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。     

建筑和绿化对街谷空气污染物扩散的影响

在静风条件下,对上海松江区典型的对称和不对称街谷内CO2和CO的浓度和PM1.0进行了连续实测.引入街谷约束物(建筑或绿化)高度与约束物距机动车道中心距离之比,即高远比(H/D),表征该约束物对街谷空气污染物扩散的阻碍作用.研究结果表明:背景风速低于0.5 m/s时,绿化和建筑对污染物扩散稀释的影响同样重要;污染物浓度的扩散衰减特性与街谷高远比和污染物种类有关;高远比越大,越不利于空气污染物扩散;自街谷机动车道中心到人行道,PM1.0衰减程度大于气态污染物.     

城市三维格局影响下的污染气体扩散效应分析

目的研究城市三维格局对污染气体扩散的影响,揭示空间形态与大气污染物空间分布的关联.方法应用CFD数值模拟技术,选择典型城市商业街区为研究对象,以汽车排放尾气中PM_(10)为污染源,模拟可吸入颗粒物的空间质量浓度分布,以实地监测数据验证精度,揭示了大气污染物在街区空间三维坐标下的扩散规律.结果污染气体的扩散效应与街区三维景观格局有着密切联系:在10 m、30 m、50 m不同高度水平截面中,污染物质量浓度的降低趋势、空间分布的均匀程度受建筑密度影响显著;街谷两侧建筑高度、空间组合以及建筑自身形态决定了街谷内局部流场.结论在城市规划中应该充分考虑三维格局对街区大气污染的影响,从城市通风廊道、开放空间、天际线高度变化及底层灰空间等多个层面,对城市街区的三维景观格局进行优化,能够有效改善严峻的大气污染现状.     

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。     

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.     

城市街谷大气环境研究进展

机动车尾气排放不断增加以及城市通风能力降低,常导致城市街谷内的空气污染。城市街谷大气环境主要研究方法包括外场观测、实验室物理模拟和数值计算。外场观测和物理模拟可以考察街谷内污染物的传输扩散规律并对数值模式进行检验,另外,复杂的数值模式则可对城市冠层内大气扩散问题进行详细模拟,数值模拟和外场观测及物理模拟相配合,可用于环境质量评价、污染控制决策及交通规划。重点介绍了近十年内城市街谷大气环境研究的主要成果。     

街谷结构内流场和污染浓度场的数值模拟研究

从三维尺度出发,对6种不同几何尺寸的街谷结构内流场和污染浓度场进行了数值模拟.流场计算模型采用Spalart-Allmaras湍流模型,污染物浓度场采用与流场耦合的对流扩散方程模拟,采用有限元方法离散微分方程.模拟结果表明,街谷结构的几何尺寸对其中流场和污染场的分布有很大的影响.宽度较小,高度较大的街谷结构内流场较复杂,污染物在其中比较不容易扩散.本文对不同街谷结构内流场和污染物浓度场的分布进行了对比分析,对城市规划设计、城市气候以及城市空气质量控制等领域具有重要意义.     

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.     

城市高架街谷交通污染物的扩散研究综述

随着全球城市化进程的不断深入, 城市高架道路密集出现. 这在一定程度上缓解了城市的交通拥堵, 但也带来了一系列交通污染问题. 通过文献调研, 对城市高架街谷交通污染物的扩散规律进行分析. 首先, 对城市高架街谷的交通污染特征及其建成环境特征进行梳理; 然后, 从空间尺度(水平和垂直)和时间尺度(宏观和微观), 对城市高架街谷交通污染物的时空分布规律进行归纳; 最后, 总结了交通、建成环境以及微气象环境等因素对交通污染物在高架街谷扩散规律的影响. 通过对城市高架街谷交通污染物的扩散规律进行分析, 以期对未来的相关研究提供参考.     

关于三维长街谷空气交换能力的讨论

利用CFD(Computational Fluid Dynamics)技术模拟分析了来流风速、地面粗糙高度、建筑布局及缺口宽度对6种典型布局三维长街谷内外流场的影响,并引入整体换气次数nt和局部换气次数np的概念,评估了街谷的换气能力.研究结果表明:在自模区范围内nt与来流风速大小线性相关;粗糙高度对nt的影响是有限的;建筑布局能够明显改变街谷气流组织结构和换气能力,尤其是上风侧缺口的数量、宽度及缺口之间的相对位置.     

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.     

街道峡谷内机动车排放污染物的数值模拟

针对典型的平顶和坡顶的城市街道峡谷结构，通过求解二维和三维不可压缩N-S方程、湍流模型方程及对流扩散方程，数值模拟了街道峡谷内的流场及机动车排放污染物的对流扩散．结果表明，使用二维和三维数学模型所计算的两边为平顶建筑的街道峡谷内污染物浓度不同；而两边为坡顶和平顶建筑的街道峡谷内的背风面污染物的浓度，在相同的气象条件下，三维数学模型数值模拟结果基本一致。     

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.     

带斜顶建筑物的城市街道峡谷内部气流场数值研究

基于S.R afa ilid is和M.Schatzm ann在风洞中所采用的城市街道峡谷物理模型,数值模拟了6种带有斜顶建筑物的城市街道峡谷内部气流场。模拟结果表明:①建筑物斜顶显著影响峡谷内部的气流场,由于气流绕过斜顶时产生剧烈分离,使得处于背风面的斜顶与处于迎风面的斜顶相比,前者对峡谷内部的气流漩涡结构影响更大;②斜顶建筑物高度与峡谷宽度的比是决定峡谷内部漩涡结构的重要因素,其比值愈大愈易于在峡谷内部生成两个旋转方向相反的漩涡(其中峡谷上部为顺时针漩涡,而下部为逆时针漩涡)。     

壁面绿化及热效应对浅型街谷内污染物扩散与转化的影响研究

采用经风洞实验验证的CFD数值模型,就壁面绿化和热效应对浅型街谷内污染物扩散和NO_x-O₃光化学转化的影响开展研究。考虑了4种壁面受热模式以及4种叶面积密度的壁面绿化模式,并采用臭氧消耗率衡量光化学反应的剧烈程度。结果表明,壁面受热会改变街道峡谷内的流动结构,背风面受热和地面受热能够增加峡谷内顺时针旋涡的尺度,迎风面受热会削弱该旋涡的尺度,全壁面受热则会破坏旋涡结构。壁面绿化的设置能够有效降低峡谷内平均温度,促进峡谷内旋涡结构的重构,并且不同程度降低平均臭氧消耗率。因此,壁面绿化对缓解城市热岛效应和光化学污染具有积极的意义。     

二维街谷热力动力场数值模拟

采用改进的ARPS动力模式模拟城市街谷流场,应用动力和能量平衡耦合模式模拟街谷温度场日变化过程。该动力模式能够模拟建筑物周围典型流场,包括街谷涡旋及背风区尾流涡旋等。耦合模式能够模拟街谷各接收面能量收支及温度场日变化过程。计算实例表明,上述模式系统可用于城市街谷和建筑群风环境和热力环境的研究,也可用于对街谷中空气污染物传输和扩散的计算。     

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。     

Numerical Investigation of the Impact of Different Configurations and Aspect Ratios on Dense Gas Dispersion in Urban Street Canyons

The dispersion of chlorine gas in urban street canyons was numerically simulated using the fire dynamics simulator, a code developed by the National Institute of Standards and Technology of USA, which uses large eddy simulation coupled with the Smagorinsky sub-grid scale model. The unsteady flow fields were computed by solving the filtered incompressible Navier-Stokes equations under low Mach number ap-proximation by the finite difference method. The studies analyzed the influence of different street canyon configurations and aspect ratios on the flow and chlorine gas dispersion. The geometric configuration and aspect ratio both affect the vortices and the local concentration distributions in street canyons.