城市交通十字路口处污染物分布数值模拟

运用描述湍流运动的k-ε双方程模型,模拟计算某城市以公路为线性污染源十字路口处在两种不同风向影响下流场和浓度场分布。方案一中,气流绕过建筑物时在建筑物后会形成明显的涡流,污染物容易在此附近聚集。高浓度带位于两排建筑物之间靠外侧,最大达2.9440μg/m3。方案二中,由于建筑物的位置与风向的关系,气流在建筑物背面形成的涡流不明显,后排建筑物背风面附近以及建筑物之间下部附近的风速较小,易形成高浓度带。高浓度带主要位于下部两建筑物之间一带,以及后排建筑物背风向附近,最大达2.6402μg/m3。方案二明显更有利于污染物的扩散。因此,风向倾斜进入建筑群时,湍流作用减弱,风的迁移作用增强,有利于污染物的扩散。在实际中若建筑物迎风向的表面形状接近梭形,则可促进风对污染物的扩散作用,从而改善建筑物周围的环境空气质量。     

城市街谷与上游阻挡建筑最不利间距的研究

采用数值模拟的方法,研究了街谷内上风建筑与上游阻挡建筑的间距（D）,即上游建筑间距,对街谷内空气流动特性和气态污染物分布规律的影响.模拟结果表明,街谷内迎风区的气流速度基本不随D的变化而变化,而背风区和中心区的气流速度随着D的增加呈现先减小后增大的趋势,并在D=90m时,气流速度达到最小值.相应地,在D=90m时街谷内污染物浓度最高,表明D存在最不利值,在城市规划中应尽可能避免该间距.当D大于90m时,D越大,污染物浓度越低,而D小于90m时,D越小,污染物浓度也越低,可以同时实现节约用地和减小交通污染的目的.     

建筑物尾流区气流与污染物扩散的数值计算

采用了细网格非静力能量闭合边界层模式和随机游动模拟方法建立了一套分析建筑物尾流流场和污染物扩散的数值模拟系统．作为应用研究的例子，在对某城市地下交通隧道排废气的风井塔尾流区流场和浓度场进行风洞流体物理实验的基础上，利用所建的模拟系统对风井塔尾流区气流和污染物扩散特征进行研究．结果表明，所建的模拟系统的模拟结果与风洞试验的结果吻合较好，对一些小尺度带有明显湍流不均匀性的流场和局地空气污染物散布的情况有较好的模拟效果和良好的应用前景．     

基于LES的建筑物周围监测站点代表性的研究

文章通过利用大涡模拟的方法,研究了不同建筑物高度和不同风速对建筑物周围流场的影响,并结合国控监测站点实测数据分析,探讨建筑物对监测点代表性的影响。结果表明:(1)在建筑物侧面和顶部区域风速明显增大,空腔区内流速明显降低,在建筑物背风侧尾流区随着气流逐渐远离建筑物,速度值与来流风速一致。(2)建筑物影响的绕流区范围与来流风速基本无关,主要受建筑高度影响;空腔区向下方向延伸的范围和横向范围分别是建筑物高度2.0~3.0倍和2.7~4.0倍,垂直向范围约是建筑物高度的1.3~1.6倍。(3)建筑物建成后监测点附近的流场和污染物浓度分布均发生明显变化,建筑物建成后局地风速明显降低、污染物浓度显著增加,使得监测点观测的监测数据不能代表该地区的空气质量水平,影响其代表性。     

建筑物影响下大气污染物扩散数值模拟方法的比较

利用计算流体力学软件Fluent6.3.26提供的大涡模式和国标推荐的AERMOD模式分别对方形建筑物影响下的大气污染物扩散进行了模拟,通过与风洞实验结果的比较,对各模式的模拟能力进行了评价.结果表明,大涡模式对污染物散布特征的模拟与风洞实验结果基本一致,对建筑物顶部、空腔区和尾流区等区域污染物浓度分布的模拟效果均处于可接受水平;AERMOD模式模拟结果与风洞试验结果偏离较远,尤其是对空腔区污染物散布的模拟能力较差,误差较大.与大涡模式Y/H =0平面流场模拟结果对比(H为建筑物高度),AERMOD模式对风场的假设未能客观地反映建筑物附近气流变化的基本特征,是误差的主要来源之一,建议结合大涡模式订正,提高模拟结果的准确性.     

环境科学基础理论 环境空气动力学

X169200700743城市街道峡谷气流和污染物分布的数值模拟/蒋德海(南京大学大气科学系)…∥环境科学研究/中国环科院.-2006,19(3).-7~12环图X-6应用计算流体力学(CFD)软件中的FLUENT软件模拟了典型城市街道峡谷中的气流和污染物分布状况.建立的模型包括不同形状的建筑物所构成的街道峡谷和存在高架桥的街道峡谷.研究结果表明:①不同形状的建筑物改变了街道峡谷内的风和湍流分布,从而对街道峡谷内污染物的分布产生很大的影响,在几何比例相同的街道峡谷里,建筑物外形越趋向于流线型,街道峡谷里污染物的地面浓度越小;②高架桥对街道峡谷内污…     

室外空气污染对室内空气质量的影响研究

利用数值模拟方法,研究了单个建筑物外存在点污染源时室外空气污染对室内空气质量的影响.首先利用点污染源时单个建筑物周围污染物扩散的风洞实验验证了计算模型和方法的正确性,再利用自然通风的风洞实验,计算了不同污染源位置和建筑物进风口时的室内外速度场和污染物浓度场.结果表明:速度场的计算结果与风洞实验结果基本吻合,无量纲通风量的计算值略小于实验值;建筑物迎风面回流区上方的气流进入室内;当点污染源位于建筑物前的距离和建筑物高度之比约等于1时,污染源在地面处的室内污染物浓度要小于源在建筑物高度一半处的;建筑物进风口的挡风板对室内污染物浓度的影响不大;根据壁面上污染物浓度的分布来改变进风口位置,是减少室内空气受室外污染影响的有效方法.      

污染源对建筑小区影响的数值模拟

采用二维RNG k-ε湍流模型,通过模拟不同位置污染源和建筑物不同规划位置,研究了单栋建筑物和双排多建筑物情况下,污染源对建筑物或建筑群的影响,得到了相应的污染物浓度分布.研究发现:污染物的迁移扩散是由建筑物周围的风速场及湍流扩散系数分布确定的,并且污染物在建筑群中的浓度分布与建筑群中各建筑物的分布位置密切相关.在考虑当地主要气象条件下,通过合理安排建筑群中各建筑物的位置,可以有效地减少建筑群内污染物高浓度的影响区域,避免污染物积聚死角.同时,优化污染源的位置也可以达到减少建筑群内污染物高浓度的影响区域.将污染源放置在高速风道上,其污染范围小,利于污染物迁离小区;反之,污染范围大,不利于污染物迁离.      

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.     

关于机动车几何嵌入对城市街谷影响的研究

文章基于机动车几何体嵌入建立了城市街谷内空气流动和污染物分布模型,应用FLUENT 6.3进行了数值模拟,将尾气排放模化为速度输入边界条件,探究了不同来流风速下,街谷内流场和污染物分布。结果表明:机动车空间几何模型的构建更为细致地模拟了街谷近地层的空气流动及污染物分布。由于车辆模型的嵌入,街谷近地面污染物浓度不再呈现单调一致的变化规律;当来流风速为0.3 m/s时,在横向车辆之间局部子涡的影响下,污染物浓度呈增大-减小-增大的趋势;当来流风速增至1 m/s时,近地层污染物浓度先增大后减小,道路中部污染物浓度达到最大;随着来流风速的进一步增大,即3 m/s和5 m/s工况下,街谷内的风场环境由来流风占主导,污染物浓度自迎风面至背风面呈宏观上增大,在背风面有小幅衰减,污染物浓度最大值出现在背风侧机动车道。研究可为预测城市街谷近地层内污染物分布提供依据。     

T型街谷交叉路口机动车诱导下污染物传播规律

为了探究车辆转弯行驶对于T型街谷交叉路口处空气流动以及污染物扩散的影响,本文建立了该系统中车辆移动下空气流动与污染物传播耦合数学模型,采用计算流体力学方法,揭示T型街谷交叉路口处车辆诱导下的机械湍流特性,并且基于场协同理论量化了车速对污染物扩散的影响.结果表明,在不同速度的转弯过程中,转弯速度增加使得车辆诱导的湍动能也...     

壁面加热作用对街道峡谷污染物扩散的影响

采用CFD软件Fluent研究了不同壁面加热条件下街道峡谷内流场及污染物浓度分布情况.结果表明,当街道高宽比(H/W)为1.33时,在低风速(u=1m/s)条件下,当壁面与周围大气无温差时,街道峡谷内存在一个稳定的顺时针大漩涡,污染物在背风侧堆积.当背风面、地面和背风面分别被加热时,峡谷内流场分布与无温差时相似,此时峡谷内的湍流强度增强,导致污染物浓度降低.当迎风面被加热时,峡谷内流场由原来的单漩涡结构变为双漩涡结构,此时街道峡谷下部浓度较高,上部浓度相对较低.当地面和迎风面同时被加热,温差较小(?θ=2℃)时,街道峡谷内流场由单漩涡结构变为双漩涡结构; 温差增大为5℃,峡谷内由双漩涡分裂成了3个漩涡,此时污染物分布与迎风面被加热情况相似.通过实测值和模拟值的比较可知,Fluent软件对街道峡谷大气环境的模拟结果基本合理.     

街道峡谷对称性对污染物扩散的影响

采用数值模拟的方法,研究了行列式和错列式街谷两侧建筑物的对称性对街谷内和下游建筑尾流区污染物浓度的影响,并引入3个用于评价室内空气环境的指标来描述街谷中人员区域内的空气质量.结果表明,平均残留时间(ART)和有效通风率(PFR)可用于评价不对称街谷内的空气质量.街谷的不对称性对街谷内部和下游建筑尾流区污染物浓度分布均有明显影响.下游建筑越低,则尾流区的浓度越高.行列式和错列式街谷中人员活动空间的无量纲平均浓度分别在建筑高度比例为7/3和7/2时最大.为在城市规划中尽可能避免出现最不利比例的街谷,根据平均残留时间和有效通风率等指标,给出了上下游建筑高度比与最不利街谷改善率的关系.     

上游阻挡建筑间距对街谷内空气环境的影响

城市中的大部分街谷都存在上游阻挡建筑.为考察阻挡建筑对街谷内空气环境的影响,通过数值计算方法研究分析了上游阻挡建筑对街谷内空气品质的影响作用,结果表明,在常规建筑间距范围内,街谷湍流强度、平均风速和风速波动范围均随着上游阻挡建筑间距增大而减小,这将导致当上游阻挡建筑与街谷建筑间距从15m增加到60m时,街谷空间污染物平均浓度增大36%,近地空间增大41%.因此,实际设计中街谷上游阻挡建筑与临街建筑间的距离不应过大.     

城市街道峡谷气流和污染物分布的数值模拟

应用计算流体力学(CFD)软件中的FLUENT软件模拟了典型城市街道峡谷中的气流和污染物分布状况.建立的模型包括不同形状的建筑物所构成的街道峡谷和存在高架桥的街道峡谷.研究结果表明:①不同形状的建筑物改变了街道峡谷内的风和湍流分布,从而对街道峡谷内污染物的分布产生很大的影响,在几何比例相同的街道峡谷里,建筑物外形越趋向于流线型,街道峡谷里污染物的地面浓度越小;②高架桥对街道峡谷内污染物浓度的影响取决于高架桥相对于街道峡谷的高度和宽度,高度越高、宽度越窄的高架桥其地面污染物的浓度越低;③ FLUENT软件对街道峡谷大气环境的模拟结果基本合理,可用于研究城市大气环境问题.      

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.      

榆中县城大气污染物扩散的观测实验与数值模拟

结合榆中县外场观测实验资料,利用计算流体动力学CFD (Fluent)软件对榆中县城区的流场和污染物扩散形态及规律进行了模拟研究.根据实际测量数据,利用Gambit软件建立了榆中县城区的三维城市建筑模型,导入Fluent进行模拟计算,对模拟结果与观测数据进行了对比分析,结果显示Fluent对流场和污染物扩散的模拟具有较好的一致性;具体而言,对风向、风速的模拟值与观测值的总体相似系数分别为0.876和0.843,对0.5m和27m高度处污染物模拟值和观测值的相关系数分别为0.71和0.72.因此,Fluent软件可用于城市污染扩散的模拟研究,也可以根据其模拟结果指导空气质量检测点的布设.     

城市中心街道交通隧道废气排放模拟

利用风洞试验、模式预测和现场监测的方法,对某城市中心街道交通隧道汽车废气的扩散特征作了模拟研究。结果表明,环境中汽车尾气污染程度与隧道中汽车行驶工况、车流量、气象条件（温度、风速、风向）等诸多因素有关。随着环境风速减小或环境气温升高,隧道外废气浓度显著增加。隧道出口至离出口90m处的引道范围是污染物高浓度区域,但废气排放对引道两侧离地面较高的匝道影响较小。对模式预测结果和风洞测量结果、现场监测结果作了比较,一致性良好