機(jī)動(dòng)車尾氣在街谷中分布規(guī)律及其對(duì)建筑環(huán)境的影響.pdf

1、隨著汽車保有量的增加，在世界范圍內(nèi)，交通污染物排放引起的空氣質(zhì)量惡化已經(jīng)成為困擾當(dāng)今城市的主要環(huán)境問題。機(jī)動(dòng)車尾氣的大量散發(fā)必然對(duì)街道周邊建筑室內(nèi)環(huán)境產(chǎn)生影響。因此，有必要對(duì)交通污染物的分布規(guī)律及其向室內(nèi)環(huán)境的傳遞過程進(jìn)行深入探討。
　　本文以街道峽谷這一典型城市微尺度環(huán)境作為研究對(duì)象，圍繞街道峽谷環(huán)境內(nèi)交通污染物的擴(kuò)散、分布規(guī)律及其對(duì)建筑環(huán)境影響這一主線，開展了如下工作。
　　本文首先利用風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)結(jié)果，通過二維街道峽谷內(nèi)污

2、染物擴(kuò)散和三維建筑繞流兩個(gè)算例，討論了標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型、RNG k-ε模型、Realizable k-ε模型和RSM模型四種常用RANS湍流模型在本文問題中的適用性。通過比較，認(rèn)為RNG k-ε模型最為適于本文研究的問題。
　　采用CFD模擬方法，本文對(duì)空氣動(dòng)力因素和熱力因素對(duì)街道峽谷內(nèi)氣流結(jié)構(gòu)及交通污染物分布特征的影響進(jìn)行了討論。
　　對(duì)街道峽谷幾何結(jié)構(gòu)、來流風(fēng)向等空氣動(dòng)力因素的研究表明，如下幾種街道峽谷布局有利于減少交通污

3、染物在街谷人員停留區(qū)域內(nèi)的駐留時(shí)間：
　?。?）街谷高寬比小于1.6；
　?。?）街谷長寬比小于3；
　?。?）峽谷周邊建筑呈下降型排布（即在氣流運(yùn)動(dòng)方向上，建筑高度逐漸降低）。
　　同時(shí)，研究結(jié)果顯示，在城市規(guī)劃中應(yīng)避免街道峽谷軸線與當(dāng)?shù)刂鲗?dǎo)風(fēng)向垂直。而街谷周邊建筑采風(fēng)口位置的選取主要受街谷長寬比的影響。當(dāng)街谷長寬比大于5時(shí)，臨街建筑將風(fēng)口設(shè)置在背街側(cè)可最大限度減小交通污染物對(duì)室內(nèi)環(huán)境的影響；當(dāng)街谷長寬比小于5

4、時(shí)，街道周邊建筑則應(yīng)將采風(fēng)口設(shè)置在建筑屋頂處。
　　在研究熱力因素對(duì)街谷內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)及污染物濃度分布影響時(shí)，由于直接采用CFD模型進(jìn)行風(fēng)、溫耦合計(jì)算，所需計(jì)算量過大，因此本文首先建立了一個(gè)計(jì)算量較小的街道峽谷熱環(huán)境預(yù)測(cè)模型來預(yù)先獲得街谷壁面溫度。然后將其作為邊界條件代入CFD模型，通過CFD模型計(jì)算街谷內(nèi)溫度、風(fēng)速、污染物濃度的空間分布。通過這種方法可以在CFD模型計(jì)算中將街谷壁面溫度與街谷內(nèi)空氣溫度和氣流運(yùn)動(dòng)解耦，從而極大地減小了

5、計(jì)算量。
　　本文以熱平衡原理及大氣邊界層理論為基礎(chǔ)，建立了街道峽谷熱環(huán)境預(yù)測(cè)模型。該模型綜合考慮了對(duì)流換熱、建筑對(duì)太陽輻射的遮擋、建筑表面與路面間的輻射與反射和人為散熱對(duì)當(dāng)?shù)責(zé)岘h(huán)境的影響。在處理對(duì)流換熱因素時(shí)，與現(xiàn)有同類模型相比，本文模型采用三維模型而不是目前常用的一維模型計(jì)算街谷壁面處風(fēng)速，從而提高了對(duì)流換熱過程的計(jì)算精度。同時(shí)，模型中給出了街道峽谷內(nèi)部與頂部大氣邊界層間傳熱阻力的計(jì)算公式，并通過經(jīng)典的大氣邊界層動(dòng)力學(xué)模型，實(shí)

6、現(xiàn)了不同大氣穩(wěn)定度下街道峽谷與大氣近地層間的熱量交換模擬。
　　通過哈爾濱市某街道峽谷的實(shí)地測(cè)量，對(duì)模型預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。與實(shí)測(cè)結(jié)果的對(duì)比表明，本文模型可以較好的預(yù)測(cè)街道峽谷壁面溫度，從而為熱浮力作用下街谷風(fēng)環(huán)境及污染物擴(kuò)散模擬打下了基礎(chǔ)。由于本文模型較CFD模型在運(yùn)算所需時(shí)間上具有明顯的優(yōu)勢(shì)，因此也可以用于城市熱環(huán)境的長期動(dòng)態(tài)分析。
　　通過上述模型與CFD模型的聯(lián)合計(jì)算，本文討論了街道峽谷頂部風(fēng)速為2m/s和1m/s兩

7、種情況下，夏季典型日內(nèi)熱浮力作用對(duì)街道峽谷內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)及污染物分布特征的影響。計(jì)算結(jié)果顯示，當(dāng)街道峽谷頂部風(fēng)速較小時(shí)，熱浮力作用對(duì)街道峽谷換氣率、街谷內(nèi)氣流結(jié)構(gòu)及交通污染物分布均有顯著影響。研究結(jié)果同時(shí)顯示，目前多數(shù)數(shù)值模擬及風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)研究中僅考慮某一單獨(dú)壁面（如路面或迎風(fēng)面）受熱的簡化處理方法不能真實(shí)反映實(shí)際街谷內(nèi)熱浮力作用對(duì)氣流運(yùn)動(dòng)及污染物分布的影響。
　　最后，為了研究室外交通污染物對(duì)臨街建筑室內(nèi)環(huán)境的影響，本文提出了以街道峽谷