FLUENT 是一款应用性十分强大的 CFD 软件，具有很好的数值模拟、计算和后处理功能， 比较适用于有关物体或流体之间传热换热的数值模拟。基于 FLUENT 的多相流和混合模型的 实例已有很多，软件的成熟度也很高，本文就是在 FLUENT 的软件平台上，结合经典的汽车 和风沙流场模型，模拟了汽车排气的热场在风沙两相流的流场中的状态，研究风沙流的流速、 方向等对于汽车排气热场热特性的影响。 

1。2 风沙条件数值模拟的研究现状

1。2。1  风沙流数值模拟

1。2。2  沙波纹数值模拟

1。2。3  沙丘数值模拟

1。3 本文研究的内容与采用的方法

本论文参考风沙两相流的经典算例，分析沙尘天气条件的气象特征，搜集沙尘的物性参 数，提出简化的沙尘天气流场模型，针对风沙两相流，引入欧拉-欧拉方法模拟沙尘流场，在 FLUENT 软件中采用 Mixture 混合模型，将标准的模型拓展到多相流中，结合 SIMPLE 算法， 对沙尘天气条件下的汽车模型的排气热场进行数值模拟，分析排气在风沙流场中的变化规律 和热特性。 

具体的工作内容如下： 

1) 学习流体动力学相关知识，掌握 FLUENT 软件中处理三维模型的方法。研究在一定范 围内的风沙两相流和汽车排气热尾流的数值模拟方法。 

2) 学习 CATIA 三维建模软件，运用 CATIA 软件绘制简化的汽车三维模型。 论文网

3) 将绘制好的汽车三维模型导入 ANSYS 软件中的 ICEM 中，划分车体表面的面网格和沙 尘流场中的体网格，将划分好网格的整体模型导入 FLUENT 软件中，定义模型的边界 类型,设置边界条件。 

4) 在流场外部加上标准的太阳辐射，选取不同的沙粒浓度，进口风速和不同时间的太阳 辐射强度，分析比较风沙流在不同条件下对汽车排气热流的影响。 

第 4  页 本科毕业设计说明书

2 风沙两相流的特性及数学模型

2。1 沙粒的运动特性和物性参数

风沙流是在大气边界层内形成的气固两相湍流，空气相和沙尘颗粒相具有不同的密度。 关于风沙流的微观研究主要针对单个沙粒的受力情况和运动特征。而宏观研究主要针对整个 风沙流的风速轮廓线、输沙量随高度的变化、两相之间的相互作用力、风沙流的能量随高度 的变化。沙粒浓度沿高度的分布主要受风沙流的速度廓线、风沙输沙率以及能量沿高度的分 布的影响。 

2。1。1  沙粒的运动形式

早在上世纪，索科洛夫提出了将沙粒的宏观形式分为蠕动、跳跃和悬浮三种形式[10]，这 样的划分方式一直沿用至今，三种运动形式中各自沙尘颗粒的粒径不同，沙粒所占比例也不 相同。其中，跳跃（也称跃移）的输运方式占主导地位，处于跃移状态的颗粒物其粒径一般 在 0。2-0。5mm 之间，在沙粒总搬运量中的体积分数超过百分之七十[11]。 

具体的运动形式如 2。1 图所示。 

2。1。2  风沙两相流中沙粒的物性参数

图 2。1 沙粒运动形式

沙尘天气中的沙尘颗粒的组成是十分复杂的，它包含多种矿物质，粒径的分布也没有具 体的规律，沙粒的微观体态，形状也多种多样。因此，其理化性质的设定要从这些方面考虑。 

多年来，可以说亚洲相当一部分区域都遭受过沙尘天气的侵扰，根据以往的沙尘天气下 记录的大气资料，可以发现，在发生强沙尘暴时，由于重力沉降下来的粒径大于 10 微米的颗