南北向街谷内热不稳定流场日变化规律的模拟研究

城市街谷内热不稳定流动是促进污染物扩散的重要影响因素之一.本文基于街谷内热平衡分析,结合大涡模拟方法,研究了一个南北走向的城市街谷内温度、风场的日变化特征,并分析了壁面对流换热及长波辐射对街谷内环境的影响.结果显示:壁面对流换热是影响街谷内温度、风场的主要因素,而长波辐射的影响非常小,长波辐射引起街谷内空气温度升高不足对流换热影响的10％,而其对平均风速和脉动量的影响更是在2％和1％以内;街谷内空气温度从早上开始逐渐增加,到15:00的时候达到最大,可达311 K(38℃);上午时段,迎风面壁面热浮力减弱街谷内风速,街谷底部和迎风墙侧的脉动量根均方值较大,而下午时段街谷顶部的脉动量根均方值达到最大.街谷内不同位置和不同时段内,通过建筑材料选择和表面结构设计,适当调控建筑壁面的温度,可以促进街谷内温度分布和空气流通改善.     

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.     

上游阻挡建筑间距对街谷内空气环境的影响

城市中的大部分街谷都存在上游阻挡建筑.为考察阻挡建筑对街谷内空气环境的影响,通过数值计算方法研究分析了上游阻挡建筑对街谷内空气品质的影响作用,结果表明,在常规建筑间距范围内,街谷湍流强度、平均风速和风速波动范围均随着上游阻挡建筑间距增大而减小,这将导致当上游阻挡建筑与街谷建筑间距从15m增加到60m时,街谷空间污染物平均浓度增大36%,近地空间增大41%.因此,实际设计中街谷上游阻挡建筑与临街建筑间的距离不应过大.     

卡鲁塞尔氧化沟水力学特性的大涡模拟

本文基于大涡模拟中的Smagorinsky-Lilly模型,对Carrousel氧化沟模型进行了水力学特性模拟,并研究了沟内流速和涡量分布规律.速度与压力耦合求解使用了压力隐式算子分裂PISO(Pressure-Implicit with Splitting of Operators)算法,采用VOF(Volume of fluid)方法追踪自由液面.模拟结果表明,回流现象主要出现在上中层混合液中,逆流现象主要出现于上层混合液中;转轮与转刷的推流作用是造成水面变化剧烈的原因;距转轮与转刷较近的区域、转速较快的转轮与转刷区域及直道段转刷下游水面较高一侧中上层区域的涡量较大.根据实验验证,本次模拟结果和实验值吻合度较好,Smagorinsky-Lilly模型可以准确模拟氧化沟水力学特性.     

粉尘粒子运动扩散特性的大涡模拟研究

采用大涡模拟的方法(LES)模拟了气体运动,采用Lagrangian方法模拟了粉尘颗粒运动,针对平面尾迹流和湍流射流这2种基本流场类型对不同stokes(St)数粉尘颗粒随流场的空间分布特性进行了数值模拟．2种不同工况下的数值模拟结果均显示,小Stokes数颗粒在流场中受流体涡团的影响较大,一般分布于涡团核心区,并且小Stokes数颗粒可以和流场近似无滑移的同步发展;中等Stokes数颗粒由于受来流涡结构离心力与颗粒自身惯性力的影响大致相同,一般分布于涡核的边沿;而Stokes数远大于1的大颗粒,由于其在流场中跟随性减弱,更多的颗粒按其原有的方向运动,表现的是自身运动惯性的影响．     

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...     

氯接触池内水流运动和溶质扩散的大涡模拟

采用大涡模拟(LES)方法数值计算了氯接触池内水流运动和溶质输移扩散,其中由亚格子尺度涡运动引起的亚格子应力通过Smagorinsky-Lilly亚网格模型模拟,计算溶质涡扩散系数的施密特数(Sc)取值0.5。溶质输运方程中对流项的差分格式为QUICK格式。模拟结果与物模实验结果以及标准k-ε湍流模型计算结果相比较,呈现了良好的预测效果,表明建立的数学模型及求解方法在氯接触池水流和溶质输运模拟中的可行性。     

城市街谷的空气流动与污染物扩散研究-物理模型的发展及数学模拟

本文对关于街谷内空气流动及污染物扩散的研究进行评述.通过街谷物理模型及边界条件的分析.揭示影响街谷内空气流动与污染物扩散的物理因素.为进一步的数值预报模式的研究和数值模拟精度的提高提供思路.本文发现街谷几何结构和变化的背景风速、风向是影响街谷内空气流动与污染物扩散的主要因素.而街谷内大气稳定度和行驶车辆诱导湍流能很大程...     

公路隧道内车辆行驶工况的试验研究

在北京市谭峪沟隧道内汽车行驶工况调查的基础上,采用以二维直方统计为核心的随机工况统计方法,对公路隧道内车辆实际行驶状态作了比较全面的分析,为合理地确定我国公路汽车排放因素,进而确定隧道内空气污染控制方针提供科学依据.      

城市复杂环境下涡度相关通量观测的适用性分析

利用涡度相关技术,于2008—2009年对北京325 m铁塔47 m、140 m和280 m高度处CO2和能量通量进行了观测.研究了涡度相关技术应用于城市环境通量长期观测中的理论问题和方法适用性.结果表明,平面拟合方法受地面建筑物的影响明显,不同的坐标旋转方法所计算CO2通量差异在15%以内,这种差异随着观测高度的增加而减小.稳态检验表明,城市环境下低质量的数据分布没有明显的日变化趋势.CO2通量在各自通量贡献区内明显受到平流输送的影响,47~140 m之间的平流约占140 m日累计CO2通量的33%.白天对流混合,污染物浓度梯度很小,垂直平流不大,水平平流占据了平流输送的绝大多数,夜间水平平流和垂直平流则具有相同量级.     

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。     

城市街道峡谷空气质量的初步研究

介绍了街道峡谷的定义及特征,通过对其空气质量进行初步研究,分析影响街道峡谷空气质量的因素,选择采样点位及监测技术,探讨了污染物迁移扩散的规律,提出今后街道峡谷研究的方向.     

风向对街道峡谷内污染物扩散的影响

采用Fluent软件,选用RNG k-ε湍流模型,对长高比为5的街道峡谷(简称街谷)在0°～90°风向下流场和污染物浓度场进行了数值模拟. 结果表明: 0°～75°风向时,街谷内流场呈明显的三维特性,90°风向时,流动表现出中长街谷的二维特点;风向对街谷内壁面污染物浓度的分布有显著影响,90°风向下的街谷壁面浓度最大,其次是45°风向,其余风向下的相对较小,污染物浓度的计算值与风洞试验值在趋势上吻合较好;壁面污染物浓度的分布由街谷内长度方向漩涡、来流冲角产生的进口回流及沿长度方向的流动所决定,壁面浓度的分布差异均可从附近的流场获得解释. 街道峡谷内长度方向的漩涡模拟过强会导致地面附近污染物浓度的计算值偏离试验值.      

道路峡谷内颗粒物粒径分布测试

根据在北京市道路路面附近颗粒物 (TSP)的实测数据 ,分析了道路峡谷内 TSP的粒径分布 ,以及粒径分布与峡谷结构、距地面距离的关系 ,说明了影响粒径分布的主要因素。     

城市街道峡谷中气态污染物扩散数值计算方法研究

选用不同的差分格式(Upwind, Hybrid, Hquick)对城市街道峡谷内部汽车污染物排放浓度进行了预测,并于风洞实验结果对比。研究表明,三种格式的计算结果和实验结果总体趋势一致,即背风面建筑物附近浓度远高于迎风面建筑物附近的浓度,地面附近浓度高于峡谷上方的浓度。相比之下,Hquick格式的预测性能最佳,应为首选。     

基于移动监测的城市街谷交通相关污染物浓度时空变化研究

为更好认识城市街谷内的大气污染特征和提供城市街谷优化设计的实证参考,本文以干旱区绿洲城市乌鲁木齐市北京南路为例,采用移动监测技术,分析了城市街谷大气污染物(CO、PM2.5)的时空分布,并识别其主要影响因素。结果表明:(1)早高峰空气质量优于晚高峰;交叉路口处污染物浓度普遍较低,但苏州路立交桥下污染物浓度较高;(2)两种污染物同源,其浓度与固定站点监测数据高度相关,风向与街谷成锐角时污染物浓度较低,风速较大时污染物浓度较高,污染物浓度与车流量相关程度较低;(3)街谷两侧建筑物高度比在[1.5,2)之间,污染物浓度较低,在[1,1.5)之间,污染物浓度较高;路网密度在[12,14)之间,污染物浓度较低,[12,14)之间的道路密度能够最大程度的降低街谷内污染物浓度。     

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.      

防沙堤风场特征数值模拟

基于FLUENT软件,采用标准湍流模型对防沙堤风场特征进行了数值模拟,研究了防沙堤迎风面和背风面设计方式对风场的影响。结果表明,防沙堤风场主要受迎风面坡度控制,坡度越陡对风速的衰减效果越好;对于固定形式的防沙堤,风场结构特征与风速无关,对不同风速的衰减比率是一定的。     

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。     

汽车环境风洞地面区域流场数值仿真

目的 探究汽车环境风洞地面区域流场规律,获取风洞边界层抽吸装置的最佳抽吸率和底盘测功机对风洞地面区域边界层厚度、风速、总压和静压的影响规律,并比较MRF法和旋转壁面法对底盘测功机转毂转动模拟的精度。方法 运用计算流体动力学方法对汽车环境风洞流场进行数值仿真计算。结果 边界层抽吸装置对应于喷口风速120 km/h时的最佳抽吸率为0.048。底盘测功机区域总压呈现下降趋势。相比于存在底盘测功机,汽车环境风洞无底盘测功机时,底盘测功机区域内相同位置的边界层厚度会增加1.28～12.22 mm。在前转毂的前侧、上侧、后侧和后转毂的上侧和后侧会有一个高风速区域,区域内风速比设定风速高1%～4%,与无底盘测功机相比,区域内静压值低0.32～46.02 Pa。在前后转毂前侧和后侧与地面相连接的凹部会有一个低风速区域,区域内风速比设定风速低1%～5%,与无底盘测功机相比,区域内静压值高0.08～49.34 Pa。底盘测功机转毂的转动会使附近区域的地面边界层厚度变大。在前转毂前侧,采用旋转壁面法进行模拟比MRF法地面边界层厚度增加近8 mm,而在其他位置,2种模拟方法对边界层厚度的模拟差别在1.5 mm...