机动车尾气对街道空气质量的影响及其数值模拟

论文摘要

随着我国城市化和工业化进程的加快,近年来我国大城市机动车保有量迅速增长,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。目前,机动车排放的污染物公认为城市街道环境空气的主要污染来源,并且已经证实,它对临街建筑室内空气质量将产生严重影响。因此,必须对街道机动车污染扩散规律以及临街建筑室内外空气质量间的关系进行全面研究,以便为评价街道机动车污染状况、预测和控制室内空气质量以及为城市道路规划提供科学依据。本研究以武汉市典型交通主干道和次干道为研究对象,对街道内CO浓度进行实测,分析交通状况、气象因素、地理条件等因素对污染物扩散的影响;同时采用计算流体力学CFD方法对街道峡谷模型进行风场和污染物浓度场模拟,以确立可以用于预测街道峡谷污染物浓度的的合适的数值模拟方法,并用模拟数据分析了影响扩散因素的一般规律;此外,对临街建筑室内外CO浓度进行实测,分析交通污染对室内空气污染的影响规律。街道峡谷的实测和分析表明:车流量、风速、温度和高宽比等对CO浓度扩散和分布有显著影响。污染物浓度与车流量成正相关,与风速、温度成负相关。对街道结构的分析可以看出:街道高宽比是影响扩散的最主要因素,高宽比越大,越不利于扩散,污染物浓度越高。对交叉口的CO浓度分布的分析得出,交叉口处污染最重,上风向污染较轻,合理布置交叉口的角度可以改善污染状况。数据模拟结果表明:CFD模型能适用于街道峡谷污染物浓度的模拟。标准k-ε模型比重整化群（RNG）k-ε模型更适合模拟街谷风场。对浓度场的模拟,在背风面标准k-ε模型的模拟稍优于RNGk-ε模型,而在迎风面RNGk-ε模型的模拟稍优于标准k-ε模型。通过模拟结果分析了风速、高度及其高宽比对污染物扩散的影响,得出污染物浓度与风速成负相关趋势,污染物浓度随着风速的增大、高度的增加、高宽比的减少而降低;分析了不同高宽比下背风面和迎风面的污染物浓度差异,发现高宽比影响流场分布,进而影响污染物浓度在背风面和迎风面的分布。模拟结果能较好的解释实际街道环境污染物的分布规律。通过分析临街建筑室内外CO浓度的监测数据,发现室外污染对室内污染有很大影响,紧邻交通主干道旁室外CO浓度对室内浓度影响明显大于远离交通主干道的室外浓度对室内浓度的影响。室内浓度与室外浓度无明显“延迟效应”。显然,在临街建筑室内工作的人员的健康受到机动车排放污染物的威胁。

论文目录

• 目录
• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 课题的提出和意义
• 1.2 街道机动车尾气污染的研究现状
• 1.2.1 街谷的定义和分类
• 1.2.2 研究状况
• 1.3 交叉口机动车污染扩散的研究现状
• 1.4 街道排气污染对室内空气质量影响的研究现状
• 1.5 课题研究内容
• 2 武汉市典型街道中CO污染现状的实测和分析
• 2.1 实验方案设计
• 2.1.1 监测对象的选取、测定原理和仪器
• 2.1.2 监测项目、仪器和方法
• 2.1.3 监测时间和频率
• 2.1.4 监测点的布置
• 2.1.5 实验内容
• 2.2 典型街道中CO污染现状的分析
• 2.2.1 武汉市机动车构成状况及发展趋势
• 2.2.2 气象因素对街道内污染物扩散的影响
• 2.2.3 街道结构对街道污染物扩散的影响
• 2.3 交叉口的CO污染现状分析
• 2.4 本章小结
• 3 街道峡谷机动车排放污染物扩散的数值模拟
• 3.1 湍流流动概述
• 3.2 湍流流动的控制方程
• 3.3 湍流模拟方法
• 3.4 湍流数值模型
• 3.4.1 标准k-ε模型
• 3.4.2 重整化群（RNG）k-ε模型
• 3.5 微分方程的离散和求解
• 3.5.1 有限体积法
• 3.5.2 离散方程的求解方法
• 3.6 风场模拟
• 3.6.1 街谷风洞实验模型
• 3.6.2 网格划分
• 3.6.3 计算模型
• 3.6.4 进口边界条件
• 3.6.5 收敛条件
• 3.6.6 计算结果分析
• 3.7 浓度场模拟
• 3.7.1 街谷风洞实验模型
• 3.7.2 网格划分
• 3.7.3 计算模型
• 3.7.4 进口边界条件
• 3.7.5 计算结果分析
• 3.8 本章小结
• 4 机动车排气污染对临街建筑室内空气质量的影响
• 4.1 实验方案设计
• 4.1.1 测点布置
• 4.1.2 监测项目、仪器和方法
• 4.1.3 监测时间和频率
• 4.2 监测结果分析
• 4.2.1 交通主干道旁室内外污染物浓度变化规律
• 4.2.2 远离交通主干道的室内外污染物浓度变化规律
• 4.2.3 室内外CO浓度之比（I/O）
• 4.3 本章小结
• 5 结语
• 参考文献
• 致谢