發(fā)布時(shí)間：2020-08-04 09:35

【摘要】：機(jī)動(dòng)車尾氣排放已經(jīng)成為我國(guó)甚至全世界大都市中空氣污染的主要來源,深入研究交叉口內(nèi)的氣流運(yùn)動(dòng)和污染物擴(kuò)散對(duì)預(yù)測(cè)空氣質(zhì)量等具有現(xiàn)實(shí)意義。本文采用CFD數(shù)值模擬和風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法,研究風(fēng)向和建筑物偏移對(duì)交叉口內(nèi)的氣流運(yùn)動(dòng)和污染物擴(kuò)散分布的影響。本文采用三維不可壓縮流動(dòng)的時(shí)均化N-S方程、可實(shí)現(xiàn)k-ε湍流模型(Realizable k-ε模型)和污染物對(duì)流擴(kuò)散方程,構(gòu)建起交叉口內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)和污染物擴(kuò)散的三維數(shù)值仿真模型,并使用FLUENT軟件進(jìn)行計(jì)算,其模擬結(jié)果與德國(guó)漢堡大學(xué)環(huán)境風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及Sabatino等學(xué)者的數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析,驗(yàn)證了模型的可靠性,并得到了相關(guān)模型參數(shù)。根據(jù)驗(yàn)證后的CFD模型,分別對(duì)七種不同來流風(fēng)向(風(fēng)向角θ=0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°)和七種不同建筑物偏移量(△y=0 m、0.01 m、0.02 m、0.03 m、0.04 m、0.05 m、0.06 m)下的交叉口內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)和污染物擴(kuò)散進(jìn)行了模擬計(jì)算。結(jié)果表明:風(fēng)向和偏移量對(duì)交叉口內(nèi)的空氣通量、空氣交換率、流場(chǎng)分布和污染物濃度分布都具有顯著影響。對(duì)于建筑物對(duì)稱的十字交叉口,風(fēng)向的影響規(guī)律如下:(1)交叉口四條街道內(nèi)空氣通量的變化和風(fēng)向有著明顯關(guān)系。街道一(風(fēng)向角θ=0°時(shí)的上風(fēng)向街道)的空氣通量隨著風(fēng)向角θ的增加而降低;街道三(風(fēng)向角θ=0°時(shí)的右側(cè)向街道)的空氣通量變化趨勢(shì)基本和風(fēng)向角θ的一致;街道二(風(fēng)向角θ=0°時(shí)的左側(cè)向街道)和街道四(風(fēng)向角θ=0°時(shí)的下風(fēng)向街道)的空氣通量都是隨著風(fēng)向角θ的增加呈現(xiàn)先升高后降低的變化,在風(fēng)向角θ=45°時(shí)空氣通量最大。(2)交叉口中心位置的空氣交換率與風(fēng)向有著直接關(guān)系。當(dāng)來流風(fēng)向角θ=45°時(shí)交叉口中心位置處的空氣交換率最大,最利于交叉口中心位置的污染物擴(kuò)散;而風(fēng)向角θ為0°和90°時(shí)中心位置處的空氣交換率最低,不利于污染物的擴(kuò)散。(3)風(fēng)向的改變會(huì)導(dǎo)致交叉口四條街道內(nèi)流場(chǎng)的變化,從而影響各街道內(nèi)污染物的擴(kuò)散。當(dāng)來流風(fēng)向角θ增加時(shí),街道一內(nèi)基本沒有污染物的擴(kuò)散;街道二內(nèi)的污染物濃度先減小后增大,當(dāng)風(fēng)向角θ=45°時(shí)污染物濃度最小;街道三內(nèi)的污染物濃度是隨著風(fēng)向角θ的增加不斷增大;街道四內(nèi)的則是一直減小,當(dāng)風(fēng)向角θ=90°時(shí)街道四內(nèi)基本沒有污染物的存在。對(duì)于風(fēng)向角θ=0°時(shí)的交叉口,偏移量△y的影響規(guī)律如下:(1)偏移量△y的變化對(duì)上風(fēng)向街道內(nèi)的空氣通量基本不產(chǎn)生影響;左側(cè)向街道和右側(cè)向街道內(nèi)的空氣通量基本隨著偏移量△y的增加而增大;下風(fēng)向街道內(nèi)的則是先降低后升高。(2)隨著偏移量△y的增加,交叉口中心位置處的空氣交換率也逐漸增大,污染物濃度隨之減少。當(dāng)偏移量△y=0.06 m(本文最大偏移量)時(shí),交叉口中心位置處的污染物擴(kuò)散效果最好。(3)偏移量△y對(duì)上風(fēng)向街道和下風(fēng)向街道內(nèi)的流場(chǎng)分布的影響很小,左側(cè)向街道和右側(cè)向街道內(nèi)的流場(chǎng)變化受其影響比較大,右側(cè)向街道內(nèi)的流場(chǎng)變化表現(xiàn)比較明顯。交叉口內(nèi)的污染物濃度分布受流場(chǎng)改變的影響也發(fā)生變化。隨著偏移量△y的增加,污染物由向下風(fēng)向街道內(nèi)擴(kuò)散逐漸轉(zhuǎn)向向右側(cè)向街道內(nèi)擴(kuò)散,右側(cè)向街道內(nèi)的污染物濃度逐漸增大,但變化幅度逐漸減弱。本次風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)選用雙線源污染物發(fā)放系統(tǒng),針對(duì)五種不同風(fēng)向(風(fēng)向角θ=0°、30°、45°、60°、90°)和三種不同建筑物偏移量(△y=0 m、0.03 m、0.06 m)分別進(jìn)行風(fēng)洞實(shí)驗(yàn),得到了每種工況下的污染物分布圖案。對(duì)比分析數(shù)值模擬和風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的污染物分布圖案,發(fā)現(xiàn)數(shù)值模擬和風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的結(jié)果定性一致,驗(yàn)證了數(shù)值模擬結(jié)果的正確,說明數(shù)值模擬具有可行性和可靠性。本研究的成果對(duì)于城市道路交叉口建筑布局、街道設(shè)置、城市交通規(guī)劃以及環(huán)境監(jiān)測(cè)中科學(xué)合理布設(shè)測(cè)試點(diǎn)位置等具有一定的參考意義。
【學(xué)位授予單位】：上海理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：X51;X169
【圖文】：

街道交叉口是城市道路當(dāng)中承載混合交通流的重要存在，通常是道路交問題最為集中的地方，和整個(gè)交通樞紐的正常運(yùn)轉(zhuǎn)息息相關(guān)[42]。街道交叉口中通污染物的對(duì)流擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)受到交叉口附近建筑物形狀和高度、來流風(fēng)向、交叉道路形式等條件的影響而愈加復(fù)雜[43]。由此可見針對(duì)街道交叉口內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)和染物擴(kuò)散建立數(shù)學(xué)模型是具有重大現(xiàn)實(shí)意義的[44]。交叉口是由兩條及兩條以上街道交叉而成[45]。街道交叉口形狀各異，特征各不相同。在 CFD 數(shù)值模擬過程中，通常根據(jù)街道交叉口的形狀分為十字交叉口X 型交叉口、T 型交叉口、Y 型交叉口、多路型交叉口和環(huán)形交叉口等幾種類型如圖 2-1 所示。(a) 十字交叉口 (b) X 型交叉口 (c) T 型交叉口

結(jié)果做對(duì)比驗(yàn)證。1 德國(guó)漢堡大學(xué)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)介紹物理實(shí)驗(yàn)在德國(guó)漢堡大學(xué)氣象學(xué)院的環(huán)境風(fēng)洞內(nèi)進(jìn)行。物理模型采用統(tǒng)例尺 1：200。在該街道交叉口風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中，利用熱膜風(fēng)速儀在兩個(gè)水平以及四個(gè)豎直采集流場(chǎng)數(shù)據(jù)，對(duì)街道交叉口處流場(chǎng)的分布情況進(jìn)行了詳盡的研究，并且些數(shù)據(jù)做出了街道交叉口處的流場(chǎng)分布圖。.1 風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)裝置如圖 3-1 所示，該風(fēng)洞由吸入噴嘴(收縮率為 16：1)、流動(dòng)矯直裝置、艾流發(fā)生器、流動(dòng)形成段、測(cè)試段、防渦流裝置和鼠籠式離心扇組成。該實(shí)裝有一個(gè)電子半導(dǎo)體開關(guān)控制系統(tǒng)的 DC 發(fā)動(dòng)機(jī)，可以使測(cè)試段的速度保15m/s 之間。邊界層模擬系統(tǒng)的正下游是 7.5m 長(zhǎng)的流動(dòng)發(fā)展段，后面為高 1 1.5m、長(zhǎng) 4m 的有效風(fēng)洞工作測(cè)試段。

第三章 交叉口內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)的 CFD 模型的驗(yàn)證與分析中空。對(duì)角的兩個(gè)建筑物設(shè)計(jì)了等腰直角三角形式的斜頂，斜頂垂直高度為 0.03m。建筑物之間的四個(gè)街道的寬度均為0.06m，下風(fēng)向的兩個(gè)建筑物發(fā)生0.06m的偏移，形成有偏移不規(guī)則交叉口。整個(gè)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室高度約為 1 m，寬為 1.5m，測(cè)試段的長(zhǎng)度為 4m。實(shí)驗(yàn)選擇參照風(fēng)速為 6m/s，雷諾數(shù)超過 3400，從而保證交叉口中的流動(dòng)與粘性效應(yīng)無關(guān)。風(fēng)向沿著 x 軸的正方向，垂直于 y 軸。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 周念清;楊一流;江思珉;;非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格化方法求解地下水流數(shù)值模型[J];勘察科學(xué)技術(shù);2016年01期

2 朱志夏;;非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格嵌套波浪數(shù)值模擬[J];上海交通大學(xué)學(xué)報(bào);2016年01期

3 齊賽;牛r

本文編號(hào)：2780367