城市街区污染散布的数值模拟与风洞实验的比较分析

将专门设计的一项中性层结条件下风洞的污染物浓度测量实验，与已建城市小区尺度模式在相同条件下的污染扩散模拟结果进行了比较分析．分析了该模式流场模拟的有效性．结果表明：总体上，数值模拟与风洞实验结果符合较好；进一步分析发现，数值模拟结果中建筑物背风侧空腔区湍涡的中心比风洞实验结果略高，空腔区的范围比风洞实验所示范围大，建筑物迎风侧位移区比风洞实验所示小．此差异可能是由两者边界条件的不同引起的．     

基于CFD方法的土工离心机数值建模

目的 研究湍流模型和旋转域划分对土工离心机数值计算的影响,以建立适用于土工离心机计算的数值模型。方法 针对一款有实测风阻功率的土工离心机模型,分别采用SRF和MRF方法进行建模,选用标准k-ε、RNG k-ε和SST k-Omega湍流模型,对不同转速下土工离心机室内流场进行数值模拟,对比计算所得风阻功率、流场及温度场分布。结果 标准k-ε模型和SST k-Omega模型对湍流黏度的过度预测会导致计算所得土工离心机风阻功率偏大。中低转速下,旋转域的划分对计算结果的影响较小,但采用SRF方法计算所得的风阻功率与实验值更接近。结论 通过对比实验结果,为土工离心机计算建立了较为可靠的数值模型,并通过对比流场分布分析了因湍流模型选择引起计算误差的原因,为土工离心机数值模拟提供了思路。     

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．     

粉尘粒子运动扩散特性的大涡模拟研究

采用大涡模拟的方法(LES)模拟了气体运动,采用Lagrangian方法模拟了粉尘颗粒运动,针对平面尾迹流和湍流射流这2种基本流场类型对不同stokes(St)数粉尘颗粒随流场的空间分布特性进行了数值模拟．2种不同工况下的数值模拟结果均显示,小Stokes数颗粒在流场中受流体涡团的影响较大,一般分布于涡团核心区,并且小Stokes数颗粒可以和流场近似无滑移的同步发展;中等Stokes数颗粒由于受来流涡结构离心力与颗粒自身惯性力的影响大致相同,一般分布于涡核的边沿;而Stokes数远大于1的大颗粒,由于其在流场中跟随性减弱,更多的颗粒按其原有的方向运动,表现的是自身运动惯性的影响．     

山区盆地大气湍流特征与污染扩散的数值试验

运用三维非表在气动力学数值模式，模拟了稳定、中性和不稳定３种层结下山区盆地的大气湍流和污染扩散特区通过模拟认为，在山区复杂地形条件下，由风切变引起的机械湍流是湍流动运动的主要形式之一，它主受风速的影响，同时，在非中性层结下，热力湍也是充运动的主要形式之一，由于地形复杂和层荮变化，使得污染扩散与平原地区有较大差异，在稳定层结条件下可以产生高浓度的污染。     

环境空气动力学

X169 200400685 城市街区污染散布的数值模拟与风洞实验的比较分析/蒋维楣(南京大学大气科学系)…∥环境科学学报/中科院生态环境研究中心.-2003,23 (5).-652-656 环图X-9 将专门设计的一项中性层结条件下风洞的污染物浓度测量实验,与已建城市小区尺度模式在相同条件下的污染扩散模拟结果进行了比较分析。分析了该模式流场模拟的有效性。结果表     

城市街区交通空气污染模拟研究

随着经济增长和城市发展 ,汽车排放已经成为我国一些大城市空气污染的主要来源。本文在分析城市街道流场和湍流场特征的基础上 ,改进了丹麦开发的OSPM街道峡谷汽车污染扩散模式 ,并开发出城市交通路口汽车污染扩散模式 ,建立了适合我国车辆特征的汽车源排放模式 ,为准确模拟我国城市交通导致的空气污染 ,从而进行有效的控制决策 ,提供了科学的方法手段。本文定量给出了由于涡流导致的峡谷流场和湍流场的特点 ,以及因交通引起的湍流的变化规律。用K ε流体动力学模型 ,计算了二维街道峡谷流场和湍流场结果 ,与实际测量数据有较好的一致性。由丹麦开发的OSPM街道峡谷汽车污染扩散模式 ,经过模式中街道底部风速系数的修改 ,可以较好地模拟北京街道汽车污染的扩散规律。在OSPM模式的基础上 ,本文研究开发了一个简单的模拟城市街道十字路口汽车污染扩散的模式 -OSIPM。经实测数据验证 ,该模式可以较准确地模拟十字路口的污染扩散规律。MOBILE汽车源排放因子模式计算获得的北京市排放因子 ,与根据实测污染浓度用OSPM扩散模式反算出的结果相比 ,发现模式计算结果比实际值约高出30 %。本研究的主要成果包括 :(1)定量给出了由于涡流导致的峡谷流场和湍流场的特点 ,以及因交通引起的湍流的变化规律。(2)用K ε流体     

内陆丘陵河谷地区小风条件下的大气扩散模拟研究

针对湖南中部丘陵河谷地区的气象特点,开展了小风条件下大气扩散的数值模拟研究,并与示踪实验结果进行比较.模拟采用美国EPA推荐的非稳态拉格朗日高斯烟团模式CALPUFF,以加密的地面气象观测资料、边界层垂直廓线观测资料和铁塔多层湍流观测资料作为模拟气象场的输入.中等风速和小风条件下的模拟结果表明:模式对地表类型及资料的分...     

旋风分离器内滚场的数值模拟及方法分析

基于交错网格的SIMPLE方法对切向入口旋风分离器内的流场进行了数值模拟，为了分析验证不同湍流模型的适用效果，分别选用了标准的κ—ε模型、Smith修正的模型和Chen—Kim修正的模型。通过对同一工况模拟结果与实验数据的比较，发现Smith修正的湍流模型更适合干预报像旋风分离器内这种具有返转流动的强旋流场。     

基于ZJU400土工离心机的CFD模拟方法

目的给出可靠的CFD模拟方法,用于土工离心机风阻功率估算,得到流场及温度场模拟结果。方法针对ZJU400中高速大型土工离心机,利用结构化网格划分使转臂及内壁面处的y+值<30,使其满足湍流模型边界层厚度要求。利用k-omega SST湍流模型和MRF多参考系方法对ZJU400土工离心机进行数值模拟,对模拟所得风阻功率、流场和温度场进行对比验证。结果模拟所得风阻功率与ZJU400实测数据偏差<10%,模拟所得流场与文献[8]中的结果吻合,温度场与实测数据吻合。结论针对ZJU400中高速大型土工离心机的CFD模拟方法取得了精度较高的模拟结果,通过仿真模拟弥补了大型土工离心机实验数据缺乏问题,减少了对实验数据的依赖,为制造设计和研究大型土工离心机提供了CFD模拟方法。     

Simulation of dispersion in moderately complex terrain—Part C. A dispersion model for operational use

An operational dispersion model for use in areas with complex terrain is presented. The model uses mean and turbulence quantities simulated with the fluid dynamic model presented in Part A. A large number of wind and turbulence fields are simulated with the fluid dynamic model. These simulations are put into a database and can be used in the calculations of dispersion with the operational model. To get relevant meteorological data for the model a Doppler sodar and a 10 m high mast with a temperature profile and wind and wind direction at one level are used. The model calculates a trajectory for the plume centerline from the simulated wind field, and approximates the concentration field with a bi-Gaussian distribution. For convective conditions the mixing height and the surface heat flux, used as input for the model, are being determined from the sodar measurements through relations related to the temperature structure parameter C_T² and the standard deviation of the vertical velocity. The horizontal and vertical standard deviations for the plume are determined by using the simulated turbulence quantities from the dynamic model and Eulerian velocity spectra. Simulations with the model is compared with dispersion measurements performed in an area in the southern Sweden, the Vänersborg-Trollhättan region. The geographical area is characterized by topographical features on the meso-γ-scale, i.e. 2–20 km. Thus there are forested hills, a relatively flat agricultural area and an extended lake area within the model domain. The terrain height relief is typically 80 m. The simulations show, in general, good agreement with the measured data both for unstable and stable stratifications.     

Flow and dispersion of pollutants within two-dimensional valleys

Wind tunnel experiments and a theoretical model concerning the flow structure and pollutant diffusion over two-dimensional valleys of varying aspect ratio are described and compared. Three model valleys were used, having small, medium, and steep slopes. Measurements of mean and turbulent velocity fields were made upstream, within and downwind of each of these valleys. Concentration distributions were measured downwind of tracer sources placed at an array of locations within each of the valleys. The data are displayed as maps of terrain amplification factors, defined as the ratios of maximum ground-level concentrations in the presence of the valleys to the maxima observed from sources of the same height located in flat terrain. Maps are also provided showing the distance to locations of the maximum ground-level concentrations. The concentration patterns are interpreted in terms of the detailed flow structure measured in the valleys. These data were also compared with results of a mathematical model for treating flow and dispersion over two-dimensional complex terrain. This model used the wind tunnel measurements to generate mean flow fields and eddy diffusivities, and these were applied in the numerical solution of the diffusion equation. Measured concentration fields were predicted reasonably well by this model for the valley of small slope and somewhat less well for the valley of medium slope. Because flow separation was observed within the steepest valley, the model was not applied in this case.     

风向对街道峡谷内污染物扩散的影响

采用Fluent软件,选用RNG k-ε湍流模型,对长高比为5的街道峡谷(简称街谷)在0°～90°风向下流场和污染物浓度场进行了数值模拟. 结果表明: 0°～75°风向时,街谷内流场呈明显的三维特性,90°风向时,流动表现出中长街谷的二维特点;风向对街谷内壁面污染物浓度的分布有显著影响,90°风向下的街谷壁面浓度最大,其次是45°风向,其余风向下的相对较小,污染物浓度的计算值与风洞试验值在趋势上吻合较好;壁面污染物浓度的分布由街谷内长度方向漩涡、来流冲角产生的进口回流及沿长度方向的流动所决定,壁面浓度的分布差异均可从附近的流场获得解释. 街道峡谷内长度方向的漩涡模拟过强会导致地面附近污染物浓度的计算值偏离试验值.      

湍流模型对预测街道峡谷污染物扩散的影响

文章选取标准k-ε湍流模型、RNGk-ε湍流模型、realizablek-ε湍流模型和单方程Spalart-Allmaras涡黏系数模型对街道峡谷附近的流动和汽车尾气污染物扩散进行了模拟,并与风洞试验值进行了比较,结果表明,4种模型对街谷壁面的浓度预测在趋势上与试验值基本一致,Spalart-Allmaras模型的预测效果最好,realizablek-ε模型预测最差,而标准k-ε模型和RNGk-ε模型的预测介于其间;RNGk-ε模型和realizablek-ε模型的修正作用在预测建筑物尖角和顶部附近的流动处有所体现,但对街谷内浓度分布的预测仍不如标准k-ε模型;本文从流场分布的特点对4种模型的浓度预测差别进行了解释,证明了壁面浓度与其附近的速度和湍流黏性系数的分布相对应。     

屋顶形状对街道峡谷内污染物扩散的影响

采用Spalart-Allmaras湍流模型,通过求解二维连续性方程,Navier-Stokes方程及污染物输运方程,模拟了具有不同屋顶形状的街道峡谷的流场及交通污染物浓度场.计算结果与风洞试验结果总体趋势一致.由于屋顶形状的不同,峡谷内的流场会形成顺时针或逆时针方向的旋涡,从而影响建筑物迎风面与背风面污染物浓度分布.在各种屋顶形状的街道峡谷中,壁面污染物浓度的相对大小与其附近的速度分布有直接关系.通过对街道峡谷建筑屋顶高度处垂直方向污染物通量的计算和比较,说明了不同屋顶形状的街道峡谷平均流扩散和湍流扩散的强弱,污染物湍流扩散通量值有可能为正或为负;同时,峡谷内剩余污染物浓度的大小表明了屋顶形状对污染物扩散出街道峡谷难易的影响.      

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     

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.     

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.