城镇建筑小区污染物扩散及对室内自然通风影响的研究

发布时间：2017-04-16 18:07

  本文关键词：城镇建筑小区污染物扩散及对室内自然通风影响的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着现代化城市的快速发展,大中型城市中的环境问题已在许多领域受到广泛的关注,城市中的雾霾天气也日益严重。城市中的建筑群尤其是建筑小区的环境质量也明显降低,而建筑小区又是人们正常生活和活动的主要场所,所以研究建筑小区内污染物的扩散状况和改善措施具有重要的现实意义。自然通风作为一种具有很大潜力的节能技术,具有显著的环保优势,在建筑领域中得到广泛应用。基于室内外耦合的方法将室外污染物引入室内,然而在建筑小区污染物扩散的情况下,室外空气也可能被污染,自然通风很可能将污染物引入室内,从而影响室内空气的品质。本文首先以济南市某建筑小区为模型,介绍了建筑小区内流场运动规律及污染物扩散的规律和扩散模式,用CFD模拟的方法模拟了建筑小区在不同的风向、不同的风速以及不同的背景浓度的情况下的流场及污染物浓度场。然后基于流体力学的相似原理和量纲分析方法设计出建筑小区的物理模型,利用建筑环境风洞试验技术对建筑小区的流场进行测量,把试验测量数据和数值模拟数据进行对比。最后对建筑小区周围的流动场和污染物扩散的浓度场进行系统的分析,并针对流动场对于污染物浓度场扩散的影响进行了理论性分析。基于室内及室外环境流场和浓度场的耦合,进行了建筑小区室内自然通风模拟和分析。从污染物分布的模拟结果可以发现：风向对流动场的影响很大,不同风向可能造成建筑小区内流场和污染物浓度场显著不同。风速越大建筑小区内部污染物浓度就越低,风速越高越有助于污染物较快的扩散和稀释。空气质量等级越高背景浓度就越大,污染物浓度就越大,污染物浓度的积累也就越高,扩散规律变化也就越复杂。在数值模拟的基础上,利用风洞试验技术对建筑小区模型周围的流动场进行了测量和分析,把模型结果换算到原型中,结果发现两者基本上一致,验证了文章中数学模型建立的正确性及数值计算的准确性。最后基于室内、外流场和浓度场的耦合,进行室内自然通风模拟。在窗户全部开启的情况下,经过一定时间的自然通风,室内的污染物基本上就到达了稳定的状态。而且与室外的背景浓度相比较,室内污染物的浓度出现了一定程度的衰减。总之,本文的研究工作可为建筑小区规划布局、建筑高度和楼间距控制、房间布局设计和房间舒适度设计提供科学依据。
【关键词】：建筑小区 自然通风 风洞试验 数值模拟 背景浓度
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X169;TU834.1
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-15
• 1.1 研究背景目的与意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-14
• 1.2.1 实地观测法12
• 1.2.2 风洞试验法12-13
• 1.2.3 数值模拟法13-14
• 1.3 本文的研究工作14
• 1.4 本章小结14-15
• 第2章 研究的理论基础15-25
• 2.1 大气污染理论15-16
• 2.1.1 大气边界层15-16
• 2.1.2 污染物扩散方程16
• 2.2 湍流模型理论16-21
• 2.2.1 湍流研究的方法17
• 2.2.2 湍流的物理模型17-18
• 2.2.3 湍流的控制方程18
• 2.2.4 湍流数值模拟方法18-20
• 2.2.5 湍流扩散对污染物迁移的影响20-21
• 2.3 自然通风理论基础21-25
• 2.3.1 利用热压实现自然通风21-22
• 2.3.2 利用风压实现自然通风22-23
• 2.3.3 自然通风下室内外污染物演化23-25
• 第3章 建筑小区污染物扩散的模拟与实测25-51
• 3.1 研究对象的物理模型25-26
• 3.1.1 研究对象25
• 3.1.2 计算区域的确定25-26
• 3.2 污染源强的估算26-28
• 3.3 背景浓度28-30
• 3.4 CFD求解的条件和理论30-34
• 3.4.1 CFD求解过程30-31
• 3.4.2 网格的划分及湍流模型的选择31-32
• 3.4.3 边界条件的设定32-34
• 3.5 数值模拟结果分析34-48
• 3.5.1 不同风向下的模拟结果分析34-39
• 3.5.2 不同风速下的模拟结果分析39-44
• 3.5.3 不同背景浓度下的模拟结果分析44-48
• 3.6 采样数据与数值模拟结果的对比分析48-50
• 3.7 本章小结50-51
• 第4章 建筑小区对流扩散规律的风洞实验研究51-60
• 4.1 风洞试验介绍51-53
• 4.1.1 风洞原理51
• 4.1.2 相似准侧51-52
• 4.1.3 实验设备以及搭建52-53
• 4.2 PIV粒子测速系统53-55
• 4.3 实验结果对比分析55-59
• 4.3.1 PIV系统分析计算过程55-56
• 4.3.2 实验数据与数值模拟对比56-59
• 4.4 本章小结59-60
• 第5章 基于室内外耦合的室内污染物的模拟研究60-77
• 5.1 研究概要60-62
• 5.1.1 研究对象概况60-61
• 5.1.2 模型简化概况61-62
• 5.2 室内外耦合模拟方法62
• 5.3 模拟结果的分析62-67
• 5.4 影响室内污染物浓度变化的因素67-74
• 5.4.1 不同风速对室内污染物浓度的影响67-70
• 5.4.2 背景浓度对室内污染物浓度的影响70-74
• 5.5 采样数据与数值模拟结果的对比分析74-75
• 5.5.1 实测的内容和仪器74
• 5.5.2 实测点的布置74
• 5.5.3 室内实测值与模拟值对比结果74-75
• 5.6 本章小结75-77
• 第6章 结论与期望77-79
• 6.1 结论77-78
• 6.2 今后工作展望78-79
• 参考文献79-82
• 致谢82-83
• 攻读硕士学位期间发表论文情况及科研成果83

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