【摘要】：樹具有保持水土、防風(fēng)固沙、改善氣候、吸收污染物等功能。在熱、水蒸氣、CO2等輸運(yùn)以及樹冠內(nèi)部孢子、花粉、顆粒擴(kuò)散上風(fēng)起著重要作用。樹冠內(nèi)外風(fēng)力分布的相關(guān)信息對(duì)研究氣象學(xué)、農(nóng)業(yè)、經(jīng)濟(jì)等非常重要。人們生活和工作的城市環(huán)境暴露于各種氣固態(tài)污染物中,這些污染物主要來(lái)源于汽車尾氣、工業(yè)廢氣排放、交通事故產(chǎn)生的化學(xué)和生物有毒有害氣體。這些有毒有害污染物的擴(kuò)散取決于如風(fēng)速、風(fēng)向和大氣穩(wěn)定性在內(nèi)的氣象條件以及城市建筑布局,而氣體污染物和固體顆粒物的吸收主要取決于城市植被。目前,由于測(cè)試條件的限制,試圖通過(guò)實(shí)驗(yàn)手段完全了解樹冠內(nèi)外流場(chǎng)分布以及顆粒捕集仍十分困難。數(shù)值模擬則提供了一種有效的研究方法。本文針對(duì)樹冠內(nèi)外流場(chǎng)分布以及顆粒捕集中的若干關(guān)鍵問(wèn)題開展模擬研究加上部分實(shí)驗(yàn),主要學(xué)術(shù)成果如下:通過(guò)計(jì)算流體力學(xué)軟件(CFD)模擬二維簡(jiǎn)化樹冠以及三維樹冠的流場(chǎng)分布,最后將通過(guò)模型計(jì)算所得的樹冠周圍壓力場(chǎng)分布、流場(chǎng)分布(u)、湍動(dòng)能分布(TKE)、湍動(dòng)能耗散率分布(ε)以及湍動(dòng)強(qiáng)度分布(I)與其他學(xué)者的模擬研究和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明:采用該方法模擬所得流場(chǎng)分布與文獻(xiàn)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)十分吻合,可以供以后的研究者模擬分析樹冠湍流流動(dòng)提供借鑒。為深入分析樹冠內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)樹冠繞流流動(dòng)阻力的影響,采用數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)測(cè)試相結(jié)合的方法研究幾種典型形態(tài)特征樹冠的內(nèi)部流場(chǎng)特征和流動(dòng)阻力。通過(guò)對(duì)數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果回歸分析,給出樹冠流動(dòng)阻力系數(shù)與葉面積指數(shù)的關(guān)系式。樹冠阻力系數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明:真實(shí)條件下的樹冠流動(dòng)阻力結(jié)果要明顯高于二維簡(jiǎn)化模型的數(shù)值計(jì)算值,但二者在變化趨勢(shì)上表現(xiàn)出較好的一致性;在引入樹冠阻力系數(shù)修正系數(shù)后,數(shù)值計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果能吻合較好。采用CFD模擬手段,著重輔助于UDF,運(yùn)用歐拉混合模型對(duì)單棵樹冠上顆粒物沉積行為進(jìn)行模擬分析,著重分析樹冠結(jié)構(gòu)參數(shù)樹冠葉面積密度LAD、葉面積指數(shù)LAI、粒子直徑dp及運(yùn)行參數(shù)冪指數(shù)速度分布v(z)對(duì)樹冠上顆粒物沉積速度的影響,并與文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或理論數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證,以尋求提高樹冠捕集顆粒物的方法,并為城市綠化及城市空氣凈化提供依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S718.4;P425.6

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本文編號(hào)：2736155