兰州城区街道峡谷内流场及机动车排放污染物扩散规律研究

利用数值模拟方法对兰州城区街道峡谷内流场及机动车排放污染物扩散特征与街道峡谷风场、几何结构及两侧建筑物对称性这间的复杂关系进行了数值实验。结果表明：在街道峡谷特殊地形和当地气象条件共同作用影响之下，峡谷内会形成一个完整的涡旋流场，其强度随着街道两侧建筑物屋顶来流强度的增大而增大，机动车排放污染物浓度的高层建筑物背风面及街道地面产生堆积，形成高浓度区，随着建筑物屋顶来流风速的增大，涡旋强度增大，湍流混合加强，大气扩散速率增大，峡谷内污染物浓度相对减小。     

城市小区环境流场及污染物扩散的风洞实验研究

介绍了一次有关城市小区环境流场和污染物扩散规律的风洞实验研究．实验以位于北京市东南部的方庄小区为研究对象，以1：250的缩尺比在南京大学MU环境风洞中建立模型并进行实验．实验包括：小区气流分布测量、小区空气污染物浓度分布测量、建筑物周边气流分布测量、建筑物周边空气污染物浓度分布测量．实验结果表明：小区内水平流场分布受不同高度建筑物影响，但风速垂直分布总体上仍符合幂指数律．小区内污染物分布亦受到建筑物及环境风速大小的影响．单体建筑物流场试验结果清晰显示了气流遇建筑物后的抬升翻越过程，以及街渠内的抽风效应，该效应可使街渠内风速达到来流的2～3倍．单体建筑物污染物分布试验结果显示随着离源的距离增大污染物浓度逐渐减小，其垂直分布仍符合地面源排放的扩散分布形式，实验结果与实际观测结果相比较为接近．相应数值模拟结果与风洞实验结果进行比较表明：两的气流和污染物浓度分布除个别有差异外，总体上相当吻合．     

广州典型小区微气候特征观测与数值模拟研究

根据广州下垫面类型和湿热气候特征,选取广州大学城一个小区为试验基地,在典型的晴朗天气条件下,通过实地观测和微尺度数值模式ENVI-met,探讨该地区的微气候特征。数值模式能较好地模拟温度、湿度及流场的空间分布和时间变化特征,结果显示:1模拟区域内不同的下垫面存在高温低湿、低温高湿的现象;2毗邻两栋建筑之间可形成狭管流效应,风速值约为来流风速的1.4~1.7倍;3单体方形建筑物两侧出现角隅大风,阵风风速可达平均风速的2~3倍;4街谷型建筑之间有微弱的街谷涡旋形成,其强度与街谷的几何配置和来流风向有关。     

城市街道峡谷二维空气流场的数值计算

用标准κ-ε模型计算了不同高宽比街道峡谷的内部流场,并将计算结果与风洞试验数据及前人的雷诺应力湍流模型研究结果进行了对比.计算表明:随着高宽比的增加,峡谷内旋涡数增多,易形成独立的稳定的循环气流,污染物会比较难扩散.峡谷内建筑物墙面附近气流垂直速度的曲线上有驻点出现,峡谷达到一定深度后,并开始出现第2个驻点.     

城市街道内污染物扩散的数值模拟

随着我国城市汽车保有量的迅速攀升,城市中心区的空气质量与生态环境急剧恶化.利用CFD数值模拟研究街道峡谷污染物的扩散问题,对比分析了开放街道峡谷和城市街道峡谷污染物的扩散问题,证明了计算域和入流边界处湍动能k和湍动能耗散率ε取值的重要性.计算结果与经典风洞实验符合很好,证实了相同条件下城市街道峡谷的背风墙和迎风墙上的污染物浓度均大于开放街道峡谷的相应值.利用3维建筑群计算实例,指出了寻求建筑群优化布局对减小小区污染的重要性.     

架空建筑街谷内流动与污染物扩散的数值模拟研究

研究架空建筑设计对街道峡谷内气流流动和污染物扩散规律的影响。考虑了4种不同街谷高宽比(H/W)和3种架空建筑类型,利用经风洞实验验证的CFD数值模型对上述街谷内流动与污染物扩散规律进行模拟研究。结果表明,在无架空街谷中,H/W的增大不利于街谷内污染物扩散。与无架空街谷相比,架空结构显著改善了街谷内的空气质量。两侧建筑架空结构比单侧建筑架空结构更有利于街谷内污染物扩散,上游建筑架空结构对街谷内污染物的稀释作用优于下游建筑架空结构。当两侧建筑架空时,街谷内污染物可降低90%以上。架空结构显著增强了街谷近地面的气流流速,改善了街谷内的空气质量。     

城市高架桥街谷空气环境和污染物扩散的数值模拟

采用Fluent 6.3数值模拟,研究含高架桥的十字路口在不同风向条件下,街谷内空气流场和污染物浓度场特征.模拟结果表明:当来流风向平行于高架桥主干道方向时,来流在高架桥上引桥下方收缩形成低风速涡旋,造成高浓度CO淤积,随着高架桥水平路段的延伸,高架桥下方CO浓度逐渐降低,而高架桥上方行人呼吸高度处CO始终保持极高浓度;当来流风向垂直于高架桥主干道方向时,高架桥改变了污染物的爬墙效应,其下方主干道迎风面和背风面CO不易扩散,保持较高浓度;行人应避免长期在高架桥下方、街谷背风面及十字路口拐角处停留,以减轻街谷内污染物对人体造成的伤害;十字路口处引入高架桥会改变污染源的位置、强度,改变来流风的流动特性,从而影响街谷中污染物的扩散.     

不同形式的高架桥对街道峡谷气流和污染物分布的数值分析

应用计算流体力学（CFD）软件FLUENT模拟了不同形式的高架桥在街道峡谷中的气流和污染物分布的状况.该高架桥的不同形式包括：高架桥的高度、高架桥的宽度以及高架桥是否有污染源.采用标准k-ε模型与离散相模型对街道峡谷内部气流运动及污染物浓度分布进行了模拟计算,并分析了高架桥对风场及污染物扩散的影响.     

城市小区空气流动与交通污染的大涡数值模拟

城市小区内的大气环境属于微环境流动。复杂的建筑物下垫面决定了城市小区大气环境的精细数值模拟的实现难度。文中采用大涡模拟方法,针对微环境流动的特点研究边界条件的处理方法和亚格子模式的合理选用,实现了小区徽环境风场和污染物浓度场的并行计算。将澳门荷兰园小区进行几何建模,针对该小区的地形特征,采用浸没边界法和分布的阻力元法相结合,实现了复杂建筑物下垫面的有效处理,计算了荷兰园小区从早7：00至晚17：00的风场和交通污染物浓度的分布,取得了与风洞实验和监测数据一致的结果。通过比较不同位置处的污染物浓度,分析了建筑物几何结构对污染物扩散的影响;通过考察不同街道内污染物浓度的分布情况,得到了城市小区内污染物扩散的细节特征。     

街道峡谷内机动车排气污染物的扩散规律

通过数值计算的方法分析了城市街道峡谷内机动车排气污染物的扩散特性.对不同风速条件下高宽比为3:1的单车道街道峡谷内的机动车排气污染物的扩散规律进行了研究;讨论了在街道高宽比为3:2的双车道街道峡谷内,污染源的位置及强度对街道内机动车排气污染物分布及扩散的影响.研究工作给出了特定街道峡谷内的机动车排气污染物的分布特征及扩散规律,可以为城市街道峡谷的环境控制提供依据.     

现代城区热环境与污染物扩散的大涡模拟研究

本文以北京(CBD)中心商业区为例,模拟了典型夏季晴天CBD小区大气流动,考察了CBD小区风场、温度场和污染物扩散过程.数值求解过滤的不可压缩流体Navier-Stocks方程组,采用有限体积的离散方法,时间方向推进采用三阶Runge-Kutta法,按照SIMPLE算法求解不可压缩大涡模拟方程组.为适应城市小区内复杂的湍流流动,采用Lagrange动力模式封闭亚格子雷诺应力.通过表面能量平衡关系确定建筑表面的温度分布.结果表明壁面温度主要由太阳辐射决定,而空气温度主要由对流换热决定.通过研究风向和浮力对污染物浓度分布的影响,发现污染源近场的扩散过程受建筑分布、风向和局部流场的影响显著,冠层内羽流偏转明显;浮力促进垂向对流,扩大垂向羽流宽度,但对展向羽流宽度影响不大.     

街道峡谷内颗粒物扩散沉积的数值模拟研究

采用计算流体动力学(CFD)技术,模拟分析了孤立街道峡谷内气流运动和颗粒物的扩散沉积.计算中选取中低来流风速(3,5,10 m/s)和高来流风速(20 m/s),颗粒粒径范围为0.01～10μm.得到了峡谷内气流速度场、颗粒运动轨迹和颗粒在建筑物不同表面及地面上的沉积率.结果表明,颗粒在地面上的沉积率明显高于在建筑物各表面上的沉积率;来流风速一定时颗粒在峡谷迎风面、背风面、建筑物屋顶及地面上的沉积率都对粒径的变化不敏感,中低风速范围内颗粒在建筑物各表面和地面的沉积率都对风速变化不敏感;在峡谷迎风面及地面上,颗粒在高风速下的沉积率明显大于中低风速下的沉积率,而在峡谷背风面及建筑物屋顶上,颗粒在高风速下的沉积率明显低于中低风速下的沉积率;在中低风速下,颗粒在背风面的沉积率高于在迎风面的沉积率,而在高风速下,颗粒在背风面的沉积率却低于在迎风面的沉积率.     

树冠尺寸与建筑高度对街谷通风与污染物扩散的影响

采用经风洞实验验证的数值模型（标准k-ε模型）研究了树冠尺寸与建筑高度改变对街谷内自然通风及污染物扩散的影响。考虑了3种树冠尺寸与4种街谷结构,并采用无量纲浓度K与空气交换率ACH分别对街道峡谷内污染程度与通风性能进行评估。结果表明,建筑高度与树冠尺寸改变会显著影响街谷内气流流动结构。上游建筑高度增加与树冠尺寸增大不利于街谷内的环境通风与特定区域的污染物扩散。树冠尺寸的减小会增强街道峡谷的通风性能,从而改善街道峡谷内的空气质量,但在一些特定结构的街道峡谷内,树冠尺寸的改变对ACH的影响并不明显。     

昆明城区机动车尾气扩散的风洞实验和数值模拟

为了研究机动车尾气在城市道路沿线的扩散规律,采用风洞实验研究了昆明主城区3条典型路段(路风夹角分别为0°、45°和90°)沿线机动车尾气的浓度分布水平,并利用标准k-ε湍流模型及组分输运方程模拟了路风夹角45°条件下的机动车尾气扩散分布规律,将其模拟结果与风洞实验结果进行了对比.结果表明:13条典型研究路段沿线下风向距路肩300 m范围内,均受到机动车尾气污染物的影响;2随着采样点距离的增大,研究路段沿线下风向近地面污染物浓度总体上呈递减趋势且递减速率较大;3随着研究区域垂直高度的增加,风速不断增大且梯度变化显著,而污染物浓度逐渐减小且扩散程度愈明显;4路风夹角45°条件下,数值模拟结果与风洞实验结果变化趋势一致,对比吻合较好.     

庭院内部地面热力条件对流场和污染物扩散的影响

在不同来流风向和地面热力条件下,采用数值模拟方法分析了庭院内部流场和污染物扩散特征.结果表明,地面热力条件对庭院内部流场和污染物扩散有着显著影响,地面热源强度越大,越有利于庭院内部污染物的扩散.当迎风面开口较大时,地面散热对人体呼吸区空气品质的改善作用大于对整个庭院内部空间的作用.     

不同建筑物宽高比的街道峡谷内部气流场数值模拟

基于标准的k—ε双方程湍流模型,数值模拟了2种峡谷宽高比和4种建筑物宽高比下的开阔地域街道峡谷内部气流场．模拟结果表明,峡谷上部生成一顺时针大旋涡,并在此大旋涡的驱动下,峡谷内部形成一个逆时针旋涡;建筑物宽高比(W／H)对峡谷内部气流场具有显著影响,在W／H较小的情况下(如W／H=1／5),峡谷上部顺时针旋涡向峡谷内扩展而挤压峡谷内的逆时针旋涡,在峡谷宽高比(B／H)一定的前提下,上部顺时针旋涡向峡谷内部扩展的程度随w／H的减小而增大,而在w／H一定的条件下,上部顺时针旋涡向峡谷内部扩展的程度随B／H的加大而增强．从上述峡谷内部流场的特征中可推断出,在建筑物高度一定的条件下,缩小建筑物宽度和加大峡谷宽度会增强峡谷内外空气的交换,从而有利于峡谷内空气品质的改善．     

城市街道汽车排放物扩散过程的风洞试验

采用风洞模拟试验方法，通过１／２５０模型街道示踪气体浓度分布规律的研究，探讨了城市道路交通排放污染物的扩散过程及其与街道建筑物结构、风向及排放源强度等微观因素之间的关系，为城市道路交通大气环境质量监测，评价及防治提供了基础。     

湍流模型和施密特数对街谷内污染扩散模拟的影响

选取不同的湍动施密特数,分别采用标准κ-ε模型和realizable κ-ε模型对孤立街道峡谷内的气流运动和污染物扩散进行了数值模拟.计算得到的气流速度场和污染物浓度分布表明,标准κ-ε模型和realizable κ-ε模型预测出极为相似的气流旋涡结构,即在峡谷内生成一个中心大致位于峡谷中央的顺时针大旋涡,并在此大旋涡的作用下污染物往峡谷的背风侧积聚.通过对比分析峡谷迎风面和背风面上的无量纲污染物浓度计算结果与风洞试验数据表明,湍动施密特数的改变并不影响计算空气流场,但改变污染物扩散方程中的湍动扩散率,增大湍动施密特数将减弱污染物的湍动扩散作用,使得峡谷顶部污染物外溢减少,从而导致峡谷内的污染物浓度计算值增大;只要给定合适的计算参数,标准κ-ε模型和realizable κ-ε模型均能预测出峡谷内的污染物扩散分布,标准κ-ε模型合适的湍动施密特数为0.4～0.6,而realizable κ-ε模型则为0.3～0.5;当取湍动施密特数为0.7(Fluent软件系统中的默认值)时,标准κ-ε模型的计算精度高于realizable κ-ε模型的计算精度.     

城市建筑群环境有毒有害气体扩散数值模拟

应用计算流体力学(CFD)原理和方法建立街区尺度点源泄漏扩散的数值模型,并经风洞试验结果验证其正确性.对街区建筑物扰动和两种来流风速(1.5 m·s-1,3.0 m·s-1)下近地面气云扩散过程及特性进行模拟与分析.结果表明:给定合适的计算参数,基于RNG k-ε模型和SIMPLE算法能够有效模拟复杂障碍物条件下有毒有害气体的扩散过程;近地面气云扩散受道路、建筑物布局和来流风速的影响明显,建筑物周围测点浓度同该处源距、方位、高度以及风向偏离程度存在密切联系;较大的来流风速加快气云水平输送,同时有利于浓度的稀释;泄漏停止后建筑物密集区间浓度稀释相对滞缓,可能对人群健康构成威胁.     

街道峡谷形态对污染物扩散的数值模拟

机动车排放的尾气污染物,在城市街道峡谷内的稀释扩散及分布特性,主要由街道内流动结构决定,而街道布局和结构对流动结构有重要影响。基于二维不可压缩流动的Navier-Stocks方程、污染物组分输运方程及标准k-?湍流模型,获取所构建模型的数值解。采用验证的模型参数,构建了9种2类高宽比H/W为1的二维城市街道截面形态构造,在来流平均风速为3 m/s情况下,研究了街道截面形态对机动车尾气污染物扩散传递的影响。结果表明:下沉式道路结构不会改变街道峡谷内主涡结构和污染物分布;随着下沉深度的增加,机动车道内污染程度将进一步加剧;廊道内污染物浓度分布受廊道高度的影响较大,其人行呼吸高度处背风侧附近污染物浓度值相对参考工况增加大约5%,廊道深度对街谷内污染物扩散影响不大。