街谷流场和机动车CO污染在街谷扩散数值模拟

论文摘要

近年来我国大城市机动车保有量以每年高于17%的速度增长,给我国经济带来繁荣的同时,也对城市大气环境造成了严重的污染。大量研究表明,机动车排气污染己经成为我国一些大城市大气污染的主要来源,在城市街道内机动车排放污染直接造成了空气的恶化。机动车排放污染物在街道内的扩散过程是一个复杂的过程,受很多因素的影响,主要包括排放源强、气象因素和地形条件等因素。论文以典型交通干道为研究对象,分析研究了机动车排放污染的现状及特征。重点研究了风向、风速因素和街道布局对机动车排放CO污染物在街道中扩散的影响。利用数值模拟方法研究了微尺度街道峡谷范围内街谷几何结构及街道两侧建筑物对街谷内流场及机动车排放污染物扩散规律的影响,采用CFD软件Fluent建立三条街道两个十字路口的三维街道模型,模拟了2种风向、2种风速条件下街区风场和CO浓度场分布的情况.结果表明,十字路口的建筑物布局与风向、风速共同作用,会对街区的风场和CO浓度场分布产生很大影响,街谷内有强弱不同的反方向涡旋存在,街谷内污染物扩散水平从强到弱依次为迎风面建筑物强于背风面建筑物.模拟结果表明,把CFD用于街区大气环境问题研究有着良好前景.

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的背景及目的意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究目的和意义
• 1.2 国内外研究现状及进展
• 1.2.1 国外研究动态
• 1.2.2 国内研究动态
• 1.3 论文研究对象和方法及内容
• 1.3.1 论文的研究对象
• 1.3.2 论文的研究方法及内容
• 1.3.3 论文结构和技术路线
• 第2章 街道污染物扩散影响因素及气象资料
• 2.1 影响街道机动车污染扩散的气象因素
• 2.1.1 风速与风向
• 2.1.2 温度
• 2.1.3 大气稳定度
• 2.1.4 大气混合层高度
• 2.2 影响街道机动车污染扩散的地理因素
• 2.3 污染源强度的影响
• 2.4 本章小结
• 第3章 湍流模型数值模拟
• 3.1 流体动力学控制方程
• 3.1.1 质量守恒方程
• 3.1.2 动量守恒方程
• 3.1.3 能量守恒方程
• 3.1.4 组分质量守恒方程
• 3.1.5 控制方程的通用形式
• 3.2 三维湍流数值模拟方法简介
• 3.2.1 直接数值模拟（DNS）
• 3.2.2 大涡模拟（LES）
• 3.2.3 Reynolds平均法（RANS）
• 3.2.4 湍流基本模型
• 3.3 常用的离散化方法简介
• 3.3.1 有限差分法
• 3.3.2 有限元法
• 3.3.3 有限体积法
• 3.4 CFD计算流程
• 3.4.1 建立控制方程
• 3.4.2 确定边界条件与初始条件
• 3.4.3 划分计算网格
• 3.4.4 建立离散方程
• 3.4.5 离散边界条件和初始条件
• 3.4.6 给定求解控制参数
• 3.4.7 求解离散方程
• 3.4.8 判断解的收敛性
• 3.4.9 显示和输出计算结果
• 3.5 FLUENT介绍
• 3.5.1 程序的结构
• 3.5.2 FLUENT适用对象
• 第4章 街道峡谷CFD数值模拟
• 4.1 模型建立与网格生成
• 4.2 湍流模型选取及边界条件设置
• 4.2.1 湍流模型选取
• 4.2.2 边界条件设置
• 4.2.3 多相流模型的选取
• 4.3 街区模型风速场的数值模拟与分析
• 4.3.1 街区模型风速场的模拟方案
• 4.3.2 收敛性
• 4.3.3 计算结果
• 4.3.4 结果分析
• 4.4 街区模型CO浓度场的数值模拟与分析
• 4.4.1 街区模型CO浓度场的模拟方案
• 4.4.2 计算结果
• 4.4.3 结果分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 结论
• 5.1 结论
• 5.2 问题的建议
• 5.3 问题的展望和构思
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文