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.     

基于风洞实验的冷却塔空腔区范围影响因素研究

目的基于火电厂采用"烟塔合一"排烟方式时可能由于污染物下洗造成"空腔区"内地面高浓度等问题,分析空腔区范围,以科学设置环境防护距离。方法采用相似理论,将10个"烟塔合一"火电厂及地形按几何比缩小至风洞实验室内,通过测量冷却塔后方湍流度,并对比背景湍流度的方法,分析不同冷却塔形状以及不同下垫面条件下冷却塔空腔区的尺寸。结果空腔区的高度、宽度与冷却塔高宽比存在正相关性,山地地形更有利于湍涡耗散,而使空腔区范围较平坦地形更小,厂区内大型建筑物位置会对冷却塔空腔区的范围产生影响。试验分析得出,冷却塔空腔区范围基本在冷却塔高度的2倍以内,高宽比越大,则空腔区范围越小,地形越复杂,空腔区范围越小。结论火电厂采用"烟塔合一"排烟方式时,建议优先选择高宽比大的塔型,以降低排烟冷却塔对周围环境影响的可能性。     

数值风洞与物理风洞对烟塔合一排烟的比较研究

热电厂"烟塔合一"排烟技术因其初期投资和运行维护费用少,排烟效果好、SO2落地浓度低等优势,特别是在机场附近的净空限高和对景观环境有特殊要求的地区具有广阔的发展空间。目前国内外广泛使用的大气污染物预测模型——德国模式在烟塔合一排烟方式的预测上尚存在许多问题,如大风下洗条件下,冷却塔附近空腔区的大小和范围、空腔区污染物最大地面浓度等难以给出准确的预测结果。为准确预测烟塔合一排烟方式的大气污染物扩散情况,一种新的大气污染物扩散预测模式——数值风洞模型以及物理风洞实验被用于模拟烟塔合一的环境影响,分析数值风洞模式和物理风洞实验在大气环境预测领域应用的适用性和优缺点。2个预测方法的结果表明:在烟塔合一排烟方式下,大气污染物最大落地浓度随风速增加而增加同时在冷却塔下风向存在负压区,污染物在该区域高浓度聚集。对2种方法进行比较,物理风洞实验由于受到物质和气象等条件的限制,无法得到精确的预测结果以及无法直观地描述空腔区的产生和变化规律。而数值风洞模拟具有更大的自由度和灵活性,预测出在夏季6 m/s风速下,冷却塔下风向最大落地浓度出现峰值,属于最不利的气象条件。同时该方法可利用图形化手段实现对空腔区产生、变化、破碎至再生成的全过程描述,从而建立了一种大气污染预测的重要手段。     

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．     

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     

城市交通隧道汽车废气排放环境影响的实验研究

利用风洞物理模拟手段，对处于城市街区的交通隧道风井塔和峒口排放污气的环境影响作了实验研究，并基于射流理论和现场实测，建立峒口污染物散布的预测模式，该模式用于模型区环境影响评价，研究表明．１．隧道峒口污气排放有可能造成短时局地比较严重的污染影响，废气浓度可能超标，但影响范围不大，并且与周围建筑物，环境，气温和车辆运行状况等密切相关；２．建筑物的空气动力学效应对污染物扩散有明显影响。     

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.      

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。     

深凹露天矿流场与污染物散布的模拟研究

利用高阶矩湍流闭合方案建立了一个三维非静力高分辨率ＰＢＬ数值模式，并用此模式模拟了中性层结条件下一个深凹露天矿区实际地形的流场结构与湍流特性，分析并揭示露天矿自然通风特性，为进一步研究露天矿污染扩散规律提供背景流场。数值模拟的一些结果与同样试验条件下的风洞试验结果吻合甚好。     

小区规划方案的大气流场模拟及环境影响分析

在城市小区中应用计算机对规划方案进行模拟分析尚处于探索阶段。文章针对天津市某小区中的部分建筑,以天津市多年平均气象要素作为初始条件,计算过程选用标准的k-ε模型,结合Fluent软件进行流场模拟分析。通过模拟结果分析狭管风、空腔区和小风区在小区建筑物周围的分布特征,提出将产生的环境影响。研究结果表明,应用Fluent进行城市小区规划设计的大气流场模拟分析,具有实际应用价值,并对小区的环境规划具有指导意义。     

城市小区气象条件与污染扩散精细预报研究

从城市小区气象条件与污染扩散精细预报的科研需求和城市大气环境应急响应的应用需求出发,利用新一代全球/区域同化预报系统、城市小区尺度气象和污染扩散模式以及城市尺度污染扩散模式,对城市小区气象条件与污染扩散进行了精细预报试验,并进一步研究了城市小区尺度气象和污染扩散的精细模拟对城市尺度污染扩散模拟的影响.初步建立了城市小区气象条件与污染扩散精细预报方法,即:气象部分由全球到小区逐级单向嵌套、污染部分由小区到城市逐级单向嵌套的方法.预报试验结果表明,这种方法是合理可行的.小区尺度精细模拟对城市尺度污染扩散模拟的影响较大,但其模拟效果还有待利用观测资料进一步验证.     

街道峡谷型交叉口内气态污染物扩散的数值模拟

对大气边界层内大气湍流和建筑物对道路交叉口处机动车排放气态污染物扩散的影响进行了研究.在计算区域内建立了三维街道峡谷型道路交叉口及其内部机动车排放的模型,并在中性层结条件下,采用CFD(Computational Fluid Dynamics)稳态κ-ε湍流模型和被动标量的输运方程模拟了模型内外的流场和CO浓度场.结果表明:① 在相同高度条件下,交叉口处与处于下风向的街区内CO浓度明显高于其他街区;②风向对污染物的输运起决定性作用,在不同高度平面内CO浓度最大值均出现在平行风向的街区内;③外部大气湍流的驱动使得垂直风向的街区内产生强烈涡旋,涡旋的输运作用导致相同高度下上风向CO浓度较高;④交叉口处气流的掺混导致气流速度降低,使得平行风向的街区内CO可以向两侧垂直风向的街区内扩散,起到了稀释交叉口处地面附近CO浓度的作用.模拟结果与风洞实验结果符合较好,验证了方法的可靠性.      

青藏铁路羊八井一号隧道空气污染数值模拟

内燃机车排放的大气污染物是铁路隧道空气污染的主要来源,其污染特性受到排放源强、隧道内风速、扩散系数、初始浓度、边界浓度等诸多因素的影响。文章根据大气扩散方程建立了描述铁路隧道内空气污染物浓度分布的数学模式,提出了用有限体积法求解铁路隧道内空气质量方程的方法,并对影响隧道内空气污染物浓度分布的因数进行了灵敏度分析。结果显示内燃机车污染物排放源强和隧道内风速是影响铁路隧道内空气污染物浓度分布的关键因素,初始浓度和边界浓度的影响也较为显著,扩散系数的影响很小,在有风的情况下可以忽略。将模式应用于青藏铁路羊八井一号隧道内NOX污染规律的数值分析,模拟表明隧道内NOX浓度最大值出现在机车车头所在的位置,最大浓度为15.02 mg/m3。     

一个实用的高速公路大气扩散模式

在高斯线源扩散模式的基础上，建立了一个适合高速公路大气污染源扩散特点的模式，并以沈阳环城高速公路环境影响评价中的应用为例，说明该模式的实用性和优越性．在建立该模式的过程中，应用了国外关于公路扩散试验的成果来确定和修正模式中的扩散参数．     

风向变化对城市大气污染的影响及试验分析

针对城市大气污染的复杂多变状况，在理论分析的基础上，通过风洞实验对城市大气污染扩散模型进行了模拟试验研究，建立了适合一定条件下城市大气污染物扩散的数学和物理模型，并对城市大气污染状况的影响因素进行了分析，在得到特定条件下城市大气污染扩散普遍规律的同时，重点讨论了风向变化对城市大气污染的影响，该方法同时还可以应用于城市大气污染物扩散浓度的估算。     

城市立体交通系统中污染物传播特性数值模拟

构建了一个包含交通转盘、隧道、高架桥和下沉式公交站的立体交通几何模型,建立了该系统中流体流动与污染物传播的耦合数学模型,数值分析了环境风变化时,该系统中流体流动与气态污染物的传播规律.结果表明,环境风向的变化直接改变了公交站区域流体的流向途径,在公交站区域;北风时的平均污染物浓度是西风时的3.5倍,而在转盘中央区域,北风时平均污染物浓度是西风时的5倍.西风时,环境风速从0.5m/s增加到3.5m/s,东侧公交站区域的平均污染物浓度减少95.21%;交通隧道内,环境风速的增加使空气流通速度增加,污染物浓度迅速降低.     

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     

地下水环境影响评价中污染物运移模拟软件的适宜性评估

目前国内外已发展了一系列成熟的地下水污染物运移模拟软件,但是软件功能各异,易造成使用者的选择困扰.为满足HJ 610—2016《环境影响评价技术导则地下水环境》（简称“《导则》”）中关于环境影响预测工作精细化的要求,对国内外常用饱和带和包气带污染物运移模拟软件的适宜性进行了评估.首先,针对三款常用饱和带污染物运移模拟软件BIOSCREEN、AT123D和MT3D,基于理想算例对比4组水动力条件设置下的计算结果,分析软件的适宜性;其次,针对《导则》中暂未给出的包气带污染物运移模拟软件,以FEMWATER为例探讨了包气带阻滞作用对于地下水环境影响评价的重要性.结果表明:①BIOSCREEN由于忽略了分子扩散作用,当Pe（Peclet数）为0.25×10-3时,其预测的污染源下游10 m处污染物浓度为AT123D和MT3D计算值的1.8倍,存在高估污染风险的可能.②相比污染源直接设置于潜水面的情景,污染物从距潜水面11 m的地表泄露,经过包气带后污染源强降低了24%,下游85 m处污染物浓度达到0.1 mg/L的时间延迟了390 d.③当地下水流速较慢,分子扩散作用相比对流作用占优势时,适用MT3D开展数值模拟或者采用AT123D进行解析预测;当对流作用占优势且水文地质条件接近解析解假设时,可利用BIOSCREEN粗估污染风险.研究显示,包气带污染物运移模拟软件有助于合理地预测污染物在地下水环境中的运移转化行为,从而更准确地估计污染源强和判定地下水环境污染风险.