基于CFD和PIV技術(shù)的街道峽谷內(nèi)污染物擴散規(guī)律研究.pdf

1、隨著我國工業(yè)化和城市化進程的加快，近年來城市機動車數(shù)量迅速增長，機動車排放的污染物已成為城市大氣污染的主要來源。城市化過程中為節(jié)約土地資源，城市建設(shè)主要選擇高層建筑，高層建筑的增多形成很多街道峽谷，其對城市環(huán)境的影響也越來越大，致使機動車排放的大量有害氣體難以擴散出去，積聚在街道峽谷內(nèi)，使居民日常出行暴露在高濃度機動車尾氣污染物中，同時對臨街建筑室內(nèi)空氣質(zhì)量將產(chǎn)生嚴重影響，嚴重危及城市居民的身心健康。因此對城市街道機動車排放污染物擴散規(guī)

2、律以及對建筑室內(nèi)外空氣質(zhì)量的影響進行全面研究具有非常重要的現(xiàn)實意義。本文結(jié)合大氣環(huán)境、交通規(guī)劃、流體力學(xué)、數(shù)值分析以及城市規(guī)劃、建筑設(shè)計等學(xué)科知識，使用數(shù)值模擬和風(fēng)洞實驗相結(jié)合的方法研究了城市街道峽谷機動車排放污染物的擴散規(guī)律和分布情況，為城市街道的合理布局與城市街道的規(guī)劃建設(shè)提供科學(xué)的依據(jù)，對改善城市居民生活質(zhì)量，實現(xiàn)城市和交通的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
　　本文的研究對象為三條平行的街道峽谷，實際中對應(yīng)的是濟南市三條平行的道路

3、，解放東路、和平路和文化東路。研究工況為來流垂直于街道峽谷長度方向時，四個不同風(fēng)速下的街道峽谷內(nèi)氣體流速分布特征和污染物濃度分布特征，以及五個不同風(fēng)向下，孤立型街道峽谷內(nèi)氣體流場特征，還模擬了污染源強的變化和兩側(cè)建筑物高度不同對氣體擴散的影響，根據(jù)流場特征總結(jié)出街道峽谷內(nèi)污染物擴散規(guī)律。
　　本文采用數(shù)值模擬計算，風(fēng)洞實驗進一步驗證的方法，比較客觀地總結(jié)出街道峽谷內(nèi)污染物擴散的情況和濃度場分布的特點。
　　全面分析了街道峽谷

4、內(nèi)污染物擴散的影響因素，包括污染源強度及其與建筑物的距離、風(fēng)速、風(fēng)向、風(fēng)速和風(fēng)向協(xié)同作用、街道峽谷的類型、太陽輻射、人行走廊等因素。建立了城市街道峽谷內(nèi)污染物傳輸擴散的數(shù)學(xué)模型，包括控制流體流動的連續(xù)性方程、動量方程、κ-ξ雙方程以及污染物擴散方程。對街道峽谷內(nèi)氣體流場和污染物濃度分布先進行數(shù)值模擬計算，將數(shù)值與風(fēng)洞實驗測量的結(jié)果進行校對，從而驗證了數(shù)值模擬的準確性。
　　通過對街道峽谷內(nèi)污染物傳輸擴散規(guī)律的數(shù)值模擬結(jié)果的分析，揭

5、示了當(dāng)來流垂直于街道長度方向時，無論街道中有無障礙物，都會在街道峽谷中形成一個順時針的旋渦，這個旋渦將污染物帶至背風(fēng)側(cè)，這樣一來，背風(fēng)側(cè)污染物濃度就會高于迎風(fēng)側(cè)。越靠近下風(fēng)向，街道峽谷背風(fēng)側(cè)污染物濃度越高，迎風(fēng)側(cè)污染物濃度也較上風(fēng)向的兩個街道峽谷迎風(fēng)側(cè)高。隨著風(fēng)速增大，街道峽谷內(nèi)部背風(fēng)側(cè)和迎風(fēng)側(cè)污染物濃度逐漸減小，但背風(fēng)側(cè)污染物濃度始終高于迎風(fēng)側(cè)。同時，也模擬了風(fēng)向、污染源強、兩側(cè)建筑物相對高度對街道峽谷內(nèi)污染物擴散的影響。
　　

6、搭建了街道峽谷內(nèi)部流場測量的實驗臺，將粒子圖像測速(PIV)技術(shù)應(yīng)用于風(fēng)洞實驗，對街道峽谷內(nèi)氣體流速分布進行測量，概括了PIV系統(tǒng)中相機光圈數(shù)、激光脈沖時間間隔以及示蹤粒子的大小對流速分布測量結(jié)果的影響。當(dāng)來流垂直街道長度方向時，對街道峽谷內(nèi)部的二維流場進行了完整測試，獲得了眾多實驗數(shù)據(jù)。
　　本文所作的研究為城市區(qū)域街道峽谷內(nèi)機動車排放污染物的控制、交通流量的控制、城市街道的合理布局與城市街道的規(guī)劃建設(shè)，大氣污染評價、監(jiān)測與防治