T型街道内空气流动与污染物扩散特性研究

为研究T型街道峡谷内空气流动与污染物扩散传质的特性,利用数值模拟研究来流风向角(θ)的变化(θ为45°、90°和135°)对T型街道交叉路口内空气流动与机动车尾气污染物扩散传递的影响,并与风洞实验测量数据进行验证。3种湍流模型中,可实现k—ε模型计算的速度相对偏差小于8%,与风洞实验结果一致性最好。结果表明,来流风向角的变化,会造成从街道顶部或侧面进入街道内的气流方向及通量发生改变,从而显著影响T型街道交叉口内及其附近的流动结构和污染物浓度分布。污染物容易在建筑尾流区等流动不畅的区域产生聚集,造成污染浓度偏高。当θ=135°时,T型街道内通风条件最好,街道内行人呼吸高度和建筑临街立面附近污染物浓度水平均相对较低。由于流动结构的改善,T型街道峡谷内的污染水平低于一般街道峡谷。     

计算流体力学模拟街道峡谷特征和风向对细颗粒物污染扩散的影响

街道峡谷结构和风向会对街道峡谷内的污染物浓度和扩散特征带来一定影响。利用计算流体力学(CFD)软件,针对街道峡谷高宽比、建筑物间隔(建筑物间空隙与街道总长度的比值)和风向对街道峡谷内细颗粒物扩散的影响进行数值模拟。模拟结果表明,建筑物间隔为20%,风向为北风,风速为3m/s,街道峡谷高宽比分别为1∶2、1∶1和2∶1时,街道中心线距地面1.5m高度细颗粒物最大质量浓度分别位于-19.3、-88.0、-19.3m(以与街道中心点的距离计,正值表示在街道中心点以东,负值表示在街道中心点以西,下同)位置,为37.5、46.4、28.4μg/m3。街道峡谷高宽比为1∶1,风向为北风,风速为3m/s,建筑物间隔分别为0、20%和40%时,街道中心线距地面1.5m高度的细颗粒物最大质量浓度分别位于148.0、-92.3、-186.7m位置,为88.1、31.6、33.7μg/m3。街道峡谷高宽比为1∶1,建筑物间隔为20%,风速为3m/s,且分别处于西风、北风和西南风时,街道中心线距地面1.5m高度的细颗粒物最大质量浓度分别位于165.3、58.0、1.5m位置,为10.6、11.2、16.0μg/m3。可见,CFD模拟近地面污染物扩散时应考虑街道峡谷结构和风向的影响。     

室外交通污染物对临街建筑室内环境的影响分析

采用计算流体动力学(CFD)模拟和CONTAM模型结合的方法,分析室外典型交通污染物CO对临街建筑室内环境的影响。结果表明,来流风向、建筑间距和建筑排布形式均对临街建筑室内CO浓度分布产生影响。来流风向角(θ)为15°时,室内CO浓度最低,而θ为45°时,CO浓度最高;随着建筑间距增加,室内CO浓度不断降低;交错排布的建筑形式下,室内CO浓度明显低于对称排布的建筑形式。临街建筑室内CO浓度逐时变化与室外街道峡谷内车流量变化保持一致。     

孤立与非孤立城市街道峡谷内污染物扩散

通过求解二维不可压N-S方程、k-ε方程及污染物对流扩散方程,模拟了孤立街道峡谷与非孤立街道峡谷内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.非孤立街道峡谷内污染物壁面浓度要大于孤立街道峡谷内的壁面浓度.通过计算街道峡谷建筑屋顶高度处的垂直方向污染物通量,说明了湍流扩散是污染物扩散出街道峡谷的主要原因,其污染物通量总为正,而平均流通量可以为负.非孤立街道峡谷由于平均流流动和湍流流动的总扩散通量减少,造成污染物在街道峡谷内集聚,从而理论上解释了非孤立街道峡谷与孤立街道峡谷污染扩散的差别.     

主导风向对不规则建筑群街区污染物扩散的影响

以城市道路某段典型的街道峡谷为研究对象,采用ICEM CFD数值模拟技术,分析不同风向对不规则建筑群街区污染物扩散影响。结果表明:(1)北风时,距地10.0m以下范围是污染物高浓度聚集区。与北风工况相比,西北风时街谷内污染物浓度分布变化较大,沿高度截面上升依次呈连续线状→线状和部分团状→断裂团状。(2)随着建筑高度的增加,主干道中的气流绕流作用减弱。通过控制建筑的连续界面诱导街谷中的气流横向绕流,或在临街上游设置合适的开敞空间,以增加来流通风廊道,可有效改善街谷中污染物的扩散。(3)两种风向下每条街道人员停留区内污染物停留时间排序规律相同;不同风向下每条街道人员停留区内污染物停留时间不同,说明风向对每条街道内污染物的影响存在差异,每段街谷内的污染物扩散分布不是孤立系统,而是相互关联的有机整体。     

街道峡谷机动车尾气污染扩散模拟与影响因子分析研究

为预测和分析街道峡谷污染物浓度,研究了街道峡谷污染物浓度影响因子.利用重庆市交通干线街道峡谷两侧NOx浓度的监测数据,验证了街道峡谷机动车尾气污染扩散模型--OSPM模型.风速转换系数修正后的OSPM模型的模拟值与实测值的R达0.862 58;风场因子验证了风速转换系数修正后的OSPM模型能较好地模拟重庆市街道峡谷的污染物浓度,一定程度上能满足环境空气质量评价要求.同时,通过分析OSPM模型的影响因子,提出了控制街道峡谷机动车尾气污染状况的建议.     

三维街道峡谷机动车尾气时空扩散模拟研究

针对信号控制路段,采用非稳态κ-ε湍流模型、组分输运方程进行非定常三维街道峡谷数值模拟,研究了三维街道峡谷内动态交通流下机动车污染物CO的时空扩散过程,并对比了含信号、不含信号的定常模拟结果.结果表明,(1)受信号控制及峡谷内流场影响,峡谷内污染物浓度呈现显著的时空不均匀性;(2)各路段背风面浓度值要大于迎风面,且背风面和迎风面浓度峰值均位于峡谷中部的人行横道区;(3)信号周期内人行横道区污染物浓度始终远高于峡谷内其他区域.在距离背风面建筑1 m的人行横道处污染物浓度可达24.15 mg/m3,超过国家空气质量二级标准141.50％;(4)受信号控制影响,含信号控制街道峡谷污染物浓度高于不含信号控制路段,人行横道背风面污染物浓度是不含信号控制人行横道的3.5倍.     

基于CFD的污泥脱水机房恶臭扩散分布规律研究

污泥脱水机房是污水处理厂恶臭污染最严重的处理单元之一，其恶臭污染危害工作人员和周边居民身体健康。为研究脱水机房恶臭扩散分布规律，运用计算流体动力学（computational fluid dynamics, CFD）理论并采用其商用软件FLUENT对脱水机房主要恶臭污染物之一的硫化氢扩散分布进行数值模拟。案例研究了3种典型情景下的硫化氢扩散分布。结果表明，不同通风条件对脱水机房硫化氢扩散分布影响较大。在进行脱水机房设计时，应将脱水机布置于夏季最多风向的下方向，并靠近排风口，使恶臭污染物在最短的路径上排除出去，还应考虑机房其他布置，使工作人员经常接触和经过的地方位于低浓度区。     

基于人工神经网络的街道峡谷NO_x浓度的数值模型研究

通过对反向传播人工神经网络的算法和网络结构的研究,发现拟牛顿算法训练速度较快,能够较好地接近误差目标值,同时建立了包括输入层、隐含层、输出层的人工神经网络三层拓扑结构。通过对街道峡谷人工神经网络的训练,模拟计算了街道峡谷NOx浓度分布值。结果显示,训练误差和测试误差比为1.11,训练样本的模拟值与实测值的相关系数为0.93,测试样本的模拟值与实测值的相关系数为0.87,模拟值与实测值的相关系数均高于显著水平为α=0.05与α=0.01所对应检验性表的相关系数临界值。该模型能够用于街道峡谷污染物浓度的模拟计算,具有较好的泛化能力。     

广州市机动车排放污染三维仿真模拟研究

基于三维的对流一扩散方程,采用50 m× 50 m× 20 m的高分辨率网格对广州市机动车排放污染扩散的宏观分布状况进行了数值模拟研究,应用有限体积法数值求解上述方程.模拟过程综合考虑了广州市的路网结构、交通流和路网线源排放强度等因素,进行了均匀风速的简单气象条件试算.结果表明,机动车排放污染物浓度随交通流量而变化,随高度增加而下降,上风向污染物浓度大于下风向,模拟结果与实际污染情况具有较好的一致性.     

高层建筑下汽车尾气扩散的数值模拟

本文利用电子计算机,用数值方法来求解原始方程,用以模拟高层建筑下的流场及汽车尾气扩散规律,从理论上阐明了当风向与街道垂直时,在建筑物背风面形成尾流的可能性,由此造成背风面的高浓度污染区。模拟结果与国外的一些观测事实相一致。一、前言向空间要地盘,这是我国城市发展的必然趋势。目前,我国的许多大城市耸立在街道两旁的高层建筑越来越多。随着交通事业的不断发展,有大量的汽车尾气在街道面排放。这些     

冶金企业无组织排放颗粒物影响评价

以上海市某冶金企业为例,该厂有正常运行的冶炼炉13座,每年向大气中排放大量颗粒污染物.基于高斯倾斜烟羽模式,整理了2003年上海市全年的气象资料,运用气象概率矩阵法计算了该厂直排点源及无组织面源排放颗粒物的影响,得出了厂区内无组织排放颗粒物落地浓度等值线图.计算结果表明,厂区内颗粒物污染主要来自无组织面源,污染集中在厂区中心的污染源附近;直排点源对环境的影响较小,污染主要集中在下风向.     

监测数据反推下PM_(2.5)扩散模型及突发情况模拟

建立了PM2.5扩散模型和应急污染扩散评估方法。模型考虑了风向、风速、温度等影响,根据监测点位置和PM2.5浓度信息反推虚拟污染源位置及浓度信息;采用高斯扩散模型,得到稳定风向、风速、温度下的任意时间、接收点的PM2.5扩散衰减模型;突发情况下,用时间变量替换速度项,得到该地区时态变化的PM2.5变化规律。根据西北某城市PM2.5监测数据,建立了其四季PM2.5扩散衰减模型,并对其空气质量进行分级表征,同时对某监测点突发情况下PM2.5时空变化进行了预测评估。结果表明,该模型合理可行。     

温度层结对城市街区流场及污染物扩散影响的数值模拟研究

采用标准k-ε湍流模型研究了温度层结对三维街区流场和污染物扩散的影响.结果表明,温度层结对街区流场和污染物均有一定影响.随着不稳定性的增加,气流涡旋中心向地面靠近.中性温度层结下,污染物随着街区内的涡旋先向背风侧迁移,然后主要随气流向下游迁移,很少向上游街区迁移.而不稳定温度层结下,上游街区污染物浓度也随之增加.根据污...     

高层建筑群对街谷内颗粒物扩散特性的影响

为了获得城市冠层内高层建筑群的高度变化对城市颗粒物污染的作用情况,采用大涡模拟方法研究了不同高层建筑群的街谷形状因子对街谷内空气流动与污染物扩散规律的影响。结果表明:在高层建筑群上方形成一个顺时针旋涡,旋涡中心位于城市峡谷内靠近高层建筑群背风处;随着街谷形状因子的增大,高层建筑群的滞留效应增强,导致高层建筑物上方的剪切层湍动能增强;当形状因子为2.5时,湍动能达到1.9 m~2·s~(-2),此时城市街谷内可吸入颗粒物的稀释扩散条件变差;在涡旋和气流夹带作用下,可吸入颗粒物浓度在垂直方向上分布具有明显的分层现象,大量可吸入颗粒物聚集于低建筑迎风面底部。不同街谷形状因子下街谷内空气流动与污染物扩散规律的探明将为有关部门制定相应规划提供参考。     

上海市截流外排工程污水扩散影响数值研究

城市污水截流外排工程是上海市城市水环境整治的重大战略。文章以CODCr为例,数值模拟研究了上海近岸水域东、南、西三大截流外排干线不同排污方案下污染物的输移扩散规律。结果表明,长江口的水动力条件有利于污水的稀释扩散;在现状排污条件下,无论洪枯季,引起的环境水体污染物CODCr浓度增量均不大,能够满足长江口水环境容量的要求;对于规划排放量的污水,预处理和一级处理条件下引起的环境水体污染物CODCr,浓度增量较为显著,对周围敏感目标的影响也比较大;二级处理条件下所引起的污染浓度增量比较小,对水环境的影响相对较小。因此,在规划城市污水外排工程时,建议必须近期和远期相结合,合理充分利用水体自净能力。     

高架覆盖的街谷内可吸入颗粒物的浓度分布

可吸入颗粒物影响及危害不断增大,微气候环境也越来越引起学者们的关注。对覆盖高架路的街道峡谷颗粒物浓度分布进行了研究;实地测量在风温、有无高架、建筑物附近植被覆盖程度、高度四种情况影响下颗粒物在街谷内分布情况,引入相关性分析,同时进行了CFD数值模拟研究。实测结果表明,早高峰时段街谷内达到5级重度污染;有高架路覆盖的街谷,内部颗粒物浓度高于无高架路覆盖的街谷;颗粒物浓度随高度增加逐渐降低,但是在刚高过高架路时,浓度会突增;街道植被覆盖程度越大,颗粒物浓度越低。相关性分析表明,颗粒物浓度与高度呈负相关,颗粒物浓度与温度呈负相关。模拟结果表明,有高架路覆盖的街谷,在高架路周围会形成涡流,导致颗粒物不容易离开街谷。     

河北廊坊地区一次持续重污染天气分析

利用廊坊市环境监测数据及常规气象资料,对2014年2月20—26日廊坊地区持续重污染天气进行分析。结果表明,廊坊地区上空一直受弱脊或浅槽控制,地面维持弱气压场,是典型的静稳天气;边界层内以偏东风、偏南风为主,风速很小甚至出现静风,相对湿度较大,近地面层有较强、较厚的逆温层,导致边界层内大气扩散能力差,与静稳的气象条件配合有助于污染物在低层的持续积累和霾天气的形成;风向、风速以及相对湿度等逐时变化与PM2.5浓度关系密切;混合层高度与静稳天气指数在重污染天气过程中有较好的指示作用。     

海岸地区基于AERMOD的热力内边界层对大气污染物扩散影响的模拟研究

海岸地区热力内边界层(TIBL)对大气污染物扩散具有重要影响。选取杭州湾地区某区域为模拟区,采用一个TIBL高度的简单计算模式模拟模拟区的TIBL高度,将其耦合到空气质量模式AERMOD中,并对AERMOD的相关模块和参数进行了相应的修改,再分别利用原AERMOD和改进后的AERMOD,模拟了不同污染源情景下的大气污染物地面浓度分布。结果表明,在多数情况下,由于TIBL对于大气污染物扩散空间的限制,大气污染物的地面最大浓度有所升高,地面浓度的高值区范围也有所增加,具体影响特征取决于污染源与TIBL的相对高度以及污染源距离海岸的相对位置。     

喷嘴角度对脱硫塔内气液两相流场的影响

提出了采用数值模拟的方法研究喷嘴角度对脱硫塔内部气液两相流场的影响。由于实际脱硫塔尺寸庞大,给实验研究带来困难且成本很高,在数值模拟平台上,分别模拟了45°、75°和-30°3种喷嘴角度布置下脱硫塔内部速度场、温度场变化以及湍流强度的分布情况。结果表明,在角度为-30°布置时速度场变化不是很剧烈,脱硫塔进出口温差比较理想,湍流强度在脱硫塔底部较大随着塔高的增加缓慢降低,这样有助于气液两相均匀混合,并控制出口烟温,有利于提高脱硫效率。