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。     

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。     

不对称街谷内PM_(2.5)浓度垂直分布特征及成因

当前细颗粒物PM2.5已成为城市环境的主要污染物,研究城市不对称街谷内PM2.5浓度的垂直分布特征,对居民日常生活与健康出行有现实意义。实验选取2013年3个不同阶段对高度在1~35 m范围的街谷进行PM2.5浓度监测,同时引用街谷内流场模型与浓度场模型,对PM2.5浓度垂直分布特征及成因进行探究。结果表明,不对称街谷受大气对流、风速、风向影响,街谷内细颗粒物存在不均匀分布特点,在较高侧随着壁面高度的增加PM2.5浓度大体呈"S"型曲线变化。同时在同一阶段监测的4天中街谷内PM2.5浓度分布特征大体一致,而阶段之间差异明显;街谷内PM2.5浓度垂直分布的最高浓度差出现在阶段1,高达75μg/m3,阶段2与阶段3浓度差相对减弱,仅在20~30μg/m3之间。通过阶段2与阶段3对比可知,北京冬季供暖燃煤对大气细颗粒物的贡献较大,导致颗粒物浓度偏高;而非采暖期气温回升,大气对流作用较强,有助于大气颗粒物扩散,因而街谷内PM2.5污染程度相对较低。     

城市街区流场和污染物扩散的数值模拟研究

利用天气预报(WRF)模式提供边界条件和初始条件驱动Fluent模式,模拟了榆中县城市区域的大气流动和污染物扩散。WRF模式在一定误差要求下对研究区域的基本气象要素的模拟准确率均在70%以上,较为准确地模拟气象要素实况,为Fluent模式提供了可靠的初始条件和边界条件;Fluent模式充分刻画了复杂城市下垫面的建筑物对污染物扩散的影响,较好地反映了不同区域污染物浓度差异;通过WRF-Fluent耦合模式的模拟,显示有建筑群存在的城市环境中,流场相对于环境风产生显著改变,进而反映建筑群中污染物的复杂扩散形态。结果表明,WRF-Fluent耦合模式作为一种研究城市建筑密集区域的大气流动状态和污染物扩散过程的方法是可行的。     

排水管道内湍动能分布特性及影响因素

污水中的污染物在管道输送过程中由于管道壁生物膜的微生物作用而发生降解,生化反应过程取决于物质从水相到生物膜之间的传质过程,传质过程受管道中流态特别是湍流作用的影响较大。采用PIV技术和FLUENT软件模拟下水道流态,重点研究充满度为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5和坡度为0.003、0.005、0.008、0.01、0.03时水相中湍动能和湍动耗散率的沿程变化。结果表明,在充满度一定时管壁处的湍动能及湍动耗散率最大,且其随着坡度的增大而逐渐增大;坡度一定时,充满度越大管壁处湍动能及湍动耗散率越大。     

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。     

北京城区大气中可吸入颗粒物的分布特征

一、序 大气中可吸入颗粒物在我国很多城市,尤其在采暖地区的城市是重要污染物.由于以往大气污染监测的取样上截止粒径为50—100μm,人们只注意肉眼看得见的大颗粒污染物,其中包括几十至100μm颗粒物,而把可吸入颗粒物(<15μm)的污染给掩盖了.对北京城区在采暖、非采暖期大气中IPM,探讨IPM的粒径分布规律、计算了采暖期与夏、秋样的质量中值直径、几何标准差以及作颗粒物的SEM.     

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.     

煤无烟燃烧锅炉炉内燃烧特性分析

对一台所设计的DZL1.0-0.7-AⅢ煤无烟燃烧锅炉炉内燃烧特性进行了数值模拟.对床层反应,采用了基于热力学平衡法的"黑箱模型",而对于床层上方炉膛空间内的气相湍流燃烧则采用了标准k-ε模型、旋涡消散模型和离散坐标模型.采用非结构化四面体网格生成技术处理复杂炉膛几何空间的网格生成.通过数值模拟,得到炉内速度场,温度场,浓度场等参数的分布特性.结果表明:"多孔分层错列撞击流式"二次风的引入对于改变炉内流动和燃烧特性,加强炉内烟气和空气的混合,强化燃烧及实现炉内消烟除尘具有重要的作用.     

旋流诱导界面(SII)反应器流动优化与泥/水分离性能研究

提出了一种新型诱导界面反应器(SII),通过优化反应器内的旋流流动,有效降低了活性污泥颗粒与水相的分离因子,改善了污泥床反应器内的泥/水两相接触状况,提升了反应器的污水处理负荷。构建了基于旋流修正的湍流模型和随机轨道模型,结合相应的计算流体力学(CFD)方法,模拟并预测了反应器内流体强烈湍动以及由此引发的颗粒涡流扩散。改进后的SII反应器实现了三维结构的循环流动以及污泥颗粒在装置内的自沉降,促进了颗粒与水相的充分接触。     

煤无烟燃烧锅炉炉内燃烧特性分析

对一台所设计的DZL1．0-0．7-AⅢ煤无烟燃烧锅炉炉内燃烧特性进行了数值模拟。对床层反应，采用了基于热力学平衡法的“黑箱模型”，而对于床层上方炉膛空间内的气相湍流燃烧则采用了标准κ-ε模型、旋涡消散模型和离散坐标模型。采用非结构化四面体网格生成技术处理复杂炉膛几何空间的网格生成。通过数值模拟，得到炉内速度场，温度场，浓度场等参数的分布特性。结果表明：“多孔分层错列撞击流式”二次风的引入对于改变炉内流动和燃烧特性，加强炉内烟气和空气的混合，强化燃烧及实现炉内消烟除尘具有重要的作用。     

建筑物对高架点源大气污染物扩散影响的模拟研究

运用数值方法对城市中高架点源排放大气污染物的扩散规律进行了模拟研究,在计算区域内建立了三维数学模型,并将拉格朗日法描述的颗粒轨道模型耦合到风场。本研究计算了地面风速为3 m/s时的大气流场,并模拟研究了该风场条件下气体污染物的扩散和固体颗粒污染物的运动轨迹。通过分析模拟结果,给出了高架点源中排放的气体污染物的扩散区域和固体颗粒污染物运动轨迹的变化规律。     

交通风对不同结构城市地下道路污染物扩散影响的比较研究

以往关于交通通风力的研究多集中在直隧道,而关于近年多出现的有分岔的城市地下道路的研究甚少。根据项目组关于上海市翔殷路越江隧道(直隧道)和长沙市营盘路湘江隧道(分岔隧道)的交通特征、交通风速以及污染物浓度水平的实测结果,重点开展了交通通风力对不同结构城市地下道路污染物扩散特性影响的比较研究。结果表明:相同交通流量条件下,有分岔的主隧道产生的平均交通风速(2.24～3.44m/s)虽小于直隧道的(3.06～4.76m/s),但由于分岔匝道对污染物的分流作用,有分岔的主隧道的污染物浓度变化率低于直隧道;当平均车速为30km/h时,受合流匝道带入室外空气稀释作用的影响,相当于为分岔隧道增加了20.9%的通风量,受分流匝道带出污染物的影响,相当于为分岔隧道增加了16.7%的通风量。研究结果可为分岔城市地下道路内污染物浓度水平的有效控制及其通风系统的优化设计提供参考。     

杭州城市可吸入颗粒物污染与气象条件关系的分级评价和BP神经网络评估

为了解杭州城市环境空气质量与气象条件之间的关系,利用杭州市区2003-2007年的可吸入颗粒物(PM10)浓度数据和气象资料,通过分级评价的方法和基于BP神经网络的污染物浓度评估模型,得到PM10浓度与气象条件的对应关系.结果表明,随着日降水量的增大,PM10浓度减小;风速与PM10浓度呈明显的负相关,随着风速的增大,PM10浓度明显减小;气象因素与PM10浓度之间呈非线性关系,大气能见度对PM10和相对湿度的变化极为敏感.随着PM10浓度的增大,大气能见度迅速降低,相对湿度越高,大气能见度则越低;近几年杭州市气象条件不利于大气污染物的扩散和清洗,是杭州城市环境空气质量上升缓慢的主要原因之一.     

道路路障对街道峡谷内污染物扩散的影响

采用数值模拟,研究不同风向角α(α=0°、45°、90°)及道路屏障位置(中间单路障和两侧双路障)对街道峡谷内机动车尾气污染物扩散的影响。数值模拟采用标准κ-ε湍流模型且Sc_t选择0.3时,计算结果与风洞实验结果较好吻合。结果表明,2种路障布置方式可有效降低人行道内污染物浓度,特别是,当α=45°时,污染物浓度最多可降低46.23%。同时,风向角α对街道峡谷内污染物扩散影响较大。当α=90°时,空气流通不良使得污染程度最为严重,且污染集中在背风侧近地面。单路障比双路障布置对污染物扩散影响更大,前者使污染物主要集中在街道中心背风侧,其他位置浓度明显降低;双路障时仅在一定范围内改善人行道内空气品质,但对街道整体污染物分布影响不大。     

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...     

北京空气重污染红色预警期间污染物与气象因子特征

揭示空气重污染红色预警期间污染物与气象因子的变化特征对空气质量预报和污染减排措施评估具有重要参考价值。利用大气污染和气象观测资料,研究了北京2015年11—12月空气重污染红色预警时期污染物浓度、气候特征及气象因子对空气质量影响。结果表明,PM_(2.5)在大气颗粒物中占有较大比重,为首要空气污染物;在重污染峰值时段,城郊PM_(2.5)与PM10比值(R)相差不大,可达0.9以上,空气呈均匀混合的高PM_(2.5)浓度特征,而空气质量较好时城区R值明显高于郊区;研究时段气候特征与历史同期相比有明显差异,其中平均风速偏小19%,平均气温偏高0.23℃,气温日较差减小,而多次小型降水增加了空气湿度,导致相对湿度值偏高40%,垂直方向上的逆温层或等温层则加剧了空气重污染的形成和发展,重污染过程中的红色预警措施明显降低了颗粒物浓度;风速与污染物浓度呈指数相关,城郊风速分别低于2.0和2.5 m·s~(-1)时,空气质量较差、污染物浓度随风速升高快速下降,而当城郊风速大于2.0和2.5 m·s~(-1)时变化特征则相反;相对湿度与污染物浓度呈幂相关,相对湿度在65%左右为空气质量特征发生变化的转折点;由于气温日较差存在季节变化,其与空气质量相关关系不太显著。     

北方干旱地区水库富营养化模拟

北方干旱区水库具有防洪、灌溉、城市供水多种功能,其富营养化控制具有重要意义。以对汾河水库水质长期监测数据为基础,结合水动力模型、物质输移扩散模型及富营养化生命过程建立富营养化耦合模型,研究不同情景下水库流场特征及营养物质的时空分布规律。研究表明,水库部分区域已发生富营养化,且库区内污染物浓度超标范围较大,提出上游排放口污染物削减方案,为汾河水库乃至整个北方干旱地区水库的富营养化控制提供技术支持。     

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。     

ABR-生物滴滤池组合工艺处理农村生活污水

采用ABR-生物滴滤池组合工艺,研究在水力停留时间为3 d、滴滤池水力负荷为5 m3/（m2·d）的条件下,组合工艺对生活污水中主要污染物的去除效果、滴滤池内部污染物浓度变化和微生物的沿程分布规律。实验结果表明,组合工艺对COD、TN、NH＋4-N和TP的平均去除率分别可达73%、32%、58%和30%;滴滤池内各层污染物浓度除TP在中层略有升高外,其余均沿程逐渐降低。滴滤池底层对各种污染物的去除能力均较强,原因是果壳活性炭填料较强的截留吸附能力以及底层微生物优势菌属较好的降解作用。总氮的去除依靠滴滤池内填料的物理化学作用和微生物同步硝化反硝化作用,其中微生物作用约占60%,成为脱氮的主要途径。