颗粒物是产生污染的主要原因。本文通过构建基于颗粒动力学方程的新的矩方法,耦合计算流体力学方法;实现了汽车尾气颗粒物演变过程的高效率、高精度数值模拟;旨在研究背景颗粒物对环境中新生成气溶胶颗粒物的动力学演变特性的影响。本文主要工作包括如下:(1)本文根据研究对象,给出了离散系统动力学演变的各种事件及其数学模型。同时给出了离散系统动力学过程及其数学模型,并对求解方法进行了归纳。根据本论文的研究目的,结合考虑数值模拟时的边界条件,推导出了适用于本文状况的具体计算方程。(2)本文通过混合使用泰勒展开矩方法和经典对数正态分布假设矩方法,提出了一种用于封闭颗粒群体平衡方程的新的方法。在论文中,其效率和精度得到充分验证。(3)本文采用新提出的混合矩方法,成功实现了在背景颗粒物存在情况下,汽车尾气气溶胶动力学演变过程的研究。为了使研究不失一般性,在对机动车外形产生的影响研究时;对具体影响的定量分析在一个只有排气管的旋转对称的三维空间中进行。在对颗粒群演化特性研究时,本文包括颗粒的凝结、成核、聚并三个过程;同时考虑了温度的影响和热泳现象的影响。研究得到了连续相的流场信息和离散相的前三阶矩量及其它基于矩量的特征信息。在计算结果方面,验证了背景颗粒物对气溶胶的影响机理和效果。这为预测和监控大气气溶胶或其它室内气溶胶的污染提供了理论依据。(4)本文在对于数值模拟结果的后处理方面,改进了离散相的计算流程,使在连续时刻进行后处理从而查看动态过程成为可能;对多种实验条件同时作用的情况下分类绘图,给出了较为成熟的解决方案。
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