街道峡谷内车辆流动对反应性污染物传播特性影响的模拟研究

采用CFD（计算流体力学）数值模拟的研究方法,使用动网格技术,分析简单光化学反应下车辆流动及不同来流风速对双车道三维街道峡谷内污染物传播特性的影响.结果表明,车辆移动改变了峡谷内气流结构,以及背风侧与迎风侧活性污染物浓度分布的相对大小,有利于污染物在峡谷中的传播扩散;来流风使机动车尾气向建筑背风侧汇聚,并随着风速增加而加强,对近迎风侧车道车辆尾气淹没射流的影响比近背风侧车道大.在车辆移动与来流风的综合作用下,污染物的扩散能力得到显著增强.     

街道峡谷内空气流动和污染物扩散研究

通过CFD数值模拟方法研究了街道峡谷中斜屋顶建筑在不同风速、不同开窗率时污染物流动与扩散的规律。模拟结果表明,斜屋顶街道峡谷中的空气涡流主要集中在背风面和迎风面的顶部,迎风面的污染物浓度指数远小于背风面的污染物浓度指数。提高风速和增大开窗率整个峡谷流动旋涡有减小和消失的趋势,街道峡谷中背风面的污染物浓度指数下降明显。开窗和提高风速有利于污染物的移除。     

屋顶形状对街道峡谷内污染物扩散的影响

采用Spalart-Allmaras湍流模型,通过求解二维连续性方程,Navier-Stokes方程及污染物输运方程,模拟了具有不同屋顶形状的街道峡谷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.由于屋顶形状的不同,峡谷内的流场会形成顺时针或逆时针方向的旋涡,从而影响建筑物迎风面与背风面污染物浓度分布.在各种屋顶形状的街道峡谷中,壁面污染物浓度的相对大小与其附近的速度分布有直接关系.通过对街道峡谷建筑屋顶高度处垂直方向污染物通量的计算和比较,说明了不同屋顶形状的街道峡谷平均流扩散和湍流扩散的强弱,污染物湍流扩散通量值有可能为正或为负;同时,峡谷内剩余污染物浓度的大小表明了屋顶形状对污染物扩散出街道峡谷难易的影响.      

隔声屏障对街道峡谷污染物扩散的影响

对带有隔声屏障的街道峡谷内流场和污染物浓度场进行了数值模拟,探讨了风速、隔声屏障高度及与建筑物间的距离对流场及污染物扩散的影响。模拟结果显示:街谷内由1个稳定的主涡及街角两侧隔声屏障所在区域的3个附属涡组成。隔声屏障改变了街谷底部的流型,提高了街谷内的x、y方向速度峰值,但在隔声屏障附近区域x方向速度场明显减弱,这也是污染物聚集原因之一。与无隔声屏障相比,隔声屏障的存在物理性阻隔了污染物扩散路径,提高了街道峡谷内污染物浓度峰值,其中行人高度处背风面污染物浓度升高27.51%~28.72%,迎风面污染物浓度升高11.64%~19.99%。街谷内污染物浓度的分布和峰值由风场、隔声屏障高度及与建筑物之间的距离共同决定。     

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.     

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.      

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。     

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.     

非孤立街道峡谷大气流动及污染物扩散特征

实际城市街道皆为非孤立街道,采用数值模拟方法研究了等高与不等高非孤立街道峡谷的大气流动及汽车排放污染物扩散特征.通过与已有的风洞实验结果对比,发现二者较吻合,并且目标街道峡谷上下游建筑物的存在对目标峡谷内部的流场和浓度场有很大的影响.与孤立街道峡谷相比,非孤立街道峡谷中污染物的浓度要远高于孤立街道峡谷中污染物的浓度,而且随着上下游建筑物的增加,使到达目标街道峡谷的风速相对减弱,污染物在峡谷中难以扩散,造成了峡谷内部污染物浓度会随着峡谷数的增加而增大.并且发现不等高峡谷建筑物高度存在一个临界点.      

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。     

上海城市街道峡谷道路绿化模式研究

街道峡谷在上海城市中普遍存在,街道峡谷中污染气体的扩散受到屋顶风向、风速、高宽比、峡谷两侧建筑物的对称性、高度分布和街区形状等因素的影响。文章对适合于不同街道峡谷形式的、较为典型的道路绿化模式进行了研究。结果表明,上海城市街道峡谷中的道路绿化模式可归纳为:梯级递进式、斑块复合式、疏朗开敞式、模纹花镜式和独立行道树式5种。当街道峡谷与主导风垂直:(1)街道峡谷的W/H>5且为平行型峡谷时,绿化模式应采用梯级递进式或疏朗开敞式;(2)街道峡谷的W/H为0.6～5且为平行型峡谷时,绿化模式在迎风侧采用流朗开敞式、背风侧采用模纹花镜式,或者两侧都采用模纹花镜式;(3)街道峡谷的W/H<0.6且为平行型峡谷时,绿化模式应采用模纹花镜式或独立行道树式;(4)街道峡谷的W/H<0.6且为递升型峡谷时,绿化模式在迎风侧采用斑块复合式或模纹花镜式,背风侧采用模纹花镜式或独立行道树式;(5)街道峡谷的W/H<0.6且为递降型峡谷时,绿化模式可采用模纹花镜式或独立行道树式;当街道峡谷与主风向平行:宽、高比大的街道绿化模式应采用梯级递进式或斑块复合式,当街道峡谷的高度是宽度的倍数时,道路绿化宜采用疏朗开敞式或独立行道树式。     

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.     

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.     

汞蒸气在参差建筑街区中沉积过程模拟

利用计算流体动力学方法,分别选用参差比为0.0, 0.2, 0.4, 0.6和0.8等5种建筑模型,探讨了在水平自然风条件下重密度污染源(汞)在不同参差比建筑物间的沉积过程,以及街区内行人层汞浓度与建筑参差比之间的关系.模拟结果发现,城市街区建筑物高低错落分布的布局会促进高空汞污染源在行人层的聚集,使得街区行人层汞浓度明显增大;并且随着街区建筑物参差比的增大,最高汞浓度值所在的街道有序地靠近来流上游,而较高建筑物背风面街道行人层汞质量流量明显高于较矮建筑物背风面街道行人层汞质量流量.