機動車尾氣在街谷中分布規(guī)律及其對建筑環(huán)境的影響.pdf

1、隨著汽車保有量的增加，在世界范圍內，交通污染物排放引起的空氣質量惡化已經成為困擾當今城市的主要環(huán)境問題。機動車尾氣的大量散發(fā)必然對街道周邊建筑室內環(huán)境產生影響。因此，有必要對交通污染物的分布規(guī)律及其向室內環(huán)境的傳遞過程進行深入探討。
　　本文以街道峽谷這一典型城市微尺度環(huán)境作為研究對象，圍繞街道峽谷環(huán)境內交通污染物的擴散、分布規(guī)律及其對建筑環(huán)境影響這一主線，開展了如下工作。
　　本文首先利用風洞實驗結果，通過二維街道峽谷內污

2、染物擴散和三維建筑繞流兩個算例，討論了標準k-ε模型、RNG k-ε模型、Realizable k-ε模型和RSM模型四種常用RANS湍流模型在本文問題中的適用性。通過比較，認為RNG k-ε模型最為適于本文研究的問題。
　　采用CFD模擬方法，本文對空氣動力因素和熱力因素對街道峽谷內氣流結構及交通污染物分布特征的影響進行了討論。
　　對街道峽谷幾何結構、來流風向等空氣動力因素的研究表明，如下幾種街道峽谷布局有利于減少交通污

3、染物在街谷人員停留區(qū)域內的駐留時間：
　?。?）街谷高寬比小于1.6；
　　（2）街谷長寬比小于3；
　　（3）峽谷周邊建筑呈下降型排布（即在氣流運動方向上，建筑高度逐漸降低）。
　　同時，研究結果顯示，在城市規(guī)劃中應避免街道峽谷軸線與當地主導風向垂直。而街谷周邊建筑采風口位置的選取主要受街谷長寬比的影響。當街谷長寬比大于5時，臨街建筑將風口設置在背街側可最大限度減小交通污染物對室內環(huán)境的影響；當街谷長寬比小于5

4、時，街道周邊建筑則應將采風口設置在建筑屋頂處。
　　在研究熱力因素對街谷內氣流運動及污染物濃度分布影響時，由于直接采用CFD模型進行風、溫耦合計算，所需計算量過大，因此本文首先建立了一個計算量較小的街道峽谷熱環(huán)境預測模型來預先獲得街谷壁面溫度。然后將其作為邊界條件代入CFD模型，通過CFD模型計算街谷內溫度、風速、污染物濃度的空間分布。通過這種方法可以在CFD模型計算中將街谷壁面溫度與街谷內空氣溫度和氣流運動解耦，從而極大地減小了

5、計算量。
　　本文以熱平衡原理及大氣邊界層理論為基礎，建立了街道峽谷熱環(huán)境預測模型。該模型綜合考慮了對流換熱、建筑對太陽輻射的遮擋、建筑表面與路面間的輻射與反射和人為散熱對當地熱環(huán)境的影響。在處理對流換熱因素時，與現有同類模型相比，本文模型采用三維模型而不是目前常用的一維模型計算街谷壁面處風速，從而提高了對流換熱過程的計算精度。同時，模型中給出了街道峽谷內部與頂部大氣邊界層間傳熱阻力的計算公式，并通過經典的大氣邊界層動力學模型，實

6、現了不同大氣穩(wěn)定度下街道峽谷與大氣近地層間的熱量交換模擬。
　　通過哈爾濱市某街道峽谷的實地測量，對模型預測結果進行了驗證。與實測結果的對比表明，本文模型可以較好的預測街道峽谷壁面溫度，從而為熱浮力作用下街谷風環(huán)境及污染物擴散模擬打下了基礎。由于本文模型較CFD模型在運算所需時間上具有明顯的優(yōu)勢，因此也可以用于城市熱環(huán)境的長期動態(tài)分析。
　　通過上述模型與CFD模型的聯合計算，本文討論了街道峽谷頂部風速為2m/s和1m/s兩

7、種情況下，夏季典型日內熱浮力作用對街道峽谷內氣流運動及污染物分布特征的影響。計算結果顯示，當街道峽谷頂部風速較小時，熱浮力作用對街道峽谷換氣率、街谷內氣流結構及交通污染物分布均有顯著影響。研究結果同時顯示，目前多數數值模擬及風洞實驗研究中僅考慮某一單獨壁面（如路面或迎風面）受熱的簡化處理方法不能真實反映實際街谷內熱浮力作用對氣流運動及污染物分布的影響。
　　最后，為了研究室外交通污染物對臨街建筑室內環(huán)境的影響，本文提出了以街道峽谷