基于CFD和PIV技術的街道峽谷內污染物擴散規(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，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空氣質量將產生嚴重影響，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、律以及對建筑室內外空氣質量的影響進行全面研究具有非常重要的現(xiàn)實意義。本文結合大氣環(huán)境、交通規(guī)劃、流體力學、數值分析以及城市規(guī)劃、建筑設計等學科知識，使用數值模擬和風洞實驗相結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)劃建設提供科學的依據，對改善城市居民生活質量，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，四個不同風速下的街道峽谷內氣體流速分布特征和污染物濃度分布特征，以及五個不同風向下，孤立型街道峽谷內氣體流場特征，還模擬了污染源強的變化和兩側建筑物高度不同對氣體擴散的影響，根據流場特征總結出街道峽谷內污染物擴散規(guī)律。
　　本文采用數值模擬計算，風洞實驗進一步驗證的方法，比較客觀地總結出街道峽谷內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、風速、風向、風速和風向協(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污染物傳輸擴散的數學模型，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。對街道峽谷內氣體流場和污染物濃度分布先進行數值模擬計算，將數值與風洞實驗測量的結果進行校對，從而驗證了數值模擬的準確性。
　　通過對街道峽谷內污染物傳輸擴散規(guī)律的數值模擬結果的分析，揭

5、示了當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側，這樣一來，背風側污染物濃度就會高于迎風側。越靠近下風向，街道峽谷背風側污染物濃度越高，迎風側污染物濃度也較上風向的兩個街道峽谷迎風側高。隨著風速增大，街道峽谷內部背風側和迎風側污染物濃度逐漸減小，但背風側污染物濃度始終高于迎風側。同時，也模擬了風向、污染源強、兩側建筑物相對高度對街道峽谷內污染物擴散的影響。
　　

6、搭建了街道峽谷內部流場測量的實驗臺，將粒子圖像測速(PIV)技術應用于風洞實驗，對街道峽谷內氣體流速分布進行測量，概括了PIV系統(tǒng)中相機光圈數、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果的影響。當來流垂直街道長度方向時，對街道峽谷內部的二維流場進行了完整測試，獲得了眾多實驗數據。
　　本文所作的研究為城市區(qū)域街道峽谷內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，大氣污染評價、監(jiān)測與防治