高架覆盖采风口型街谷内颗粒物分布特性模拟

发布时间：2018-01-24 03:01

  本文关键词： 高架路 街道峡谷 采风口 三维CFD模拟 评价标准　出处：《东华大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：高架覆盖下的街道峡谷城市机理模型已成为城市微气候环境中很重要的街区形态,机动车尾气的排放使得街道峡谷内可吸入颗粒物的浓度较高,采风口(同侧建筑的不连续产生的开口)的存在会影响甚至改变街道峡谷内流场及颗粒物的分布特征,采风口的宽度及单双侧分布的不同对流场及颗粒物分布的影响大小不同。为了揭示街谷颗粒物分布情况及运动规律,本文采用三维CFD数值模拟的方法,对街道峡谷内气流运动和污染颗粒物的分布情况进行了研究。利用DPM模型,分别计算模拟了六种高架覆盖下的街道峡谷(宽高比约为2.2)模型:单侧存在10m采风口、单侧存在30m采风口、单侧存在50m采风口、双侧存在10m采风口、双侧存在30m采风口、双侧存在50m采风口的街道峡谷模型,同时引入了三个评价街谷环境质量的标准:呼吸面浓度(BSC)、有效通风量(EVR)、平均残留时间(ART),详细分析比较了六种模型下的气流流动特征、分布特征及污染颗粒物的分布情况,同时计算了三个衡量标准在不同空间区域的结果。研究发现,单侧存在10m采风口的模型,街谷内会形成较完整的涡流,涡流中心位于Z=30m及Z=170m的位置处,速度峰值低于1.4m·s~(-1);污染物背风侧浓度明显高于迎风侧,在Z=0-20m、Z=80-120m及z=180-200m的背风侧区域(x10m)浓度最高,均超过400μg·m~(-3)。单侧存在30m采风口的模型,速度入口处流场仅在x20m的区域内均匀分布,街谷内大涡流及次级涡流较多;颗粒物浓度分布表现出两种明显的特征,呼吸面高度(y=1.5m)的迎风侧区域浓度分布均匀。单侧存在50m采风口的模型,内部会形成较明显的三个大涡流(采风口轴面(z=100m)两侧各三个,共六个),小涡流若干;高架路上方,颗粒物主要集中于背风侧且靠近采风口;高架路下方,颗粒物分布均匀。双侧存在10m采风口的模型,街谷空间形成较大涡流,涡流中心在街谷中心轴面(x=20m)上且涡流中心呈条形分布(x=15-25m);颗粒物最高浓度低于410μg·m~(-3),沿着x轴正向,颗粒物浓度先增加后下降,背风侧浓度普遍高于迎风侧浓度。双侧存在30m采风口的模型,采风口轴面两侧各自会形成两个大涡流(两侧共四个);颗粒物分布不均匀,当x20m时,颗粒物浓度随距离增大会有上升的趋势,当x20m时,随x的增大颗粒物浓度下降且下降幅度较快。双侧50m采风口模型,街谷空间会有两个大涡流,涡流中心较小,位于z=20-30m及z=170-180m的范围内;呼吸面高度(y=1.5m)的污染物分布与x成正相关,高架路所在的上下方区域,颗粒物在x方向变化较小。双侧存在采风口的街谷内颗粒物分布低于单侧存在采风口的模型;采风口宽度变大,有效通风量(evr)上升;不同的街谷模型在z=60m/140m与z=40m/160m的区域出现频率(of)均保持在2.5至3之间;其余区域都处于2以下;双侧存在采风口的街谷比单侧存在采风口的街谷的ART高;在距离采风口较远的端部区域(Z10m/Z190m),单侧采风口街谷的ART比双侧采风口街谷的高,此特征与距采风口较近的区域表现相反。本文研究的模型集中于高价覆盖下单侧存在采风口或双侧存在对称型采风口的街道峡谷,同时选取无高架路影响下的30m采风口作为对比模型,分析研究高架路的影响作用,有高架路存在时,颗粒物浓度增大20%左右;在市政规划建设中,当单侧规划路口时,规划宽度处于0~30m的范围内,根据实际需要及地理位置选择合理的宽度而不会对街谷颗粒物浓度分布有较大的影响;当规划宽度处于30m~50m的范围内,选取50m的宽度较合理。
[Abstract]:In order to reveal the distribution and distribution of particulate matter in the street canyon , the distribution of air flow in the street canyon and the distribution of particulate matter are studied by means of three - dimensional CFD numerical simulation . In this paper , two large eddy currents ( four on both sides ) are formed on the two sides of the air intake port . When the height of the air intake is 20 - 30m and z = 170 - 180m , the distribution of particles in the street valley with the height of the air intake is lower than that of the one - side air intake .

【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X513

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