WRF-CMAQ-CFD多尺度耦合的城市下垫面小区空气污染污染数值模拟研究

发布时间：2017-10-18 10:48

  本文关键词：WRF-CMAQ-CFD多尺度耦合的城市下垫面小区空气污染污染数值模拟研究

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【摘要】：人们的生活水平随着中国经济经历不断增长而得到了大大的提高,越来越多的人从农村迁移到城市中生活。城市化率的急速增长虽然有利于社会资源的高效利用,但城市人口的急剧膨胀同样也使城市产生了各种各样有害于人类的问题,如城市空气污染,城市水污染,城市土壤污染等。对于城市空气污染,以WRF-CMAQ为代表的中尺度空气质量模型无法研究下垫面小区尺度问题,而以计算流体动力学(CFD)为代表的小尺度模型则无法准确描述小区的边界条件。在此背景下,本论文研究了CFD方法与中尺度模型WRF、CMAQ的耦合及其在城市下垫面小区空气污染研究中的初步应用。本文首先介绍了所研究区域的地理位置及气候条件,通过对建筑信息的收集与简化,建立了以和睦小学为中心的模拟区域模型。采用Gambit作为网格划分工具,整个计算区域网格数约1400多万。然后本文对提出的模型进行了检验验证。根据数值计算的结果,在绝大部分时候,耦合的CFD方法都要比CMAQ方法更精确。因此我们认为用耦合的CFD方法模拟城市环境污染是可行的,同时较CMAQ方法有着更高的精确度。本文还用多尺度耦合方法模拟机动车对和睦小学及其周边环境的影响。其中考虑了机动车尾气及光化学反应对计算区域内的风环境和污染物环境的影响。定性和定量地分析了计算区域内风环境的分布与污染物的垂直与水平传输的特性。文章的最后我们还研究了不同季节下计算区域内的的风环境与污染物环境的变化趋势与特性,希望提高人们对城市微尺度环境的认识。
【关键词】：城市环境 中尺度气象软件WRF 空气质量模型CMAQ CFD 机动车尾气排放
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X51
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-21
• 1.1 研究的背景与意义9-10
• 1.2 杭州市空气污染状况10-11
• 1.3 研究方法11-14
• 1.4 城市大气国内外研究进展14-19
• 1.5 论文创新点与主要工作19-21
• 1.5.1 论文创新点19
• 1.5.2 论文主要工作19-21
• 第二章 数值模拟基本理论与方法21-28
• 2.1 中尺度气象模拟软件WRF介绍21
• 2.2 区域尺度空气质量模型CMAQ介绍21-22
• 2.3 CFD数学模型介绍22-27
• 2.3.1 风环境模型22-23
• 2.3.2 热环境模型23-25
• 2.3.3 气态污染物输运模型25-26
• 2.3.4 数值求解方法26-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 几何建模与验证28-37
• 3.1 几何建模28
• 3.2 网格划分及壁面设置28-30
• 3.2.1 网格划分28-30
• 3.2.2 边界条件设置30
• 3.3 WRF-CMAQ模拟30-34
• 3.3.1 WRF模拟30-31
• 3.3.2 CMAQ模拟31-32
• 3.3.3 WRF-CMAQ-Fluent耦合32-34
• 3.4 模型验证34-36
• 3.5 本章小结36-37
• 第四章 机动车排放对城市微环境的影响37-44
• 4.1 引言37
• 4.2 模型参数37
• 4.2.1 机动车尾气排放37
• 4.3 结果分析37-43
• 4.3.1 风环境分析37-40
• 4.3.2 污染物环境分析40-43
• 4.4 本章小结43-44
• 第五章 不同季节下城市微环境数值模拟44-50
• 5.1 引言44
• 5.2 结果分析44-49
• 5.2.1 风环境分析44-47
• 5.2.2 污染物环境分析47-49
• 5.3 本章小结49-50
• 第六章 结论与展望50-52
• 6.1 全文总结50
• 6.2 不足与展望50-52
• 参考文献52-56
• 作者简历56
• 攻读硕士学位期间发表论文56

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本文编号：1054502