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。     

2×300 MW机组烟塔合一方案大气环境影响分析

受机场附近160 m限高制约,辽宁某电厂需采用烟塔合一技术. 运用德国AUSTAL2000模型分析了环境风速、大气稳定度、烟气出口速度、烟气出口温度等参数与烟气抬升高度间的关系,预测了烟塔排放的大气环境影响,并且与烟囱方案的大气环境影响进行了对比分析. 结果表明,各类参数变化均会导致烟气抬升高度发生改变. 环境风速不变,稳定度从A变到F时,抬升高度明显变小,最多可降低84.2%;相同稳定度条件下,环境风速从0.1 m/s增至4.4 m/s时,抬升高度明显变小,最多可降低84.3%;烟气出口速度从2.5 m/s增至8.0 m/s,抬升高度显著增加,最多为2.4倍;烟气出口温度从20 ℃增至50 ℃时,烟气抬升高度显著增加,最多为3.3倍. 综合经济及环保因素,该项目烟塔高度取130 m较适宜. 相比210 m烟囱方案,烟塔方案不仅满足机场限空要求,并且污染物年均及日均最大地面浓度均较低.      

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     

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.      

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.     

天津夏季黑碳气溶胶及其吸收特性的观测研究

利用天津城市边界层观测站2010年8月12日~9月18日期间的黑碳、污染物和气象梯度观测数据,分析天津市夏季黑碳气溶胶浓度的变化特征及其影响因子.结果表明, 观测期间,黑碳气溶胶浓度均值为6.309mg/m3,占PM10质量浓度的4.17%,其吸收消光占气溶胶总体消光的10.23%.受人类活动和边界层结构影响,黑碳气溶胶浓度日变化呈双峰型,7:00达到峰值,14:00~16:00最小,20:00达到次高峰.黑碳气溶胶浓度随风速增加呈下降趋势,当风速超过4m/s时,浓度一般低于5mg/m3,西风及西北风对天津城区黑碳气溶胶输送作用明显,其出现大于10mg/m3的高黑碳气溶胶事件概率为18.07%;逆温和大气稳定易造成黑碳气溶胶在近地层的堆积,形成高污染事件.     

深街道峡谷内高架桥对污染物传播特性影响的模拟研究

城市化进程导致在城市中出现通风条件较差的深街谷,建设于深街谷内的高架桥会加重周边街谷内空气污染.用计算流体力学模拟方法（CFD）探索在不同环境风速下的深街谷中,高架桥的高度和宽度对街谷内气流组织与污染物扩散的影响.结果表明:高架宽度小于0.8倍街谷宽度时的高架桥不会抑制桥下空间的流动;桥宽增加会改变桥下空间的涡旋结构和涡旋方向,近地面流动方向由之前的从右至左流动变为从左至右流动,因而桥下空间污染分布也发生明显改变;高架桥宽度的增加导致两侧低层住户受到较大影响,对背风面住户的影响更为明显;但高架宽度为0.5倍街谷宽度的高架桥能对迎风面中层住户造成影响;增加高架桥的高度,其下方污染物浓度增加;当高架桥位于街谷冠层时,下部空间的污染物浓度急剧增加;冠层处及涡旋交界面高架桥对两侧住户产生较大影响,而其他高度高架桥对两侧住户影响不大;随着环境风速的增加,高架桥对近地面源污染物扩散的阻碍作用逐渐减弱.研究显示,深街谷中增加高架桥的宽度、高度都会导致街谷内空气质量的恶化,而高架桥会阻碍因环境风速增加对街谷内空气质量的改善.      

基于CFD方法的燃煤电厂烟气排放数值模拟

为研究燃煤电厂的烟气扩散,采用计算流体力学（computational fluid dynamics,CFD）方法对燃煤电厂烟气排放中污染物（包含气态污染物和固态颗粒物）的扩散形态进行模拟.燃煤电厂的排烟方式主要有烟塔合一和烟囱两种,根据几何参数建立烟塔合一及烟囱的数值模型,采用纳维-斯托克斯方程（Navier-Stokes equations,N-S equations）求解流场及气态污染物浓度场,采用离散相模型（Discrete Phase Model,DPM）计算固态颗粒污染物运动轨迹.结果表明:对于气态污染物,由于冷却塔下游漩涡的卷吸作用,采用烟塔合一排放的烟气最大浓度和超标范围随环境风速的增加逐渐增大,不利于烟气扩散.但随着环境风速的增加,空气的对流作用逐渐增强,从而加速了烟气的扩散.在漩涡和环境风的综合作用下,烟气的最大浓度和超标范围在环境风速为6 m/s时达到最大值,随后随着环境风速增加而减小.采用烟囱排放的烟气由于漩涡作用很小,因此其最大浓度及超标范围随风速的增加呈递减趋势.得益于烟气在冷却塔内的预扩散,采用烟塔合一排放的烟气最大浓度比采用烟囱排放的烟气最大浓度低将近1个数量级,但这种优势会随着环境风速的增加而减小.对于固态污染物,冷却塔后方的漩涡会加速颗粒物的扩散,因此采用烟塔合一排放的颗粒物的扩散状态远优于采用烟囱排放的颗粒物的扩散状态.      

条缝型空气幕对抽油烟机污染控制的辅助作用

运用数值模拟和实验测试方法,研究了住宅厨房在油烟机和送风气幕作用下的气流流动、温度分布和污染物扩散机理,并通过CFD数值计算对比分析了射速在0~5m/s范围的空气幕对厨房污染物扩散的影响.结果表明,单独使用抽油烟机作为厨房排风系统无法有效地将烹饪产生的油烟快速排向室外.空气幕作为补风装置应用在厨房通风系统不仅可以降低厨房空气温度,提高人体热舒适,而且能合理组织气流流动,降低厨房污染物浓度.然而,当油烟机排风量一定时,空气幕射速并非与油烟机捕集效率成正比,而是存在着最佳设计风速,排风速率为5m/s的最佳空气幕射速为0.6m/s.当通过增加油烟机排风量来提高捕集效率时,应根据不同的排风量确认对应的空气幕射速.     

上海世博规划区交通干道污染物对流扩散研究

采用计算流体动力学(CFD)技术,对不同来流风速大小、风向条件下的上海世博规划区内四条主要交通干道上的交通污染物对流扩散进行了三维数值仿真。获得了不同工况下交通污染物浓度的空间分布。通过数值仿真结果分析,探明了交通干道上的机动车尾气排放对世博规划区内空气质量的影响(各工况下世博规划区内的CO最大浓度为0.25～0.59mg/m3;东南、东北和南风向下规划区内的NO2最大浓度分别为0.037mg/m3、0.03mg/m3和0.03mg/m3,而北风和西风下规划区建筑群内NO2最大浓度分别为0.068mg/m3和0.12mg/m)3,并揭示出应该重视靠近交通干道的建筑物附近的空气质量改善,特别是要重视靠近卢浦大桥两侧的建筑群周围空气质量改善(卢浦大桥两侧的建筑群周围NO2最大浓度已稍大于《环境空气质量标准》规定的一级标准浓度限值)。     

T型街谷交叉路口机动车诱导下污染物传播规律

为了探究车辆转弯行驶对于T型街谷交叉路口处空气流动以及污染物扩散的影响,本文建立了该系统中车辆移动下空气流动与污染物传播耦合数学模型,采用计算流体力学方法,揭示T型街谷交叉路口处车辆诱导下的机械湍流特性,并且基于场协同理论量化了车速对污染物扩散的影响.结果表明,在不同速度的转弯过程中,转弯速度增加使得车辆诱导的湍动能也...     

动态风场及交通流量下街道峡谷内污染物扩散模拟

根据现场实测数据,应用标准k-ε模型研究了动态风场及交通流量下三维街道峡谷内的污染物扩散规律,数值模拟利用CFD软件FLUENT,其中动态风场和车流量变化信息通过用户自定义编程实现.结果发现,动态风场下空气在街道内部不断经历膨胀和压缩的过程,街道峡谷内部流场形态时刻都在变化;当风速由大变小时,空气膨胀出街谷,流型呈近似椭圆形分布;当风速由小变大时,空气压缩在街谷内部,流型呈近似圆形分布.风速的不断变化引起街谷内、外大气的压缩和膨胀过程,这种过程能够改善街谷内污染物的扩散情况.背风面行人高度处,动态来流下的平均污染物浓度要比定常来流下低17.7%;迎风面行人高度处,动态来流下的平均污染物浓度要比定常来流下低27.1%.动态环境下污染物浓度的分布和峰值由风场和车流量变化共同决定.     

榆中县城大气污染物扩散的观测实验与数值模拟

结合榆中县外场观测实验资料,利用计算流体动力学CFD (Fluent)软件对榆中县城区的流场和污染物扩散形态及规律进行了模拟研究.根据实际测量数据,利用Gambit软件建立了榆中县城区的三维城市建筑模型,导入Fluent进行模拟计算,对模拟结果与观测数据进行了对比分析,结果显示Fluent对流场和污染物扩散的模拟具有较好的一致性;具体而言,对风向、风速的模拟值与观测值的总体相似系数分别为0.876和0.843,对0.5m和27m高度处污染物模拟值和观测值的相关系数分别为0.71和0.72.因此,Fluent软件可用于城市污染扩散的模拟研究,也可以根据其模拟结果指导空气质量检测点的布设.     

北京地区SO2、NOx、O3和PM2.5变化特征的城郊对比分析

2006-01-01～2006-12-31在北京上甸子区域大气本底站和城区宝联环境观测站连续观测了SO2、NOx、O3和PM2.5的浓度,分析了北京城区和郊区的季节变化及日变化的差异,并结合风向讨论了城区污染对于大气本底的影响.结果表明,①NOx、SO2浓度在采暖季城郊差异最大,城区是本底的4～6倍,城郊O3有一致的浓度变化.本底站PM2.5在4、5月达到100μg/m3以上,是年平均的2～3倍;②NOx和SO2的日变化在城区表现为双峰型,在09:00前后和22:00前后形成高值,郊区表现为单峰型,在22:00前后出现高值.郊区O3的日变化峰值滞后于城区大约2 h.PM2.5日变化规律表现得较不规则;③西南风条件下本底各污染物浓度明显受城区输送影响而升高,东北风条件下干洁气团的影响比较明显.     

汽车排放污染物浓度的预测

为了预测汽车排放污染物的浓度,应用简化的高斯烟团模式得到静风条件下的线源扩散预测模式。并结合高斯烟流扩散模式,建立了预测汽车污染物在任意风向下和年平均浓度的预测模式,考虑车道上存在车辆行驶的强烈机械扰动湍流和把繁忙的公路视为线源两个因素,提出了计算初始扩散参数的方法。然后,运用Turner和Pasquill扩散参数,建立了线源扩散参数的确定方法。该模式应用于预测高速公路沿途汽车污染物的浓度表明,计算值与监测值吻合较好,可用于我国公路环境影响的评价。     

道路绿化带对街道峡谷内污染物扩散的影响研究

研究了道路绿化带对街道峡谷内流场与机动车尾气扩散的影响特征.假设绿化带树冠为均匀多孔介质,采用压力损失系数表征树冠对空气流动的阻碍作用,建立可用于数值模拟的绿化带多孔介质物理模型.采用稳态k-ε湍流模型结合组分输运方程模拟道路中央有绿化带街道峡谷内的尾气扩散过程,模拟结果与风洞试验数据对比吻合较好.分析发现,有绿化带街道峡谷内存在一个围绕树冠的顺时针旋涡,旋涡中心略偏向右上方,背风面污染物浓度显著增大,较无绿化带的污染物平均浓度增长46.0%.进一步模拟了不同绿化带树冠高度情况下街道峡谷内流场与浓度场,发现随着树冠位置的上升,峡谷内流场旋涡中心逐步上移且偏向迎风建筑物,峡谷内整体气流速度下降,污染物浓度逐步升高,树冠底部高度为8 m时其污染物浓度可达4 m时的2倍多;尤其是当树冠顶部超过屋顶高度时,峡谷内污染物总体浓度增长迅速.     

广州市区公交车站PM_(2.5)与CO暴露水平研究

用便携式颗粒物浓度测定仪(DustTrak Model8520)和CO测定仪(Q-Trak Model8551),于2008年9月至2009年1月对广州市区11个代表性公交车站的PM2.5和CO暴露水平进行了测定。结果表明,公交车站7:00～19:00时间段PM2.5的平均浓度范围为206～348μg/m3,总体均值达288μg/m3,显示公交车站PM2.5污染问题突出;CO平均浓度范围1.5～4.0mg/m3,总体平均2.8mg/m3,有六个站点平均浓度超过了我国环境空气质量标准限值(4.0mg/m3或3.2mg/m3)。大多数站点工作日与非工作日PM2.5与CO水平差异不大,部分站点则受车流量和客流量变化影响呈现差异。同一站点PM2.5日变化特征不如CO明显,一次污染物CO变化受交通高峰影响呈双峰特征,而PM2.5水平影响因素复杂,一般白天较低,夜晚21:00出现峰值。不同站点CO与车流量未见显著相关性,表明车流量并不是决定公交站点CO水平的唯一因素,而扩散条件及公交车排放可能也是重要影响因素;与CO不同,不同站点PM2.5与车流量表现出显著相关(p0.05),可能侧面反映路面扬尘对公交车站PM2.5水平的影响和贡献。     

南京城市下垫面变化对夏季臭氧浓度的影响研究

利用南京基准地面气象站1951~2010年的气象数据分析南京气象要素的长期变化,利用2007年南京草场门大气污染物监测数据探讨O3同气象要素之间关系并分析气象要素改变对污染的可能影响,结合WRF-CALGRID模式基于2008年7月的情景模拟研究1990年代以后南京城市下垫面变化对气象要素变化的贡献,并分析其对O3浓度的影响.结果显示,南京气温呈现增长趋势,平均风速、大气湿度、日照时数呈现降低趋势.气温与O3浓度呈一定的正相关关系、较小的风速和相对湿度有利于O3的生成.城市下垫面的增加使得南京城区气温增高超过1℃、风速减小0.4m/s、湿度下降0.5g/kg、混合层高度增加100m.气象要素的改变使地面NOx浓度减小,最大减小量超过6×10-9.对O3浓度的影响有增有减,南京市北部、西部增加,增加量超过2×10-9,主要受温度增加、风速减小以及NO的垂直输送影响;主城区的南部、东部O3浓度减小,减少量1×10-9~3×10-9,主要受混合层高度增加的影响.