不同气象条件小区通风与污染物扩散模拟

利用三维微尺度气象模拟软件ENVI-met,对广州市海珠区中山大学小区冬夏季水平和垂直流场特征以及污染物扩散情况进行了模拟研究,并通过实地观测CO质量浓度进一步检验了模拟结果。研究表明,ENVI-met适用于模拟街区尺度近地面污染物的分布特征,研究区域内存在角隅大风、气流爬坡滑坡及回流等显著特征,由此造成的污染物在不同区域和高度形成高低质量浓度区。当来流与街道峡谷平行时,在风速辐合区形成污染物高值区;当来流与街道峡谷垂直时,存在2种情况:对于独立建筑物和上风向建筑低于下风向建筑的街道,存在与来流反方向风分量,导致街道背风一侧为污染物高值区;而对于上风向建筑物高于下风向建筑物的街道,低层气流方向相同,街道中东部为高污染区。街谷中垂直扩散效率,上风向建筑物低的路段最好,其次为上风向建筑高的路段,独立建筑物的路段最差。研究结果对于城市小区的规划设计布局具有实际借鉴意义。     

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。     

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.     

基于Lagrangian模型与Eulerian模型耦合的建筑物周边气体扩散模拟

该文旨在建立一个适用于城市建筑物周边的基于Lagrangian模型与Eulerian模型耦合的气体扩散数值模型,同时具有Lagrangian模型与Eulerian模型各自的优点,提高预测精度。该文利用耦合模型对单个建筑物周边的气体扩散过程进行数值模拟,并将平均风速、湍流动能和平均浓度几个参量的结果与风洞实验数据进行对比分析。结果表明,耦合模型对于建筑物周边靠近扩散源和远离扩散源的区域均能给出较高精度的预测结果。最后,利用COST-732模型评价方法对Lagrangian模型、Eulerian模型和耦合扩散模型实施了评价,其中耦合模型的评价结果最好。     

热电厂烟塔合一排烟对住宅小区环境影响研究

使用计算流体力学软件Fluent建立数值风洞模型,开展针对热电厂排烟冷却塔排放的污染物对周边住宅小区影响的研究。结果表明,数值风洞模型能较好地模拟排烟冷却塔下风向速度流场、湍流强度场及污染物扩散规律。受排烟冷却塔塔体的影响,排烟冷却塔的下风向存在湍流运动剧烈的区域,该区域会导致排烟冷却塔排放的烟气发生下洗现象。风速越高时,电厂排烟冷却塔排放烟气发生的下洗现象就越明显,同时小区内污染物浓度也随着环境风速的增加而增加。     

城市街谷内流场及污染物的实测分析

目的研究街谷内污染物质量浓度的日间变化规律和空间分布特征,温度和车流量与街谷内污染物质量浓度的关系,以便于分析城市绿化灌木对街谷内大气环境的影响.方法根据沈阳市典型街谷内的实测数据,采用ORIGIN软件分析沈阳市可吸入颗粒物的空间分布特征及其与风速、温度、车流量等要素的相关性.结果实测条件下街谷内的污染物分布受多种因素的影响,污染物质量浓度日变化呈现一定的规律性,峰谷值周期性出现;测量结果表明,在空间上,街谷内颗粒污染物质量浓度的垂直分布具有明显的分层特征,水平方向上则呈现近似对称分布的特点.结论微风条件下,街谷内颗粒污染物质量浓度主要受两个因素的影响:一个是背景质量浓度的变化;另一个是机动车排放物在街谷内的累积.街谷内污染物质量浓度的日间变化规律与背景质量浓度变化相似,与车流量并无直观的相关性.城市街谷内绿化树木对街谷内污染物分布与扩散的影响作用比较复杂.绿化树木对颗粒物有一定的吸附作用,但其也能阻碍污染物向街谷外扩散,从而引起街谷内污染物质量浓度的升高.     

城市街渠内气流的数值模拟与分析

数值模拟实验利用非静力、能量闭合的大气边界层模式对多个不同城市街渠单体在来流风向垂直于街渠时其内部的气流结构和湍流特征进行了模拟.模式能够较好地模拟出不同长度的三维街渠内的3种典型的气流结构:爬越流、尾流扰流和孤立粗糙流.将模拟结果与Oka的风洞实验结果以及Hunter等人的数值模拟结果进行了比较,两者能够较好的吻合.研究结果表明:街渠的形状对街渠中的气流结构的形成有至关重要的影响,在街渠长高比和高宽比不同的情况下将形成不同的气流结构.在街渠附近湍流活动的活跃区是相对稳定的.最后利用本模式对来流与街渠呈45°时的一个个例进行了模拟.     

大气环境数值模拟在城市小区规划中的应用

城市规划中必须考虑大气环境的影响。从规划布局与大气环境的关系和影响的角度出发,在北京市奥林匹克公园、五棵松文化体育中心和金融街中心区等重点小区的规划编制过程中,运用城市小区尺度气象和污染物扩散模式,以多种方案分别模拟计算出它们在一定环境条件下的气流场、风速场、温度和空气污染物浓度分布,并运用小区规划大气环境效应评估指标体系进行评分,为优选方案提供科学依据。结果表明:上述3个小区分别有一个方案得分较高,它们的大气环境效应较优,因此被作为优选推荐方案。     

机动车多点源排放空气污染物浓度解析模式

针对公路机动车排放源和环境特点，建立了风速和扩散系数随高度变化的公路机动车多源排放空气污染平流扩散方程。提出了在地面和对流层边界对污染物为全反射条件下的定解问题。引用Green函数的概念，提出了公路机动车多源扩散方程的求解思路，利用微分方程的特征理论，求得了Green函数的横风和垂直向分量。通过Green函数分量与排放源强的线性组合，得到了公路机动车排放为多点源、线源和面源时污染物浓度三维分布的解析解。指出了广泛使用的高斯扩散模式在公路机动车排气污染物浓度计算中的局限性。     

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。     

城市地下快速路入口段火灾烟气蔓延规律

本文依托上海北横通道泸定路枢纽工程，建立依托工程的全尺寸仿真模型，选取城市地下快速路入口段的主线风速和匝道风速作为变量，研究火灾发生后隧道内人员安全高度处的温度、能见度、CO浓度等变化规律。结果表明，主线风速与匝道风速的提高都会导致温度下降速率减缓，能见度上升，CO浓度降低，但是匝道风速对烟气的影响要弱于主线风速的影响。主线与匝道共同提供排烟风速时，保持临界风速即可有效排烟，主线为1.72 (m·s-1)，匝道为1.84 (m·s-1)。     

高大空间气流组织的研究

分析采用模型试验和数值计算的方法对高大空间气流组织的两类典型问题进行了研究。     

高层建筑形状及布局对城市街区 行人风环境影响研究

基于风洞试验和计算流体动力学方法(Computational Fluids Dynamics,CFD)研究高层建筑形状及布局对城市街区行人风环境的影响.采用最大风速比和归一化加速面积比,定量研究五种高层建筑形状及四类建筑布局对城市街区行人风环境的影响,确定全风向下的最优建筑形状以及布局,结合CFD数值模拟获得的全域流场信息,揭示建筑形状和布局对于城市街区行人风环境的影响机理.结果表明:在保持建筑高度和街区容积率一致的情况下,高层建筑群周边最大风速比不会随着建筑形状和建筑布局的改变而发生明显变化.但建筑形状和建筑布局会改变建筑群周边高风速区域的面积大小,全风向下的最优建筑形状和布局分别是Y字形和错列式布局,而最不利形状和布局分别是H字形和围合式布局.不同布局下的方形、H字形及X字形高层建筑群的最不利风向均位于斜风向,而十字形及Y字形则为正风向.高层建筑群在行人高度处的风加速现象主要是由狭管效应和角部分离效应造成的.     

下游干扰体对上游高层建筑风力的影响

在用数值模拟和风洞实验方法对比研究两个方形高层建筑模型干扰影响的基础上,进一步用数值模拟方法研究了距离较近时下游干扰体对上游建筑的干扰影响.以广州合景大厦为背景,用数值模拟方法,并通过数值模拟与风洞实验平均风底部剪力的比较,得出当干扰的高层建筑处于下游或斜下游时,上游合景大厦的静风力比不受干扰时显著增大.说明在高层建筑密集、下游或斜下游建筑体量较大时,对上游建筑干扰后的静风力会有显著增加.     

考虑下垫面复杂性的行人风环境评估

为解决城市下垫面给风环境评估带来的困难,建立地形-建筑物耦合模型进行风洞试验,研究某桥址区风环境变化规律;采用三参数Weibull分布对实际下垫面影响下气象数据进行拟合;结合拟合参数和试验风速比得到桥面行人舒适度超越阈值概率.结果表明:桥址区风速受山体的阻挡作用而减小,同时桥址区风速受城市建筑拖曳作用和街道风加速效应明显;结合三参数Weibull分布拟合得到的参数,桥面两端行人舒适度较高,同时桥面跨中位置处受街道风影响较大,易产生行人不舒适感.     

基于3DCM的城市覆盖面模拟及建筑物空间插值方法

以城市为单元模拟建立城市大气覆盖面模型，以小区为单元研究风环境与空气环境．获取城市建筑物空间坐标，利用二次曲面方程建立城市覆盖面模型，以新增建筑物为研究对象，对其空间位置进行插值分析，将其纳入城市小区建筑群构成新的小区环境，籍此对其进行风环境的实验分析，模拟建筑物的尺度、间距、空间组合与朝向定位等参数，辅助城市小区风环境规划与优化。     

低矮建筑非定常绕流大涡模拟影响因素研究

掌握结构周围风场及其特性,是开展建筑结构抗风设计的基础。借助采用大涡模拟（LES）的方法,对低矮建筑非定常绕流进行了大涡数值模拟研究,分别分析了不同运算时间、建筑物不同高度处及不同风速因素,对低矮建筑非定常绕流特性的影响。结果表明：（1）随着时间的增加,建筑物迎风侧的速度和压力均增大,背风侧的压力出现了负值,速度最小值出现在背风侧的涡中心位置;（2）随着建筑物高度逐渐增加,涡的位置逐渐向上偏移,由于风速比较均匀,当遇到建筑物时,在建筑物迎风侧,速度流线会形成一种上升的趋势,背风侧的压力逐渐增加;（3）随着风速的增加,建筑物的背风侧出现了大涡且速度逐渐增大,背风侧的压力最小值逐渐减小。     

不同形状建筑物周围风环境的研究

运用k-ε双方程湍流模型数值模拟了几种不同形状的建筑物和一组建筑物群周围气流绕流的三维流场．结果表明，当来流的风速相同时，不同形状的建筑物的气流绕流流场是不同的，建筑物的几何结构是影响其周围流场分布的主要因素之一；建筑物群周围的绕流过程比单个建筑物更加复杂，除了具有单个建筑物绕流过程中所产生的流动分离和回流等复杂特征外，还存在建筑物之间的互相影响。     

双并列高层建筑平均风压系数干扰效应分析

基于风洞测压试验，通过改变双并列高层建筑间的间距和风向角，分析双并列且高度不一的高层建筑表面风压分布特性。结果表明，在单栋高层建筑周围加入施扰建筑形成双并列布局后，两建筑相对立面上的风压分布和风压值会发生较大变化。建筑表面的风压极值随着间距的增大而减小，且随着风向角从0°增大至90°，其由自上而下逐级分布逐渐转变为从左到右的规律分布，正负风压极值分别出现在建筑立面左右边缘的拐角处；当风向角为90°时，两建筑立面间形成加速气流，在建筑表面形成较大的负压，影响建筑结构的抗风性能。     

不同风场下高层建筑风效应的风洞试验研究

在大气边界层风洞中模拟了C,D两类地貌的风场,对某市区办公楼进行了风洞试验,分析了不同风场下高层建筑风压分布特性、风荷载及风致响应特性.结果表明:C类风场下平均风压系数、总体弯矩系数、最大基底剪力和最大基底弯矩均大于D类风场的对应值;C类风场下办公楼风荷载大于D类风场下办公楼风荷载;C类风场下各测点风压谱峰值对应频率均小于D类风场下各测点风压谱峰值对应频率;C类风场下结构顶部峰值加速度大于D类风场下结构顶部峰值加速度.