下面文章簡要闡述了仿綠化帶木質過濾板的制作和道路試驗情況，對FLUENT軟件的多孔介質模型模擬理論進行了介紹。并且通過建立相關模型，對交通環境中的空氣流經過濾板的情況進行了仿真分析，從速度和壓力變化圖可以明顯看出氣體流經過濾板時各處的速度和壓力變化，希望本次仿真分析為以后過濾板最佳密度的確定奠定了基礎。

　　關鍵詞：綠化帶,過濾板,仿真,分析

　　隨著經濟的快速發展和生活水平的不斷提高，大氣污染日趨嚴重。許多學者研究發現，城市中植被覆蓋面積越大的地區污染物濃度越低[1]。綠化帶具有濾塵、吸毒、放氧等凈化大氣的作用，這一發現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仿綠化帶木質過濾板道路試驗

　　仿綠化帶木質過濾板是根據我國東北地區冬季時間長、城市道路綠化帶無綠葉的現狀而研制的，以期能夠達到凈化空氣、美化城市道路環境的作用。該試驗木質過濾板的原材料是松木，經過削片、粉碎、施膠、攪拌、烘干等工序壓制而成。按照國家環境監測相關標準，對研制的仿綠化帶木質過濾板進行了道路試驗。試驗結果表明，經過過濾板的PM2.5平均值比之前的數值低15%左右，說明仿綠化帶木質過濾板具有一定的吸附能力[3]。

　　通過對試驗板進行電鏡觀察和能譜分析，發現過濾板中含有C、N、Pb、F等元素，進一步證明仿綠化帶木質過濾板不僅能夠過濾道路交通環境中的污染物，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多孔介質結構模型模擬理論

　　2.1FLUENT簡介

　　計算流體力學(ComputationalFluidDynamics簡稱CFD)的主要內容是采用數值計算的方法，通過計算機來求解流體運動的數學表達形式——控制方程，進而研究流體的運動規律[4]。FLUENT軟件是目前市場上最流行的CFD軟件，是用于計算流體流動、傳熱問題和化學反應的程序。它在美國的市場占有率達到60%，也是在中國得到最廣泛使用的CFD軟件[5]。

　　2.2FLUENT多孔介質模型理論分析

　　層流和湍流是自然界流體流動的兩種形式。任何流動系統都必須以三大基本守恒定律作為基礎，但對于湍流情況模型，需要使用處理速度較高、內存容量較大的數值模擬方法直接求解瞬態控制方程[6]。湍流是一種復雜的不定常的隨機流動，本文所研究的道路仿綠化帶木質過濾板對空氣的需求量很大，雷諾數也大，所以筆者認為通過過濾板的空氣流動是湍流。

　　多孔介質模型就是在定義為多孔介質的區域，結合了一個根據經驗假設為主的流動阻力，實際上是在動量方程上又疊加了一個動量源項，其適用范圍非常廣泛[7]。由于仿綠化帶木質過濾板主要過濾元件為過濾板內部多條木條非規則黏合在一起的孔隙結構，因而選用多孔介質模型來研究過濾板的空氣流動作用。因為不同的空氣流動方式對多孔介質的設定公式也不同，結合本研究的實際情況，最終選擇多孔介質模型中的層流模型進行研究[8]。

　　3仿綠化帶木質過濾板空氣流動仿真

　　3.1仿綠化帶木質過濾板建模

　　3.1.1模型建立

　　利用ANSYS中的DesignModeler軟件建立的過濾板模型，其中實心部分為過濾板，尺寸為60cm×56cm×6cm。依據具體的試驗環境，設定距離木質過濾板六個面為100cm作為氣體流動的區域，外面的大長方體是空氣流動的最大空間。

　　3.1.2網格劃分

　　根據試驗時的天氣監測數據，設定風速和風向。將過濾板模型直接導入ICEMCFD中，進行網格劃分。由于本模型較為簡單，用默認劃分網格的方式直接進行劃分，定義網格劃分的間距為20個單位。

　　3.2試驗板的求解仿真

　　試驗過濾板的密度是20kg/m3，根據算出的黏性阻力系數、慣性阻力系數以及初始速度進行求解仿真。(1)啟動三維求解器，對網格進行檢查，得到最小的網格的體積大于0，證明網格劃分是正確的。(2)更改計算區域尺寸。FLUENT默認的長度單位是m，建模尺寸為cm，將長度單位m改成cm。(3)定義求解器，選擇總體模型設定。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。試驗中的流體為交通環境中的污染空氣，需要自定義。

　　(5)設置計算域�？諝饬鲃訁^域的計算域和多孔介質內部的計算域是一樣的。由于多孔介質內部結構復雜，因而需要對內部結構和參數進行設定。(6)設置邊界條件。流體入口速度設為4m/s，入口和出口的湍流強度參數分別為10%和5%。(7)設置初始化。需要進行迭代計算的情況都需要初始化。設置迭代次數為100次，迭代運算結果表明收斂[8]。(8)查看結果。通過對計算結果進行后處理，可以顯示壓力點狀圖、速度矢量圖、壓力云圖。大約在0.12m的位置壓力達到了最大值。這是由于過濾板非完全通透對氣體流動造成阻礙，空氣在流動過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，此處流動氣體已經不受過濾板的阻力影響。過濾板周圍氣體流動方向成拱形，且外部氣體流速較大，內部氣體流動速度較小。說明氣體在經過過濾板內部時受到阻力，同時流經過濾板邊緣的時候出現了外溢[8]。整體壓力分層形成梯田形狀，顏色也有明顯變化。

　　4結論

　　前期研究表明，自制的仿綠化帶木質過濾板具有的一定的凈化空氣作用。根據過濾板實際的道路試驗數據，利用ANSYSFLUENT軟件對過濾板進行數值模擬，通過處理得到的壓力點狀圖、速度矢量圖和壓力云圖，可以看出氣體流經過濾板時各處的速度和壓力變化，為以后過濾板最佳密度的確定奠定基礎。

　　參考文獻：

　　[1]曹秀春,孟慶繁.城市綠化帶對大氣污染的防護效能[J].東北林業大學學報,2007,35(10):20~36.

　　[2]張莉,王尚軍.關于城市道路綠化滯塵降噪的探討[J].森林工程,2012,28(5):92~94.

　　[3]張莉,楊春梅.木制過濾板吸附塵霾效果試驗分析[J].森林工程,2018,34(1):51~55.

　　[4]谷芳,劉伯潭,李洪亮,潘書杰.基于CFD數值模擬的汽車排氣管結構分析[J].內燃機學報,2007,25(4):358~363.

　　[5]張尉林.FLUENT軟件與IDEM軟件的耦合及其應用研究[D].長春：吉林大學,2013.

　　[6]金穎,周偉國,阮應君.煙氣擴散的CFD數值模擬[J].安全與環境學報,2002,2(1):21~23.

　　[7]王承堯,王正華等.計算流體力學及其并行算法[M].長沙：國防科技大學出版社,2000.

　　[8]楊銘.道路仿綠化帶木質過濾板建模與仿真分析[D].哈爾濱：東北林業大學,2016.

　　推薦期刊：森林工程(雙月刊)創刊于1985年，是經國家科委和國家新聞出版署審核批準，由中華人民共和國教育部主管，東北林業大學主辦、全國公開發行的國家級學術期刊，是中國林學會的刊物之一。