街道峡谷内不同车道污染物扩散的数值模拟

为掌握不同位置车道污染物的扩散规律,提出降低街道峡谷内居民与行人交通源暴露水平的可能途径,采用二维k-ε两方程模型和组分输运方程对典型结构双车道街谷内的流场与不同车道污染物的扩散进行模拟,模拟结果与风洞试验结果相符合. 研究发现:迎风车道的污染物更易于向街道峡谷外部扩散;不同位置车道的污染物均在背风侧堆积,可使两侧人行道暴露水平相差5倍. 街道峡谷底部污染物分布对车道位置较敏感,车道位置向街道峡谷中部靠拢,将使得背风建筑物底部及人行道的污染物浓度明显降低;迎风侧污染物浓度对车道位置不敏感,但当车道位置处于迎风侧次级旋涡内时,将导致迎风建筑物底部及人行道的污染物浓度近乎成倍增长. 将车道位于街道峡谷中部,优先采用道路两侧绿化,是增加行人舒适度和减少行人交通源暴露水平,并改善大楼低层住宅及底部出入口、临街商铺等人群活动区空气质量的可行途径之一.      

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.      

双车道街道峡谷内污染物扩散的模拟

采用二维低Re数κ-ε模型和被动标量的湍流扩散方程,对双车道街道峡谷内的流场和气态污染物浓度场进行了研究.并应用风洞实验数据对模拟进行了验证,分析流场和浓度场的模拟结果表明,3种不同排放情况下,流场分布相同,且相同高度下,上风向污染物浓度均高于下风污染物浓度.由于流场导致浓度梯度分布的差异,相对于上风向车道情况,下风向车道上排放的污染物更易于向街道峡谷外扩散.     

延安路机动车排气污染物扩散街道峡谷扩散模式

根据上海市延安路车辆行驶工况和路旁建筑物特征,基于流体动力学理论,对延安路典型路段的大气污染扩散情况建立了城市街道峡谷扩散模型,利用有限元分析软件ANSYS进行的模拟和分析。对上海市的街道形状与汽车排放污染扩散情况进行讨论。     

城市街道峡谷内机动车排放污染物的扩散规律

街道峡谷中机动车排放污染物的扩散取决于屋顶风向和风速,并受街道峡谷宽高比、峡谷两侧街区建筑物高度的对称性和高度分布及街区形状等因素的影响.街道峡谷宽高比接近1时,递升型峡谷以及宽阔街道有利于污染物的扩散;可以通过改变街道线源附近街区内建筑物的高度来明显降低污染物浓度.城市建筑规划中若科学考虑上述影响可以减少街道峡谷内污染物的积聚.      

城市街道峡谷内机动力排放污染物的扩散规律

街道峡谷中机动车排放污染物的扩散取决于屋顶风向和风速，并受街道峡谷宽高比，峡谷两侧街区建筑物高度的对称性和高度分布及街区形状等因素的影响，街道峡谷度比接近1时，递升型峡谷以及宽阔街道有利于污染物的扩散，可以通过改变街道线源附近街区内建符物的高度来明显降低污染浓度，城市建筑规则中若科学考虑上述影响可以减少街道峡谷内污染物的积聚。     

城市街道峡谷内污染物扩散分布的数值模拟

采用通过实测分析得到的机动车综合排放因子表达式,实现了交通流性态参数与CFD仿真系统的联接,在此基础上模拟了不同车流量和平均车速组合下城市斜顶建筑物街道峡谷内机动车排放污染物(一氧化碳)的扩散分布。结果表明:(1)在自由来流风速一定时,峡谷内的一氧化碳浓度随平均车速的提高而降低(保持车流量不变),随车流量的增加而升高(保持平均车速不变);(2)联接交通流性态参数与CFD仿真系统而开展数值模拟,可为基于环境容量和道路交通容量双约束条件下的交通配流过程提供不同交通流分配方案下的大气环境质量评价信息。     

日光照射对街道峡谷污染物扩散影响的研究

为了分析日光照射对城市街道峡谷机动车污染物扩散的影响．对街道峡谷日光照射的物理模型进行了简化．采用数值模拟技术对日光照射下的城市街道峡谷内气体流动和机动车污染物扩散规律进行了研究。结果表明．在一定条件下。日光照射是研究城市街道峡谷内污染物扩散必须考虑的因素。在污染物扩散受日光照射影响较大的街道峡谷内部．当街道地面或迎风面受日光照射时．街道峡谷内部将出现2个方向相反的漩涡，并导致迎风面建筑物一侧的污染物浓度升高．这与不计日光照射的特征有显著的不同。     

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.     

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.     

壁面加热作用对街道峡谷污染物扩散的影响

采用CFD软件Fluent研究了不同壁面加热条件下街道峡谷内流场及污染物浓度分布情况.结果表明,当街道高宽比(H/W)为1.33时,在低风速(u=1m/s)条件下,当壁面与周围大气无温差时,街道峡谷内存在一个稳定的顺时针大漩涡,污染物在背风侧堆积.当背风面、地面和背风面分别被加热时,峡谷内流场分布与无温差时相似,此时峡谷内的湍流强度增强,导致污染物浓度降低.当迎风面被加热时,峡谷内流场由原来的单漩涡结构变为双漩涡结构,此时街道峡谷下部浓度较高,上部浓度相对较低.当地面和迎风面同时被加热,温差较小(?θ=2℃)时,街道峡谷内流场由单漩涡结构变为双漩涡结构; 温差增大为5℃,峡谷内由双漩涡分裂成了3个漩涡,此时污染物分布与迎风面被加热情况相似.通过实测值和模拟值的比较可知,Fluent软件对街道峡谷大气环境的模拟结果基本合理.     

Effects of building aspect ratio, diurnal heating scenario, and wind speed on reactive pollutant dispersion in urban street canyons

A photochemistry coupled computational fluid dynamics (CFD) based numerical model has been developed to model the reactive pollutant dispersion within urban street canyons, particularly integrating the interrelationship among diurnal heating scenario (solar radiation affections in nighttime, daytime, and sun-rise/set), wind speed, building aspect ratio (building-height-to-street-width), and dispersion of reactive gases, specifically nitric oxide (NO), nitrogen dioxide (NO₂) and ozone (O₃) such that a higher standard of air quality in metropolitan cities can be achieved. Validation has been done with both experimental and numerical results on flow and temperature fields in a street canyon with bottom heating, which justifies the accuracy of the current model. The model was applied to idealized street canyons of different aspect ratios from 0.5 to 8 with two different ambient wind speeds under different diurnal heating scenarios to estimate the influences of different aforementioned parameters on the chemical evolution of NO, NO₂ and O₃. Detailed analyses of vertical profiles of pollutant concentrations showed that different diurnal heating scenarios could substantially affect the reactive gases exchange between the street canyon and air aloft, followed by respective dispersion and reaction. Higher building aspect ratio and stronger ambient wind speed were revealed to be, in general, responsible for enhanced entrainment of O₃ concentrations into the street canyons along windward walls under all diurnal heating scenarios. Comparatively, particular attention can be paid on the windward wall heating and nighttime uniform surface heating scenarios.     

机动车排气污染物扩散模式

机动车排气污染物扩散模式可分为高斯型模式、经验模式、数值模式和箱模式,按此分类介绍了各种模式,并比较了它们的优劣和指出开发新模式的难点及需要解决的问题。     

不同气温层结条件下地面加热对街谷扩散能力的影响

利用CFD数值模拟方法研究了气温层结与地面加热作用对街谷环流和污染物扩散的影响.针对高宽比为0.5和1.0的两种街谷,总共进行了18组敏感性数值试验,结果表明相对于气温层结,地表加热是决定街谷附近污染物扩散能力的更为重要的因素,地表加热作用可显著提高街谷的扩散能力.在地表存在加热的情况下,流场结构、空气交换系数、湍流强度总体上均朝着有利于清除街谷内污染物的方向发展,即使是在稳定层结下,地表加热作用所产生的热力环流也会使得污染物能够被有效地输送和扩散到街谷之外,从而使得近地面的污染物浓度下降.     

Random walk modeling of wake dispersion for the exhaust tower of an underground tunnel in urban area

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＲｅｃｅｎｔｌｙ，ｓｏｍｅｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｓｗｉｔｈｓｐｅｃｉａｌｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｆｏｒｅｘｔｒａｃｔｉｎｇｃｏｎｔａｍｉｎａｎｔｇａｓ，ｓｕｃｈａｓａｎｅｘｈａｕｓｔｔｏｗｅｒｏｆｔｈｅｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｔｕｎｎｅｌ，ｅｔｃ．ｗｅｒｅｓｅｔｕｐｉｎｕｒｂａｎａｎｄｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｃｏｍｐｌｅｘａｒｅａｓ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｈｅｓｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓｏｎｔｈｅｆｌｏｗａｎｄｔｈｅｒｅｂｙｏｎｔｈｅｌｏｃａｌｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｏｆｔ…     

珠江三角洲地区城市群发展对局地大气污染物扩散的影响

为探讨城市群发展对局地气象环境和污染物输送的影响,以珠江三角洲不同时期的下垫面为例,选取有利于和不利于污染扩散的较典型的气象条件,采用数值模拟手段,模拟并分析比较该地区城市群的形成与发展对城市气象环境、污染物分布、城市间污染物输送的影响.结果表明,重污染气象条件下出现长时间逆温现象,凌晨3 :0 0到6:0 0间逆温最强,强度约为2 1℃·hm- 1 ,逆温层厚度达3 0 0m .城市群的发展使得城市夜间的逆温强度增强,逆温持续时间增长;城市群的发展使得城市地区风速减小,重污染气象条件下广州小风区面积约增加2 8% ,佛山约增加45 2 % ,轻污染气象条件下增加较小;重污染气象条件时广州和佛山二氧化硫浓度一般大于45 μg·m- 3,城市群的发展使污染物扩散范围变小,对本地贡献率增大,对其它地区的贡献率减小;地区间氮氧化物和二氧化硫的输送基本量级为10 0 t·d- 1 到数10 1 t·d- 1 ,城市群的发展使污染物不易向外输送,在重污染气象条件时广州二氧化硫输出量由5 1 3 7t·d- 1 减小为42 81t·d- 1 .     

垂直风向下双层高架桥理想街谷内空气环境的数值研究

城市街道中复杂的高架桥结构会影响街谷内污染物的扩散.本文利用CFD软件FLUENT,采用标准k-ε方程和组分输运方程,对含双层高架桥的理想街谷内空气流场和CO浓度场进行了数值模拟.结果表明,高架桥破坏了理想街谷内CO浓度分布的爬墙效应,自地面沿高度方向CO浓度逐渐减小,超过每层高架桥面后激增,而后再次降低.双层高架桥改变了污染面源位置和街谷内流场分布.当双层高架桥都处于街谷内部时,来流风垂直于街谷方向自左向右吹送,街谷内涡旋整体结构保持顺时针方向,高架桥附近出现小涡旋,使得CO在街谷内部循环,引起背风面和街谷内CO平均浓度的升高,高架桥的"盖子效应"显著,与无高架桥街谷相比,CO平均浓度升高39.5%.当双层高架的上层高架与街谷建筑顶部持平,下层高架桥位于街谷中部时,街谷内部产生4个较大涡旋,能够显著地提高街谷内地面和背风面CO扩散速率,高架桥的"盖子效应"被破坏;与无高架桥街谷相比,CO平均浓度仅升高8.7%,与双层高架桥都处于街谷内相比,CO平均浓度降低22.1%,为城市多层高架桥建设提供了参考依据.