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。     

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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

静压箱式错流生物滴滤床去除甲苯废气的研究

根据静压箱原理设计静压箱式错流生物滴滤床,设置进气静压区进一步改善气流分布情况,气流进入后在圆柱形静压区内动压降低,气流均匀分布.以甲苯为目标污染物、陶粒为填料、恶臭假单胞菌为菌源进行实验,研究静压箱式错流生物滴滤床的挂膜启动情况及稳定运行阶段甲苯停留时间、进气浓度对甲苯去除率的影响,分析了运行后期填料层压力损失增大的...     

垂直流人工湿地水力学特性研究

通过示踪剂实验从停留时间分布（RTD）曲线及其统计特征值等方面对垂直流人工湿地的水力学特性进行了定性和定量的分析。研究表明水流在垂直流人工湿地中的流动是一种非理想的不均匀流动,存在一定的死区和水流的扩散;垂直流人工湿地较大的死区率与其表面布水的不均匀性有关,这也可能是其死区率大于表流人工湿地的最主要的原因。实验还表明,进水流量对垂直流人工湿地停留时间分布影响较大,随着进水流量的增加,平均停留时间减小,但标准平均停留时间增大,死区率减小;当进水流量为15L／h（水力负荷为620mm／d）时,水流在湿地中的散度最大,水流更接近全混流,不利于污染物的降解。