街道峽谷內(nèi)機(jī)動(dòng)車尾氣擴(kuò)散的數(shù)值模擬研究.pdf

1、由于城市中的街道峽谷內(nèi)通風(fēng)較差，使得機(jī)動(dòng)車排放污染物濃度普遍高于其它區(qū)域，因此開展街道峽谷內(nèi)污染物擴(kuò)散問題的研究對(duì)局部環(huán)境評(píng)價(jià)與治理具有一定的指導(dǎo)意義。由于該問題涉及交通控制、大氣環(huán)境、建筑設(shè)計(jì)及流體力學(xué)等研究方向，導(dǎo)致研究具有較大的難度。雖然國內(nèi)外學(xué)者對(duì)此問題展開了大量研究，但在對(duì)復(fù)雜交通排放狀態(tài)下的街道峽谷內(nèi)的污染擴(kuò)散及初始擴(kuò)散方面仍需進(jìn)行深入研究。 論文考慮街道峽谷實(shí)際車道數(shù)量及分布情況，建立了雙車道街道峽谷物理模型，并通

2、過邊界條件的設(shè)置代表兩條車道上的不同排放情況，同時(shí)引入了低雷諾數(shù)湍流模型和被動(dòng)標(biāo)量的輸運(yùn)方程來實(shí)現(xiàn)街道峽谷內(nèi)的風(fēng)、湍流及污染物濃度分布的模擬，模擬結(jié)果與風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好。進(jìn)一步分析流場(chǎng)和污染物濃度場(chǎng)發(fā)現(xiàn)：上風(fēng)向車道上的排放對(duì)上風(fēng)向建筑物附近的近地面處濃度的貢獻(xiàn)較大；下風(fēng)向車道上的排放導(dǎo)致的污染物濃度在空間分布上更加均勻且更易于向街道峽谷外部擴(kuò)散。 接下來，研究由二維理想雙車道街道峽谷問題向復(fù)雜的三維雙車道街道峽谷型交叉口進(jìn)行

3、延伸。由于街道峽谷型交叉口處受信號(hào)燈控制，導(dǎo)致交通排放隨時(shí)間發(fā)生周期性變化，為了采用CFD方法對(duì)街道峽谷型交叉口進(jìn)行模擬，文中將一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)的非穩(wěn)態(tài)排放過程轉(zhuǎn)化為前后兩個(gè)相鄰相位時(shí)間內(nèi)的穩(wěn)態(tài)排放過程，從而通過穩(wěn)態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型和帶有污染物源項(xiàng)的被動(dòng)標(biāo)量輸運(yùn)方程實(shí)現(xiàn)了對(duì)交叉口處流場(chǎng)和濃度場(chǎng)的模擬。在污染物源項(xiàng)計(jì)算中，還引入了怠速和速度為30km/h時(shí)的機(jī)動(dòng)車排放因子，實(shí)現(xiàn)了同時(shí)對(duì)兩種不同行駛狀態(tài)下的車輛隊(duì)列排放的模擬。通過與風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的

4、對(duì)比，證明了模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：不同相位時(shí)間內(nèi)污染物濃度分布差異明顯；在第一相位時(shí)間內(nèi)垂直風(fēng)向街區(qū)內(nèi)參考點(diǎn)上的污染物濃度均值高于第二相位時(shí)間的情況；由于交叉口處的排放較強(qiáng)，導(dǎo)致接近交叉口的參考點(diǎn)污染物濃度高于高度相同的其它參考點(diǎn)的濃度；交叉口與垂直風(fēng)向街區(qū)相連的區(qū)域內(nèi)存在著明顯的水平渦旋，使得污染物容易在此處產(chǎn)生聚集。初始擴(kuò)散的研究有助于對(duì)大氣湍流導(dǎo)致的污染物擴(kuò)散過程中交通排放源進(jìn)行合理設(shè)置，文中通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換將初始擴(kuò)散這一非穩(wěn)態(tài)

5、問題轉(zhuǎn)化為穩(wěn)態(tài)問題，并采用定常的標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型、能量方程和組分輸運(yùn)方程對(duì)機(jī)動(dòng)車行駛過程中尾流區(qū)內(nèi)的空氣流動(dòng)和污染物擴(kuò)散進(jìn)行了模擬。網(wǎng)格生成中使用先進(jìn)的尺寸函數(shù)(Size Function)，克服了計(jì)算區(qū)域內(nèi)大小尺寸網(wǎng)格之間的過渡問題，獲得了高質(zhì)量的計(jì)算網(wǎng)格。經(jīng)與相關(guān)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，證明了模擬方案的有效性。模擬結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)：由于排氣管直徑相對(duì)較小，導(dǎo)致排氣管出口射流速度對(duì)周圍流場(chǎng)影響很?。晃擦鲄^(qū)內(nèi)污染物濃度在三個(gè)坐標(biāo)方向上降低速度