屋顶形状对街道峡谷内污染物扩散的影响

采用Spalart-Allmaras湍流模型,通过求解二维连续性方程,Navier-Stokes方程及污染物输运方程,模拟了具有不同屋顶形状的街道峡谷的流场及交通污染物浓度场.计算结果与风洞试验结果总体趋势一致.由于屋顶形状的不同,峡谷内的流场会形成顺时针或逆时针方向的旋涡,从而影响建筑物迎风面与背风面污染物浓度分布.在各种屋顶形状的街道峡谷中,壁面污染物浓度的相对大小与其附近的速度分布有直接关系.通过对街道峡谷建筑屋顶高度处垂直方向污染物通量的计算和比较,说明了不同屋顶形状的街道峡谷平均流扩散和湍流扩散的强弱,污染物湍流扩散通量值有可能为正或为负;同时,峡谷内剩余污染物浓度的大小表明了屋顶形状对污染物扩散出街道峡谷难易的影响.

街道峡谷内空气流动和污染物扩散研究

通过CFD数值模拟方法研究了街道峡谷中斜屋顶建筑在不同风速、不同开窗率时污染物流动与扩散的规律。模拟结果表明,斜屋顶街道峡谷中的空气涡流主要集中在背风面和迎风面的顶部,迎风面的污染物浓度指数远小于背风面的污染物浓度指数。提高风速和增大开窗率整个峡谷流动旋涡有减小和消失的趋势,街道峡谷中背风面的污染物浓度指数下降明显。开窗和提高风速有利于污染物的移除。

街道峡谷形态对污染物扩散的数值模拟

机动车排放的尾气污染物,在城市街道峡谷内的稀释扩散及分布特性,主要由街道内流动结构决定,而街道布局和结构对流动结构有重要影响。基于二维不可压缩流动的Navier-Stocks方程、污染物组分输运方程及标准k-?湍流模型,获取所构建模型的数值解。采用验证的模型参数,构建了9种2类高宽比H/W为1的二维城市街道截面形态构造,在来流平均风速为3 m/s情况下,研究了街道截面形态对机动车尾气污染物扩散传递的影响。结果表明:下沉式道路结构不会改变街道峡谷内主涡结构和污染物分布;随着下沉深度的增加,机动车道内污染程度将进一步加剧;廊道内污染物浓度分布受廊道高度的影响较大,其人行呼吸高度处背风侧附近污染物浓度值相对参考工况增加大约5%,廊道深度对街谷内污染物扩散影响不大。

高层建筑群对街谷内颗粒物扩散特性的影响

为了获得城市冠层内高层建筑群的高度变化对城市颗粒物污染的作用情况,采用大涡模拟方法研究了不同高层建筑群的街谷形状因子对街谷内空气流动与污染物扩散规律的影响。结果表明:在高层建筑群上方形成一个顺时针旋涡,旋涡中心位于城市峡谷内靠近高层建筑群背风处;随着街谷形状因子的增大,高层建筑群的滞留效应增强,导致高层建筑物上方的剪切层湍动能增强;当形状因子为2.5时,湍动能达到1.9 m^2·s^(-2),此时城市街谷内可吸入颗粒物的稀释扩散条件变差;在涡旋和气流夹带作用下,可吸入颗粒物浓度在垂直方向上分布具有明显的分层现象,大量可吸入颗粒物聚集于低建筑迎风面底部。不同街谷形状因子下街谷内空气流动与污染物扩散规律的探明将为有关部门制定相应规划提供参考。

屋顶形状对街道峡谷微环境影响的数值模拟研究

随着城市化的快速发展,城市下垫面引起城市微环境的变化越来越明显。建筑屋顶结构对城市微环境单一物理场(风场或温度场)的影响受到人们的广泛重视,而两种物理场的同步影响却被忽视。建立了一个数值模型用来研究建筑屋顶形状对街道峡谷微环境的影响,该模型主要包含两个子模型——计算流体力学模型和辐射模型。针对常见的4种屋顶形状和3种太阳入射角建立二维数值模型,通过风洞实验检验后,分析街道峡谷内的微环境。结果表明,模型能够较好地模拟城市微环境;平房屋顶建筑物更有利于减轻城市热岛效应,三角形屋顶构成的峡谷热岛效应最强,下斜屋顶建筑不利于迎风面热量的扩散。