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。     

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。     

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。     

丁坝挑角及长度对回流区流动特性影响的数值模拟

为探究丁坝挑角及长度对坝后回流区流动特性的影响,利用计算流体力学(CFD)方法,模拟宽浅河道中丁坝挑角上挑60°、正挑、下挑120°,及丁坝投影长度为0.12,0.2,0.3 m条件下回流区流场和湍动能及湍流黏度的分布。结果表明:丁坝回流区最大相对长度L/B及最大相对宽度W/B与丁坝相对投影长度b1/B成正相关;湍动能沿着流动分离区域向两侧及下游扩散衰减,其最大值出现在坝后流动分离处;丁坝的投影长度和挑角直接影响湍动能和湍流黏度的大小和分布;随着水深增加,湍动能和湍流黏度分布规律不变,其值随着水深的增加而小幅减小。     

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。