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。     

发射燃气扩散过程数值模拟及安全性分析

目的研究发射燃气扩散过程及对附近安全的影响。方法以CFD方法建立发射阵地气体扩散数学模型,空间内的湍流采用RNG k-ε湍流模型,结合FLUENT软件,对某燃气发生器产生的有毒气体的扩散过程进行数值模拟。以氯气为标的物,计算不同风速、地形影响下氯气的扩散过程,分析风速、山地对氯气扩散速度、距离、覆盖范围、浓度变化的影响。结果山顶发射时,风速越大,氯气的扩散速度越快,覆盖范围越广,最大扩散距离为249 m;山底发射时,在相同风速下,氯气的扩散距离、扩散速度均小于山顶发射时,最大扩散距离为221 m。山地对氯气扩散的影响主要是减缓氯气团的运动速度,减小氯气的影响距离,在山地的迎风面与背风面氯气浓度较高。结论不同风速和起伏山地对氯气扩散会产生较大影响,采用该分析方法可以归纳出有毒气体扩散及影响范围的一般规律。     

室内人体行走引起颗粒物再悬浮的试验研究

室内人员活动是室内颗粒物再悬浮的重要因素,研究室内颗粒物再悬浮对评估室内空气质量有重要意义.以南开大学津南校区某公共教室为研究区域,通过现场试验研究了室内地面不同积尘负荷下,人员行走引起的PM_2.5再悬浮浓度及其扩散速率.结果表明:①不同时间间隔内的室内地面总颗粒积尘负荷不同,时间间隔为3、7、15 d时,室内PM_2.5积尘负荷分别为0.11、0.18、0.30 g/m2.②室内地面不同总颗粒积尘负荷下,在室内中心过道处行走时引起的PM_2.5再悬浮浓度约1 min后达到最高值,PM_2.5再悬浮浓度达到最高值的时间与地面不同总颗粒积尘负荷的关系不明显.③随着室内地面总颗粒积尘负荷的增加,人体行走引起的PM_2.5再悬浮浓度也会增加.当室内PM_2.5积尘负荷为0.30 g/m2时,行走路径中游坐姿1.1 m处与站姿呼吸平面1.5 m处的PM_2.5再悬浮浓度平均值分别为3.03、2.68 μg/m3,约是室内PM_2.5积尘负荷为0.18与0.11 g/m2时引起的PM_2.5再悬浮浓度平均值的2~3倍.④利用颗粒物传输模型对PM_2.5再悬浮进行量化分析发现,室内地面不同总颗粒积尘负荷的大小与PM_2.5再悬浮分数无关,PM_2.5再悬浮分数为2.2×10-8;室内PM_2.5积尘负荷为0.11、0.18、0.30 g/m2时,行走引起的再悬浮PM_2.5扩散速率分别为7.62×10-11、1.25×10-10、2.08×10-10 kg/s.研究显示,地面积尘负荷的大小会影响人体行走时颗粒物的扩散速率与室内PM_2.5浓度.      

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。     

气体扩散电极制备及其对苯酚降解效果的研究

以质量比9∶1的活性炭和乙炔黑制备气体扩散电极,着重研究电流密度、pH值、曝气量等因素对H2O2产生量的影响.结果表明:pH值在较大范围内均适用;电流密度控制在50～75 mA/cm2,曝气量确定为5 L/min时,反应产生H2O2较多.另外,利用该气体扩散电极做阴极,石墨电极做阳极,以Na2SO4为电解质,研究了电解时间、电流密度、pH值、初始苯酚浓度、曝气量等因素对苯酚降解效果的影响.结果表明:在电流密度为75 mA/cm2、曝气量为5 L/min、初始pH=3的条件下,当苯酚的初始浓度为80 mg/L时,1 h后其去除率达77%.     

密闭舱内甲醛气体的扩散模型及其验证

以5m(L)×3m(W)×3.5m(H)几何结构的房间作为密闭模拟舱,对于形状为1m×0.6m、胶木板材料的污染源,在不通风的状态下,采用CFD技术模拟了室内甲醛扩散情况。通过联立气体质量扩散方程和RNGK～ε湍流模型方程,得到密闭舱内甲醛扩散数学模型,并采用实际监测方法对计算结果进行验证。结果表明:在27℃条件下,在该密闭舱内甲醛的实测浓度分布值为0.8～2×10-6mol/m3,而模型预测值为与实测值基本处于同一数量级。该模型能很好地模拟出甲醛扩散分布。     

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.      

扩散模型中忽略纵向扩散的条件

本文用高斯烟流模式和高斯烟团模式讨论了大气扩散模型中忽略纵向扩散的条件,认为忽略纵向扩散的条件是■10K/L,而不是■≥1m/s。     

基于HR/CFD技术的城市汽车尾气扩散规律研究

为研究城市空间结构对汽车尾气扩散规律,根据高分辨率遥感影像建立了某城市核心区域几何模型。以当地常年气象风向作为重要的边界条件之一,应用CFD多相流技术,模拟了十字交叉口车辆队列怠速等候35,45,55 s时的尾气扩散过程,并对45 s时4个监测点的体积分数进行了实测,最后,通过建筑高度优化,降低了该区域的尾气含量。以上研究结果表明:在空间狭小区域,近地空间CO体积分数达1.0×10-7,与研究域平均体积分数相差100倍以上,说明城市空间结构对尾气扩散影响较大,仿真所揭示的规律与实测吻合。建筑设计时应结合当地气象风向和风速,应设计一定的建筑高度梯度,可以促使污浊气体迅速扩散至远地空间。     

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.