风向对街谷内颗粒物扩散的DPM数值模拟研究

该文基于CFD软件,建立城市街道峡谷颗粒物扩散的三维模型,采用标准k-ε两方程模型模拟城市街谷内的连续气流场,在此基础上采用离散相模型(DPM)对高宽比为2的街谷内颗粒物浓度场进行了数值模拟,给出了不同风向下空气流场和迎风壁面、背风壁面以及人体呼吸高度处街谷颗粒物浓度的分布。计算结果表明,风向对街谷壁面颗粒物浓度的分布有着显著影响:0°风向下风速为0.4m/s时,街谷壁面颗粒物积累浓度最大,流场呈现出明显的二维特性,不利于颗粒物扩散;其次是45°风向2 m/s风速;90°风向下风速为6m/s时最有利于街谷颗粒物浓度的扩散。外部大气湍流的驱使使得垂直风向街区内产生强烈漩涡,导致相同风速下街谷背风壁面颗粒物浓度均高于迎风壁面颗粒物浓度。     

含信号控制人行横道的街道峡谷污染物扩散三维数值模拟

耦合微观交通仿真和机动车尾气排放模型,分别对含信号控制人行横道和不含信号控制人行横道的街道峡谷污染物排放进行计算,并以此为排放源,采用k-ε两方程模型与组分输运方程对风向与街道垂直时的污染扩散情况进行了三维数值模拟.结果表明,k-ε两方程模型与组分输运方程可以较好地模拟风向与街道垂直时三维街道峡谷内的污染物扩散情况.峡...     

机动车尾流区CO2扩散特征的数值分析

为了研究车辆运动过程中尾流区排放污染物的扩散情况,通过CFD软件FLUENT 6.1.22TM中湍流模型和组分输运方程对单辆货车尾流区内的气流速度、湍流动能和排气管排放的CO2浓度的分布进行了模拟.通过模拟结果与风洞实验的数据对比验证了模拟结果的适用性.分析了车速,排气管出口温度和湍流动能对货车尾流区内CO2扩散过程的影响,结果表明,由于出口直径和流速相对较小,排气管射流对尾流区流场的影响不明显;在排气管出口处CO2的浓度梯度最大,且随着与车尾距离的增加浓度迅速减小;尾流区内CO2在x、y、z3个方向上的浓度变化速度均随车速的增加而增加;且在尾流区内相同位置处.车速越大CO2浓度越低;排气管出口与外部环境温差对污染物扩散的影响仅局限于距离车尾0.75倍车长范围内;湍流动能最大值出现在尾流区内,有利于CO2的稀释和扩散.     

环境空气动力学

X1692加201989城市街道峡谷内机动车排放污染物的扩散规律/张化天(中国环科院大气所)…//环境科学研究/中国环科院一2(X犯,15(1)一51一54环图X一6 街道峡谷中机动车排放污染物的扩散取决于屋顶风向和风速,并受街道峡谷宽高比、峡谷两侧街区建筑物高度的对称性和高度分布及街区形状等因素的影响。街道峡谷宽高比接近1时,递升型峡谷以及宽阔街道有利于污染物的扩散;可以通过改变街道线源附近街区内建筑物的高度来明显降低污染物浓度。城市建筑规划中若科学考虑上述影响可以减少街道峡谷内污染物的积聚。图3参20X1692(X)叩1夕关)都市及广域大…     

城市街道峡谷内机动车排放污染物的扩散规律

街道峡谷中机动车排放污染物的扩散取决于屋顶风向和风速,并受街道峡谷宽高比、峡谷两侧街区建筑物高度的对称性和高度分布及街区形状等因素的影响.街道峡谷宽高比接近1时,递升型峡谷以及宽阔街道有利于污染物的扩散;可以通过改变街道线源附近街区内建筑物的高度来明显降低污染物浓度.城市建筑规划中若科学考虑上述影响可以减少街道峡谷内污染物的积聚.      

城市街道峡谷内机动力排放污染物的扩散规律

街道峡谷中机动车排放污染物的扩散取决于屋顶风向和风速，并受街道峡谷宽高比，峡谷两侧街区建筑物高度的对称性和高度分布及街区形状等因素的影响，街道峡谷度比接近1时，递升型峡谷以及宽阔街道有利于污染物的扩散，可以通过改变街道线源附近街区内建符物的高度来明显降低污染浓度，城市建筑规则中若科学考虑上述影响可以减少街道峡谷内污染物的积聚。     

建筑扰动条件下大气流动与扩散的CFD模拟

用FLUENT模式对中性大气、单个建筑的气流扰动情况进行模拟,并以风洞试验数据检验模拟效果;将模拟方法应用于类似城市建筑阵列条件的大气污染扩散问题,并且与现场示踪试验比较. 结果表明:FLUENT对建筑扰动条件的平均风场模拟效果良好,FAC2(模拟值与试验值之比在0.5~2之间的比例)在水平与垂直风速下分别达到77.9%与61.0%;对湍流特征量的模拟偏差稍大,K(湍流动能)虽总体偏小,但FAC2仍达到了54.6%. 选择湍流闭合的标准K-ε(ε为湍流动能耗散率)方案、重整化群K-ε方案和雷诺应力模型方案对结果的影响均不大. 采用FLUENT模拟了类似城市街区建筑阵列条件的大气扩散个例, 模拟结果反映了建筑扰动导致的扩散烟流轴线相对于平均风向的非常规偏移,并且扩散浓度与示踪试验结果相符较好,下风向32与63m处的侧向模拟浓度峰值的相对误差分别为72.5%与36.9%. 相比于高斯模式ISC3,FLUENT对复杂建筑阵列条件的扩散模拟结果更符合实际,如污染物向上风向扩散以及在建筑物周围堆积与绕流的现象. FLUENT扩散模拟还显示:近源处相邻建筑街道峡谷中的最大浓度沿下风向“阶跃”式减小,排放源所在街道峡谷中的最大浓度可比相邻街谷中的高几倍甚至1个数量级以上.      

高架桥附近交通状态对PM_(2.5)分布影响的模拟研究

为探讨不同交通状态下机动车排放PM_(2.5)在城市高架桥附近扩散过程及浓度分布的影响,文章采用标准k-ε和拉格朗日离散相方程进行数值模拟,分析交通拥堵和畅通时垂直和平行风向条件下的风场、湍流动能以及浓度场分布特征与变化规律。结果表明:街道峡谷内流线主要受高架桥物理结构和风向的影响。交通状态变化通过影响湍流动能的形式影响污染扩散,畅通状态下车流运动引起较大的湍流动能,影响范围从车流运动区域向外逐渐减弱。交通拥堵状态下PM_(2.5)排放强度大且车流运动引起的湍流动能小,街道峡谷内PM_(2.5)浓度水平整体高于交通畅通状态,不同空间区域内PM_(2.5)浓度变化幅度达5.60%～47.13%。不同交通状态下PM_(2.5)扩散分布受排放强度变化和车流引起湍流动能变化的共同影响。     

基于城市功能区划分的道路机动车大气污染物排放清单研究——以厦门市海沧区为例

道路机动车尾气排放是造成城市近地面空气污染的主要原因之一,建立基于城市功能区划分的道路机动车大气污染物排放清单对改善中观尺度的城市空气质量具有重要辅助作用.本文以厦门市海沧区为例,基于城市功能区划分方法,结合各功能区内监测道路的机动车通行量实测数据,建立道路机动车大气污染物排放清单,并分析各功能区道路机动车大气污染物排放特征.结果发现,海沧区道路机动车尾气排放物中CO的排放贡献率最高,工业区和居住区的道路机动车大气污染物排放量对海沧区的空气污染贡献率最大,海沧区夜间大气污染物的主要排放源来自于工业区道路机动车大气污染物排放;生态服务区及公共管理与公共服务区的道路机动车排放特征受相邻工业区机动车大气污染物排放的影响较为显著.研究表明:城市功能区分布欠合理是导致道路机动车大气污染物高排放量的重要原因之一;基于城市功能区划分构建道路机动车大气污染物排放清单的研究方法,不仅可为中观尺度下的城市大气污染排放情况提供有效的调查途径,而且能为城市功能格局的合理规划提供重要的理论依据.     

道路绿化带对街道峡谷内污染物扩散的影响研究

研究了道路绿化带对街道峡谷内流场与机动车尾气扩散的影响特征.假设绿化带树冠为均匀多孔介质,采用压力损失系数表征树冠对空气流动的阻碍作用,建立可用于数值模拟的绿化带多孔介质物理模型.采用稳态k-ε湍流模型结合组分输运方程模拟道路中央有绿化带街道峡谷内的尾气扩散过程,模拟结果与风洞试验数据对比吻合较好.分析发现,有绿化带街道峡谷内存在一个围绕树冠的顺时针旋涡,旋涡中心略偏向右上方,背风面污染物浓度显著增大,较无绿化带的污染物平均浓度增长46.0%.进一步模拟了不同绿化带树冠高度情况下街道峡谷内流场与浓度场,发现随着树冠位置的上升,峡谷内流场旋涡中心逐步上移且偏向迎风建筑物,峡谷内整体气流速度下降,污染物浓度逐步升高,树冠底部高度为8 m时其污染物浓度可达4 m时的2倍多;尤其是当树冠顶部超过屋顶高度时,峡谷内污染物总体浓度增长迅速.     

核电厂野外示踪试验的三维数值模拟研究

为深入分析国内某拟选滨海核电厂址的大气扩散特征,在现场野外示踪试验的基础上,采用计算流体动力学（CFD）软件Fluidyn-PANACHE,结合三维GIS、结构化贴体网格构建、区域加密等技术方法,创建了可模拟野外示踪试验的精细化大气扩散模拟系统.相比于高斯模式,CFD模式能够更好地模拟示踪剂在不同下风距离处的峰值浓度和烟羽宽度,对近场及复杂下垫面条件下的扩散模拟更贴合实际,且可在稳态模拟的基础上获得连续变化风场中接近实时模拟的仿真效果.模拟结果的偏差统计分析表明,CFD稳态模拟和高斯模拟的统计学评价指标均位于国际公认的可接受范围内,CFD模拟的随机偏差优于高斯模拟.因此,CFD模式可用于辅助和优化其他核电厂址的野外示踪试验工作,提高我国核安全审评的效率和针对性.     

非孤立街道峡谷大气流动及污染物扩散特征

实际城市街道皆为非孤立街道,采用数值模拟方法研究了等高与不等高非孤立街道峡谷的大气流动及汽车排放污染物扩散特征.通过与已有的风洞实验结果对比,发现二者较吻合,并且目标街道峡谷上下游建筑物的存在对目标峡谷内部的流场和浓度场有很大的影响.与孤立街道峡谷相比,非孤立街道峡谷中污染物的浓度要远高于孤立街道峡谷中污染物的浓度,而且随着上下游建筑物的增加,使到达目标街道峡谷的风速相对减弱,污染物在峡谷中难以扩散,造成了峡谷内部污染物浓度会随着峡谷数的增加而增大.并且发现不等高峡谷建筑物高度存在一个临界点.      

城市街道汽车污染扩散规律模拟研究

如何简单而准确地模拟城市街区污染的扩散规律,对于城市汽车污染控制决策具有重要的意义,从大量实测数据,分析了风速风向等影响街道峡谷污染物扩散的主要因素,采用丹麦开发的街道峡谷模式ＯＳＰＭ,对汽车污染扩散规律进行模拟研究。与北京实测数据对比结果表明,该模式较好地模拟昼间风速风向对街道峡保内汽车污染扩散的影响,比较准确地反映了峡保中流场的主要特征,以及汽车排放污染物的扩散规律,污染物浓度与风速的倒数摈心     

基于移动监测的城市街谷交通相关污染物浓度时空变化研究

为更好认识城市街谷内的大气污染特征和提供城市街谷优化设计的实证参考,本文以干旱区绿洲城市乌鲁木齐市北京南路为例,采用移动监测技术,分析了城市街谷大气污染物(CO、PM2.5)的时空分布,并识别其主要影响因素。结果表明:(1)早高峰空气质量优于晚高峰;交叉路口处污染物浓度普遍较低,但苏州路立交桥下污染物浓度较高;(2)两种污染物同源,其浓度与固定站点监测数据高度相关,风向与街谷成锐角时污染物浓度较低,风速较大时污染物浓度较高,污染物浓度与车流量相关程度较低;(3)街谷两侧建筑物高度比在[1.5,2)之间,污染物浓度较低,在[1,1.5)之间,污染物浓度较高;路网密度在[12,14)之间,污染物浓度较低,[12,14)之间的道路密度能够最大程度的降低街谷内污染物浓度。     

数值风洞与物理风洞对烟塔合一排烟的比较研究

热电厂"烟塔合一"排烟技术因其初期投资和运行维护费用少,排烟效果好、SO2落地浓度低等优势,特别是在机场附近的净空限高和对景观环境有特殊要求的地区具有广阔的发展空间。目前国内外广泛使用的大气污染物预测模型——德国模式在烟塔合一排烟方式的预测上尚存在许多问题,如大风下洗条件下,冷却塔附近空腔区的大小和范围、空腔区污染物最大地面浓度等难以给出准确的预测结果。为准确预测烟塔合一排烟方式的大气污染物扩散情况,一种新的大气污染物扩散预测模式——数值风洞模型以及物理风洞实验被用于模拟烟塔合一的环境影响,分析数值风洞模式和物理风洞实验在大气环境预测领域应用的适用性和优缺点。2个预测方法的结果表明:在烟塔合一排烟方式下,大气污染物最大落地浓度随风速增加而增加同时在冷却塔下风向存在负压区,污染物在该区域高浓度聚集。对2种方法进行比较,物理风洞实验由于受到物质和气象等条件的限制,无法得到精确的预测结果以及无法直观地描述空腔区的产生和变化规律。而数值风洞模拟具有更大的自由度和灵活性,预测出在夏季6 m/s风速下,冷却塔下风向最大落地浓度出现峰值,属于最不利的气象条件。同时该方法可利用图形化手段实现对空腔区产生、变化、破碎至再生成的全过程描述,从而建立了一种大气污染预测的重要手段。     

河谷型城市风场及污染物扩散的CFD数值仿真

为研究河谷型城市地形及其引起的风场和污染物扩散的复杂问题,利用CFD（计算流体力学）方法和复杂地形网格生成技术,建立河谷型城市风场及大气污染分布的数值仿真模型,实现CFD方法在复杂地形空气运动和污染物扩散方面的应用.分别使用LES（large eddy simulation）模型和mixture模型研究兰州市地面风场特征和污染物扩散形态,计算得到的污染物分布结果与实测结果分布一致.结果表明:复杂地形对空气运动的影响很大,如风速因山体屏障作用会呈现带状分布特征,山体后侧易出现弱风区域;同时,风场会密切影响污染物扩散,决定了污染物扩散形态,如幅散能够影响污染物扩散范围及污染水平.而给定西北风条件下,如地面以上10 m、风速为5 m/s、不受地形阻挡情况下,工业区污染物浓度被稀释10倍,约扩散2.2 km;山体阻挡会抑制污染物纵向扩散,表现在山体阻挡情况下污染物稀释100倍时的扩散长度约为相对平坦区域的1/3.此外,不同的入口风向会引起空气运动与山体相互作用发生变化,进而会使得地面风速、局部风场存在差异,造成污染物扩散及分布形态差异.研究显示,CFD方法可行,模型可靠,可以用来研究地形对风场和污染物扩散的影响.      

声屏障对城市道路环境空气质量的影响规律研究

为研究声屏障对道路交通污染扩散和空气质量的影响规律,基于三维计算流体动力学理论,运用Fluidyn-Panache仿真及CFD求解器进行数值模型计算分析,对比有、无声屏障情况下的风速矢量图与PM_2.5、CO、NO_x 3种主要污染物浓度分布图,并对仿真区域污染物浓度进行现场监测,得出声屏障对城市道路环境空气质量影响规律.研究结果显示,有声屏障时道路内侧风速由2m/s降低至0.02m/s;CO、NO_x浓度上升40%~50%,道路内侧PM浓度下降50%;道路外侧CO、NO_x浓度下降20%~50%,PM浓度下降20%~38%.声屏障的存在会阻挡风的流动,减弱风的强度,使风向从垂直于道路上升转变为沿着道路方向流动,风向改变使污染物聚集在道路内,增加道路内的气体污染物浓度,减弱风往道路外侧流动,同时也降低了气体污染物向道路外侧扩散的程度.声屏障对PM_2.5的影响显著,设置声屏障的道路内侧和道路外侧建筑群内,PM的浓度相较于无声屏障均得到大幅度降低.