城市街道峡谷内的气流运动与污染扩散研究

论文摘要

随着经济迅速发展,机动车数量的急剧增多,机动车尾气对城市大气环境的污染已经直接影响人们的生产生活,危害人们的健康。对于城市街道峡谷内污染物扩散研究,可采用现场测试、风洞试验和计算流体力学（CFD）数值模拟来开展。随着科学计算、计算机技术以及空气动力学的发展,CFD已被愈来愈多的学者用于模拟街道峡谷内的气流运动和污染扩散。然而,目前对于不同CFD湍流模型在模拟峡谷内的气流运动时的性能差异进行深入研究的文章并不多见;大部分利用数值模拟对街谷结构的研究主要从二维尺度出发,但这明显与实际不符。本文首先用标准κ-ε模型计算了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,计算表明标准κ-ε模型更适用于模拟街道峡谷内的气流扩散问题。其次,从三维角度出发,对典型三维街区内流场和污染浓度场的分布情况进行模拟分析,说明不能简单的将三维街谷结构简化为二维的情况来考察。最后,本文对带广场型城市街道峡谷内空气流场和机动车排放气态污染物的扩散进行了研究;研究结果表明,污染源释放的大部分污染物被输运扩散经广场上方后排出街道峡谷,在城市规划中应尽量结合主导风向设计这类建筑布局。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 本论文研究的意义
• 1.2 研究现状
• 1.3 研究内容
• 2 计算流体力学的理论和方法
• 2.1 基本方程
• 2.2 数值方法概述
• 2.3 模型建立
• 2.4 模拟计算方法
• 3 城市街道峡谷二维空气流场及气态污染物扩散的数值计算
• 3.1 模型介绍
• 3.2 结果和讨论
• 3.3 结论
• 4 城市三维街区结构空气流场及气态污染物扩散的数值计算
• 4.1 模型介绍
• 4.2 湍流模型验证
• 4.3 街道峡谷结构垂直剖面和底面速度矢量的分布情况
• 4.4 街道峡谷结构不同位置各个方向速度分量沿高度分布情况
• 4.5 浓度场分布
• 4.6 结论
• 5 带广场街区结构空气流场及气态污染物扩散的数值计算
• 5.1 模型设定及网格划分
• 5.2 与风洞实验的比较
• 5.3 气流场分布
• 5.4 街道峡谷结构不同位置各个方向速度分量沿高度分布情况
• 5.5 浓度场分布
• 5.6 结论
• 6 结论
• 6.1 取得的成果
• 6.2 本文的不足
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢