汽车排气管的安放对于行人之影响
汽车排气管的安放对于行人之影响摘要：汽车排气管的安放对于尾气的分布及对行人的危害程度产生直接影响。本课题通过自制汽车尾气排放的简易示踪装置来探究汽车排气管的安放位置与尾气分布情况、对行人危害程度的关系。研究证明：汽车尾气不会随即扩散到周围空气中，在距离汽车（以桑塔纳轿车为原型大小）尾部3.9m内，尾气大量聚集在靠近排气管的一侧，因此在考虑尾气对行人危害的前提下应该将汽车的排气管安放在远离人行道一侧。关键词：汽车尾气 分布 示踪物质 模拟实验 简易风洞汽车尾气中含有上百种不同化合物，在这些物质中，对人体危害较大的尾气排放物主要是一氧化碳，碳氢化合物以及氮氧化合物1。有关资料表明：一氧化碳与血红蛋白结合造成低氧血症，碳氢化合物造成人的骨髓功能减弱，一氧化氮引起中枢神经瘫痪及痉挛，二氧化氮引起闭塞纤维性支气管炎2。目前对于尾气的研究主要集中于减少尾气排放的污染物。近年来利用GIS系统对尾气在大面积区域内的扩散模式进行了研究3，但对于单部车辆的尾气分布，也只是一些利用理论计算污染物分布的研究4。本课题试图通过模拟实验描述汽车尾气的分布，研究排气管安放位置的不同造成的对于行人危害的差异。1. 材料与方法1.1实验材料1.1.1模型车为了模拟汽车驶过时其后部造成的气流，课题小组以桑塔纳为原型，对其表面结构作了一定简化，以1：6比例制作了一部纸制模型车（如图1、2所示）。模型车长70.5cm，宽26cm，高19.5cm。图1 模型车侧视图图2 模型车俯视图1.1.2风洞为了让气源造成的气流在一个较长的距离内不很快衰减，课题小组用硬纸板制作了一个简易的风洞（如图3、4所示）。风洞宽69cm，高41cm，长225cm，外用铁架将其固定。图3 风洞俯视图图4 风洞正视图1.1.3收集架实验使用2*2*7cm的长方体塑料套（如图5所示）共45个，作为收集面粉的材料，并将其固定在41*69cm的收集架（如图6所示）上，上下左右间距俱为7cm。 图5 收集套斜视图图6 收集架斜视图1.1.4整流架为了减少风扇气源涡旋气流的影响，将气流变为直流型气流，课题小组搭建了41*69cm的整流架（如图7、8所示）。整流架各整流片宽10cm，之间的间距为5cm。图7 整流架斜视图图8 整流架正视图1.1.5示踪装置为了使面粉稳定、持久地排放出来，实验将一定量面粉装入一容器内，气泵的风源输入在容器内产生一环流（如图9所示），使在容器底部的面粉缓缓被吹出。气泵进气口面粉模拟尾气排放口气流环流示踪装置模型车图9 示踪装置示意图1.2实验方法首先将示踪装置与一个收集套固定在相对固定的位置，开动示踪装置所连接的气泵，使面粉排出。一定时间后关闭气泵，并分别测量收集套的增重和示踪装置质量的减少以计算排出面粉的质量。重复上述过程数次，测得一个面粉排出量与收集量的标准曲线。其后用电子天平称量出收集套的质量，将其固定在收集架上。将整流架安放在模型车前40cm处，而将收集架按不同的测定需求放在离车40-100cm处（如图10所示）。将风扇放在整流架前作为一个外部气源模拟汽车行驶时的气流，把气泵接入模拟汽车内作为模拟尾气。安放完毕后将风洞架在实验装置上。先后开动风扇和气泵，让模型车内部示踪装置内的面粉缓缓排出。一定时间后（7min）先后停止气泵和风扇，移去风洞，将收集架上的收集套用镊子取下，重新称量质量，并计算收集套增重，用以测量尾气的分布。收集架出风口风洞风洞模型车整流架进风口尾气排放口图10 实验装置示意图2. 结果与讨论2.1实验结果测得排出质量与增重质量的关系数据如下，使用Curve Expert对数据进行函数拟合，算得标准曲线函数（如图11所示）：y=66.6863*(1-EXP(-0.0067096301*x)排出质量收集质量图11 标准曲线（x为收集质量，y为排出质量）将各个断层面的数据使用标准曲线将测得数据还原成标准增重，消除因为收集套的原因造成的实验误差。将负值数据修正为零，把各组数据按比例放大，使各组的标准增重总合相等。考虑到尾气分布在空间上的连续性，将各组数据中对应的数据组成一组，使用Curve Expert 函数拟合，再将曲线还原成数据，并用SigmaPlot 进行作图（如图12所示）。2.4m （1）2.7m （2）3.0m （3）3.3m （4）3.6m （5）3.9m （6）4.2m （7）4.5m （8）4.8m （9）5.1m （10）5.4m （11）5.7m （12）6.0m （13）图像所表示范围高为0.42-2.1m，宽3.36m，下标为各断层至汽车尾部的距离。图例上的数字为单位浓度，从上到下浓度依次增加。图12 尾气在车后的分布情况距离汽车尾部最近的两幅图像在右下角（排气管安放的一侧）集中呈现一片红色，表明尾气在这两个断层集中分布于排气管的安放位置周围。第三到第六幅图像中红色面积逐渐减小，并有下沉趋势，但在横向上的分布与前两幅基本保持一致，表明在这一距离中尾气逐渐下沉，局部浓度开始下降，但并未大面积扩散。实验的最后七幅图像中，红色部分进一步减少，图像一蓝绿色为主，并且伴有向左移动的趋势，表明在较远距离下尾气局部浓度进一步下降，开始大面积扩散，并向中部移动。图13 隔断层上的浓度的方差隔断层上的浓度的方差（如图13所示）显示在距离车尾最近的空间内浓度的方差最高，表明在这一部分空间尾气最为集中。随着距离的增加，方差不断减小，而当距离增加至3.9米时，方差开始趋于平稳，提示了在这一距离之后尾气的局部高浓度衰减基本结束。2.2 讨论上述实验组图反映了尾气在排出排气管之后在空间上的分布。图像明显表明在靠近安放排气管的一侧在3.9米内尾气高浓度集中，而在距离增加之后尾气逐渐向中部及对侧移动，移动距离略大于车宽，但此时浓度明显下降。因此得出结论，靠近排气管安放一侧的尾气，较之于安放在对侧会对行人产生更大危害。在现今的道路上国产欧洲车（仅涉及中国产车，纯进口车不算，左右对称排气管也排除）基本都根据中国国情进行了整改如捷达、307等车，美国车只有别克君威、君越采用的右排气管，而日韩车，不管中低档的飞度伊兰特，还是中高档的雅阁凯美瑞，无一例外全部是右排气管。据此，日韩车应根据中国的状况对右排气管进行调整，减少因涉及造成的对行人的不必要危害。3 体会本论文作者在此次实验过程中强烈地感受到了动手能力的重要性。本论文的实验器材绝大多数都由作者从纸板、塑料纸或木板制作而得，从刚开始对桑塔纳测量、建立化简模型、计算尺寸、设计图纸并制作成型到后来用塑料纸制作45个收集套、用木板制作导流架等。这些实验设备的制作在花费大量时间的同时对动手能力提出很高的要求。作者在研究过程中也认识到了科学需要有执著的精神。实验中如何测量面粉分布这一问题困扰了作者很多时候，在起初，作者经历了四次失败。但是，通过不断尝试，在实验第五个方案时最终获得了成功。参考文献：1. 丁旭,石矗,巨天珍,任正武. 2006. 道路交通机动车尾气污染研究综述 甘肃科技. Vol. 22 No. 10 1361382. 陈烨环,李坤,包军. 2005. 汽车尾气的污染危害与防治对策 黑龙江环境通报. Vol. 29 No. 2 8788,303. 胡将军,李勇,甘复兴. 2006. 基于GIS的武汉市街道汽车尾气扩散模式试验研究武汉大学学报：信息科学版. Vol. 31 No. 6 5375394. 臧杰,戴耀辉,张莉. 2004. 汽车尾气CO浓度分布理论研究意义及应用前景展望 交通科技与经济. 2004 No.1 4445,58
