街道峽谷內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)與污染物擴(kuò)散研究.pdf

1、研究旨在揭示機(jī)動(dòng)車排放在城市街道峽谷內(nèi)的基本擴(kuò)散過程及其影響因素，以便更加準(zhǔn)確地預(yù)測機(jī)動(dòng)車排放污染物的危害，給城市設(shè)計(jì)規(guī)劃工作者提供有益的參考，在城市布局規(guī)劃中更多地考慮機(jī)動(dòng)車排放污染物擴(kuò)散規(guī)律，以減小其對(duì)人類的危害。研究主要從街道峽谷幾何布局、日光照射產(chǎn)生的熱效應(yīng)以及運(yùn)動(dòng)車輛產(chǎn)生的機(jī)械湍流等影響因素著手，利用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)和現(xiàn)場測試研究了機(jī)動(dòng)車排放物在市區(qū)街道峽谷內(nèi)的傳輸和擴(kuò)散規(guī)律，得到一下有利的結(jié)論： 1.根據(jù)參數(shù)背風(fēng)面建筑

2、物高度與街道寬度比率H1/W和背風(fēng)面建筑物高度與迎風(fēng)面建筑物高度比率H1/H2判斷峽谷中流場結(jié)構(gòu)以及污染物擴(kuò)散特征，提出將H1/W為橫坐標(biāo)軸H1/H2為縱坐標(biāo)軸的區(qū)域劃分為三個(gè)不同的區(qū)域。區(qū)域Ⅰ，峽谷中流場結(jié)構(gòu)為兩個(gè)方向相同的漩渦，峽谷內(nèi)背風(fēng)面的污染物濃度高于迎風(fēng)面。區(qū)域Ⅱ，峽谷內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)順時(shí)針方向的主漩渦，同時(shí)峽谷與街道的角落處產(chǎn)生一個(gè)或兩個(gè)與主漩渦方向相反的較小弱漩渦，污染物在主漩渦的作用下在背風(fēng)面產(chǎn)生積累。區(qū)域Ⅲ，多漩渦結(jié)構(gòu)，峽谷

3、內(nèi)為兩個(gè)或三個(gè)漩渦，峽谷內(nèi)的污染物濃度較高，特別是三個(gè)漩渦結(jié)構(gòu)的流場，在峽谷下部人行道水平產(chǎn)生了很強(qiáng)的掩體效應(yīng)形成污染物的高濃度區(qū)。 2.建筑物頂部結(jié)構(gòu)以及周圍建筑物的結(jié)構(gòu)是影響街道峽谷中流場及污染物擴(kuò)散的重要因素之一，選擇合理的屋頂形狀以及周圍建筑物的結(jié)構(gòu)對(duì)于街道峽谷內(nèi)污染物的擴(kuò)散可以起到促進(jìn)作用。街道兩側(cè)建筑物出現(xiàn)間斷缺口利于街道峽谷內(nèi)的污染物擴(kuò)散，背風(fēng)面建筑物不連續(xù)出現(xiàn)缺口時(shí)街道峽谷內(nèi)污染物濃度較低，且對(duì)兩側(cè)街道影響較??；

4、迎風(fēng)面建筑物不連續(xù)而出現(xiàn)缺口時(shí)，對(duì)相鄰街道影響小，但峽谷內(nèi)污染物濃度相對(duì)較高；兩側(cè)建筑都出現(xiàn)缺口時(shí)街道峽谷內(nèi)的污染物濃度最低，但對(duì)上下游街道影響較大。 3.日光照射建筑物壁面或街道地面時(shí)，受熱面附近的空氣與街道峽谷內(nèi)空氣產(chǎn)生溫差，同時(shí)峽谷內(nèi)外也會(huì)產(chǎn)生溫差。溫差在受到日光照射的壁面附近產(chǎn)生很強(qiáng)的浮升力，浮升力產(chǎn)生的空氣運(yùn)動(dòng)與不考慮熱效應(yīng)時(shí)的機(jī)械湍流產(chǎn)生的空氣運(yùn)動(dòng)共同決定峽谷內(nèi)的流場結(jié)構(gòu)和污染物擴(kuò)散。高寬比等于1的對(duì)稱結(jié)構(gòu)街道峽谷，

5、當(dāng)日光照射到迎風(fēng)面建筑物時(shí)，浮升力產(chǎn)生的空氣運(yùn)動(dòng)與機(jī)械湍流產(chǎn)生的空氣運(yùn)動(dòng)方向相反，峽谷內(nèi)形成兩個(gè)方向相反的漩渦，峽谷內(nèi)的污染物在迎風(fēng)面積累；地面受熱在風(fēng)速較小時(shí)峽谷下部靠近迎風(fēng)面處形成一個(gè)逆時(shí)針漩渦，峽谷的上部和靠近背風(fēng)面處形成兩個(gè)未分離的同向順時(shí)針漩渦，迎風(fēng)面污染物濃度高于背風(fēng)面；背風(fēng)面受熱產(chǎn)生的上升氣流與機(jī)械湍流產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)方向一致，峽谷內(nèi)運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，污染物濃度降低。對(duì)于典型非對(duì)稱街道峽谷而言，遞升型峽谷，日光照射背風(fēng)面和地面時(shí)，浮升力

6、增強(qiáng)了峽谷內(nèi)原有的單漩渦運(yùn)動(dòng)，峽谷內(nèi)污染物濃度降低；但當(dāng)迎風(fēng)面受熱時(shí)，在迎風(fēng)面靠近街道的地方會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與主漩渦運(yùn)動(dòng)方向相反的較小漩渦，由于這個(gè)小漩渦的干擾，峽谷內(nèi)污染物濃度有所升高。遞降型峽谷，日光照射到迎風(fēng)面和地面時(shí)，向上的浮升力增強(qiáng)了峽谷下部逆時(shí)針漩渦，峽谷內(nèi)的污染物擴(kuò)散得到增強(qiáng)；日光照射到背風(fēng)面時(shí)，峽谷上部的漩渦增大，而下部的漩渦收縮，污染物向迎風(fēng)面和背風(fēng)面兩側(cè)同時(shí)擴(kuò)散。 4.溫差和風(fēng)速是影響街道峽谷內(nèi)熱效應(yīng)的重要因素，低

7、的風(fēng)速和高的溫差產(chǎn)生顯著熱效應(yīng)。熱效應(yīng)產(chǎn)生的流場變化可以根據(jù)參數(shù)Gr/Re2來評(píng)估，以高寬比等于1的對(duì)稱結(jié)構(gòu)街道峽谷為例，迎風(fēng)面受熱時(shí)，如果參數(shù)Gr/Re2＞2，峽谷內(nèi)的流場結(jié)構(gòu)被分裂為兩個(gè)方向相反的漩渦，污染物在迎風(fēng)面積累；地面受熱時(shí)，如果參數(shù)Gr/Re2＞4，浮升力將峽谷內(nèi)的空氣運(yùn)動(dòng)被分裂為多漩渦結(jié)構(gòu)，背風(fēng)面附近的漩渦與峽谷上部的漩渦耦合為一個(gè)未分離的漩渦，污染物同樣在迎風(fēng)面產(chǎn)生積累。 5.汽車在行駛中，氣流在車頭部位向上部

8、和側(cè)面分流，分流的氣流最后匯入尾流，污染物在車輛前方區(qū)域產(chǎn)生積累，同時(shí)在車輛上部以及側(cè)面漩渦的帶動(dòng)下向車輛上方以及兩側(cè)區(qū)域擴(kuò)散。當(dāng)上層大氣具有一定風(fēng)速，風(fēng)速較大時(shí)，峽谷中的氣流運(yùn)動(dòng)及污染物擴(kuò)散主要受屋頂風(fēng)在峽谷內(nèi)形成的漩渦的影響，在主漩渦的作用下污染物向背風(fēng)面擴(kuò)散，但峽谷下部氣流和污染物擴(kuò)散受到運(yùn)動(dòng)車輛的影響；隨著風(fēng)速減小，車輛運(yùn)動(dòng)的街道峽谷內(nèi)氣流運(yùn)影響越加明顯。街道內(nèi)各點(diǎn)的氣流運(yùn)動(dòng)都隨車輛的接近、經(jīng)過和遠(yuǎn)離呈周期性變化，周期長短與車流

9、密度成反比；車流密度增大會(huì)使車輛運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械湍流對(duì)于街道峽谷下部空間氣流運(yùn)動(dòng)影響越大，對(duì)應(yīng)污染物擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)。 6.通過實(shí)地測量發(fā)現(xiàn)，峽谷內(nèi)CO污染物濃度受風(fēng)速、風(fēng)向、車流量影響。街道兩側(cè)人行道呼吸帶高度CO污染物濃度都與車流量呈顯著的相關(guān)性；靜風(fēng)時(shí)峽谷內(nèi)CO濃度明顯升高，而且街道兩側(cè)CO污染物濃度大小幾乎沒有差別；風(fēng)向垂直于街道時(shí)，背風(fēng)面CO污染物濃度大概是迎風(fēng)面的2～3倍。街道峽谷內(nèi)的污染物無論是在迎風(fēng)面還是在背風(fēng)面，都存