有高架的城市街道峡谷内颗粒物扩散的数值模拟研究

发布时间：2020-07-13 06:42

【摘要】：随着城市机动车保有量的逐年递增,机动车尾气排放的污染物已成为城市大气污染物主要来源之一。而鉴于城市交通输运的需求,高架路也已成为城市建设中不可或缺的一部分。高架路与当前城市道路及两侧高楼形成了一种异于大气边界层的微环境,致使本已不易扩散的机动车排放的有害气体、颗粒物在街道峡谷中大量积聚,严重危害着直接暴露在大气中的出行者。本文采用数值模拟技术研究了有高架的城市街道峡谷内颗粒物的扩散和分布情况,这对于科学指导城市道路建设、控制机动车尾气的排放以及改善城市居民的生活质量都具有重要意义。本文的主要工作及得到的一些具体结论如下：运用标准k-ε湍流模型和离散相模型,探究了典型街道峡谷内高架路的布置方式对路侧非机动车出行者及两侧居民的影响情况。研究发现高架的存在进一步阻碍了颗粒物在街谷中的扩散,有高架的街谷内颗粒物浓度远远高于无高架的街谷。在街道峡谷中,背风面颗粒物浓度远远高于迎风面颗粒物的浓度,这一点与气态污染物分布规律一致。在建筑规范内高架越靠近地面时,街谷内颗粒物污染程度越高。同一街谷内随着高架宽度的增加,其对颗粒物扩散的阻碍作用越强,颗粒物在街谷底部浓度越大。在街道峡谷宽度不变的情况下,高架路中间空隙的增加不利于背风面颗粒物的扩散,但能有效减少迎风面颗粒物的积聚。街谷高宽比对于街道峡谷内颗粒物的扩散和分布影响较大,通常高宽比越大颗粒物在街谷内积聚的量越多。以颗粒物在人员停留区的驻留时间为参数,衡量了街谷高宽比对颗粒物污染水平的影响,结果发现高宽比小于1的街谷内有高架时颗粒物停留时间大于无高架时；当高宽比大于1时,无高架的街谷颗粒物停留时间较大。在流场结构相同的情况下,线源位置的布设会影响颗粒物的浓度分布情况。街道峡谷内气流强度随着来流风速的增大而增大,相应位置的街谷内颗粒物浓度随之降低。风速较小时,颗粒物在背风侧建筑表面大量积聚,随着风速的增加,颗粒物能很好地输送出街谷。利用离散相模型研究了街道峡谷两侧建筑间距、建筑高度以及建筑顶部形状三种情况下颗粒物扩散和分布特性。为了确保计算结果的可靠性,我们将将数值计算结果与实地监测数据进行了对比分析,最终数据吻合较好。研究发现临街建筑间距对交叉口及横向道路下游处的颗粒物浓度影响较大,该处颗粒物浓度随着间距的增加而有所降低,对高架路下方两端位置处的颗粒物浓度影响较小。结合实际情况可以得出,横向道路两侧建筑间距越窄越容易将出行者暴露在颗粒物聚集区内,对人体健康造成的危害也就越严重。上游建筑物高度对街道峡谷内空气流场及颗粒物浓度场有一定影响。通过改变交叉口上游外侧建筑高度,在自然风向下街谷内依次形成递增-对称型、双对称型、递减-对称型三种形式的街道峡谷。对于递增-对称型街谷颗粒物主要积聚在对称侧,颗粒物在双对称型街谷两侧均有大范围聚集,递减-对称型街谷颗粒物在递减侧污染严重。当改变下游建筑高度时,颗粒物在街谷内呈现类似分布特征。建筑顶部形状对污染物的扩散也有一定的影响,双斜顶最有利于颗粒物的扩散。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X169;X513

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本文编号：2753116