基于多孔介質(zhì)模型的城市濱江大道風(fēng)環(huán)境數(shù)值模擬研究.pdf

1、目前，對(duì)于城市道路交通產(chǎn)生的環(huán)境問(wèn)題，大都以整個(gè)城市為宏觀目標(biāo)來(lái)考察，研究停留在污染源數(shù)量控制，減少出行，燃料更新、機(jī)動(dòng)車尾氣治理對(duì)策研究等方面。2002年，建設(shè)部部長(zhǎng)汪光燾提出交通容量和環(huán)境容量應(yīng)結(jié)合考慮，但對(duì)于如何通過(guò)建筑密度的調(diào)整、建筑高差的改變、城市道路交通設(shè)施的建設(shè)等來(lái)優(yōu)化環(huán)境、控制污染的研究仍處在探索階段，采用數(shù)值方法深入、詳細(xì)地分析城市濱江大道風(fēng)環(huán)境，國(guó)內(nèi)外尚未見(jiàn)報(bào)導(dǎo)。針對(duì)這一現(xiàn)狀，論文基于多孔介質(zhì)模型對(duì)城市濱江大道風(fēng)環(huán)境

2、進(jìn)行數(shù)值模擬研究，提出城市濱江大道可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃的有關(guān)協(xié)調(diào)判據(jù)、協(xié)調(diào)模型、定量指標(biāo)等理論和方法。全文共五章，研究的主要內(nèi)容有： (1)、針對(duì)市政道路兩側(cè)構(gòu)筑物多，計(jì)算工作量大的特點(diǎn)，本文以計(jì)算機(jī)模擬作為最佳化設(shè)計(jì)工具，對(duì)市政道路兩側(cè)的眾多建筑、道路進(jìn)行參數(shù)化處理，擴(kuò)展設(shè)計(jì)條件范圍，將市政道路及兩廂建筑群考慮成具有動(dòng)量匯的多孔介質(zhì)，并在此基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并結(jié)合大氣邊界層風(fēng)速對(duì)數(shù)廓線分布規(guī)律，開(kāi)發(fā)了外部接口程序，建立了城市濱

3、江大道風(fēng)環(huán)境的數(shù)值模擬模型。 (2)、突破以往以污染源數(shù)量控制，燃料更新研究的局限性，首次將城市濱江大道風(fēng)環(huán)境視為與城市道路交通設(shè)施的建設(shè)、城市布局的調(diào)整、空氣流動(dòng)、輻射強(qiáng)度及建筑群、污染源等因素有關(guān)的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，對(duì)城市濱江大道風(fēng)環(huán)境進(jìn)行了系統(tǒng)定量分析。 (3)、用本文建立的城市濱江大道風(fēng)環(huán)境的數(shù)值模擬模型，經(jīng)過(guò)反復(fù)模擬計(jì)算，從模擬仿真結(jié)果中提煉出能充分反映不同流速、來(lái)流角度、建筑高度、建筑密度、污染物濃度、街道布局等規(guī)劃

4、方案中城市濱江大道風(fēng)環(huán)境氣流組織數(shù)值模擬結(jié)果，建立了一套正確的城市濱江大道風(fēng)環(huán)境數(shù)值模擬基本計(jì)算方法。并使解析結(jié)果：某城市濱江大道空氣溫度、風(fēng)速、有害氣體濃度分布等更直觀地展示給用戶，利于非專業(yè)人士通過(guò)形象的圖形和動(dòng)畫等了解城市濱江大道風(fēng)環(huán)境狀況，為其進(jìn)行決策提供明確的結(jié)論和科學(xué)指導(dǎo)依據(jù)。從本文數(shù)值模擬得到的速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)、耗散率分布、湍動(dòng)能分布、濃度場(chǎng)來(lái)看： ①隨著來(lái)流速度的增加城市濱江大道污染物的濃度擴(kuò)散得到加強(qiáng)；

5、②近地面汽車尾氣在大氣中的擴(kuò)散速率在高風(fēng)速下明顯要比低風(fēng)速快； ③當(dāng)風(fēng)速方向與街道方向一致時(shí)，即城市主干道與當(dāng)?shù)厥⑿酗L(fēng)向平行時(shí)，可提高道路汽車排放污染物的擴(kuò)散能力，污染濃度降低，但污染物在街道的下風(fēng)向累積嚴(yán)重，不利于污染物的局部擴(kuò)散，造成局部地區(qū)的濃度值嚴(yán)重超標(biāo)。當(dāng)風(fēng)速方向與街道方向呈90°夾角的時(shí)候，污染物局部擴(kuò)散得到明顯改善，但是它對(duì)沿著街道周圍建筑群的影響范圍變大，不易造成局部的濃度超標(biāo)。另外，在斜交風(fēng)作用下，街道內(nèi)的污染

6、物濃度雖然是由平行風(fēng)與正交風(fēng)共同作用的結(jié)果，卻并不是簡(jiǎn)單的疊加。因此，在城市復(fù)雜的地形及建筑物的影響下，汽車排放污染模式不能采用簡(jiǎn)單的投影原理。 ④建筑群的高度對(duì)污染物濃度擴(kuò)散影響顯著，隨著建筑群高度的增加，污染物濃度隨著高度變化總體趨勢(shì)減小。建筑群高度在6m～10m變化時(shí)(高度變化約67％)，濃度值變化不大，最大約為8％。但是當(dāng)建筑群高度從10m變化到20m時(shí)(高度變化約100％)，濃度值變化相對(duì)較大，最大約為24％。市區(qū)高層

7、建筑物對(duì)城市汽車排放污染物的擴(kuò)散極其不利。因此，必須嚴(yán)格控制城市道路污染物的排放量，當(dāng)污染有害物濃度超出大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，必須限制本地街道的車流密度這一可能重新形成環(huán)境超標(biāo)的“軟”瓶頸，這對(duì)于城市道路交通規(guī)劃與管理是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。 ⑤建筑密度對(duì)污染物濃度擴(kuò)散影響也十分明顯，隨著建筑密度增大，污染物濃度值增大。在高度Y=6.0m時(shí)，建筑密度為60％與建筑密度為40％相比，濃度最大值(近地面處)增大了10.6％，而與建筑密度

8、為20％相比，濃度變化增大了26.6％。對(duì)于其它高度時(shí)的情況與Y=6.0m時(shí)的情況基本一致。 ⑥不同污染物濃度擴(kuò)散影響進(jìn)行分析，結(jié)果表明當(dāng)污染源強(qiáng)增大或者減小時(shí)，各個(gè)位置上的污染物濃度呈線性變化關(guān)系。對(duì)不同街道寬度污染物濃度進(jìn)行分析，分別考慮了街道寬度增加時(shí)的兩種情況：a單位體積污染源源強(qiáng)不改變；b污染源總量不變。發(fā)現(xiàn)當(dāng)污染源源強(qiáng)不變時(shí)，污染物濃度增大；污染總量不變時(shí)，污染物濃度減小。 數(shù)值模擬結(jié)果符合一般物理規(guī)律，說(shuō)明

9、本文基于多孔介質(zhì)模型的城市濱江大道風(fēng)環(huán)境數(shù)值模擬研究是正確的。 (4)、將風(fēng)洞測(cè)試流場(chǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行比較，比較結(jié)果表明：兩者在速度場(chǎng)和耗散率場(chǎng)上吻合較為一致，在湍動(dòng)能場(chǎng)差別也仍在可接受的范圍內(nèi)。進(jìn)一步驗(yàn)證了本文基于多孔介質(zhì)模型的城市濱江大道風(fēng)環(huán)境數(shù)值模擬研究的正確性。 基于多孔介質(zhì)模型的城市濱江大道風(fēng)環(huán)境數(shù)值模擬研究為今后工程建設(shè)建筑高度、建筑密度等的政策控制提供了設(shè)計(jì)依據(jù)；為選擇合理的建筑、街道布局設(shè)計(jì)提供