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1、城市街道布局对大气流动与污染物扩散特征影响的数值模拟研究上海交通大学硕士学位论文城市街道布局对大气流动与污染物扩散特征影响的数值模拟研究姓名:汪立敏申请学位级别:硕士专业:动力机械及工程指导教师:王嘉松20000101城市街道布局对大气流动与污染物扩散特征影响的数值模拟研究摘要本文目的是通过数值模拟的方法揭示街道峡谷大气流动和污染物扩散特性以及不同街道峡谷布局对局地环境的影响,了解影响机动车污染物传输扩散的主要因素以期为城市环保、城市建设规划等提供科学依据。首先,系统地分析了街道峡谷研究的背景、现状,介绍了城市机动车排气污染物扩散的基本理论以及影响城市机动车排气污染物传输扩散的主
2、要因素。并对街道峡谷机动车排气污染扩散的物理过程进行了分析,建立了数值模拟计算的数学模型。其次,以风洞实验为参照物建立数值计算模型,利用软件,选用不同的差分格式(迎风、混合及调和QUICK格式)对街道峡谷进行数值模拟,并将计算结果与风洞实验结果相对比论证,结果表明调和QUICK格式可以得到较好的预测结果。该优选为城市街道峡谷的模拟计算,提供了较为可靠的数学模型。然后,利用优选模型模拟了不同街道布局,如对称街道峡谷、不对称街道峡谷以及非孤立街道峡谷的流场和污染物扩散的浓度场。研究表明:在对称街道峡谷中,虽然污染物的浓度会随着旋涡数以及漩涡方向变化而出现很大的改变,但总体看来,建筑物
3、高度的增加会使污染物难以扩散;在递降型不对称街道峡谷中,在HH大于等于临界值时,建12筑物附近的浓度要大得多,而且由于建筑物附近刚好靠近人行道,而污染物的分布大致位于行人的呼吸高度,所以对人体的危害尤其大。而递升型街道峡谷中,速度场以及浓度分布没有特别大的变化;在非孤立街道峡谷中,峡谷内的污染物浓度较孤立街道峡谷有明显增加,尤其是当上下游建筑物个数增加或是建筑物高度增加到临界点以上时,越不易于污染物的扩散。关键词:街道峡谷,湍流模型,差分格式,数值模拟,风洞实验-v-THENUMERICALSIMULATIONOFAIRFLOWANDPOLLUTANTDISPERSIONINUR
4、BANSTREETCANYONUNDERDIFFERENTSTREETLAYOUTSABSTRACTThispaperisaimedatpredictingtheairflowandpollutantdispersioninstreetcanyonsunderdifferentstreetlayoutsbyusingnumericalsimulation,andstudyingthemainfactorsthataffectthedispersionofvehicleexhaustedpollutants,soastoprovidescientificbasisforemissi
5、oncontrolling,trafficnetworkplanningandcitystreetplanningFirstly,thebackgroundandpresentstatusofstreetcanyonresearcharesystemicallyanalyzed,thebasictheoryandmainfactorsaffectingvehiclesemissiontransportationanddispersionarealsodiscussed.Thenthemathematicalmodelwassetupafteranalyzingthephysica
6、lprocessofpollutantsdispersioninstreetcanyonSecondly,inordertowellsimulatethefluidflowinurbanstreetcanyons,thenumericalmethodsareoptimizedbeforethesimulation:differentdifferencingschemesUpwind,Hybrid,HquickwereusedtopredictthevehicleexhaustedpollutantdispersioninanurbanstreetcanyonThepredicte
7、dresultswerecomparedwiththatofthewindtunnelexperimentHquickschemeisprovedtobethebestsinceitcangetthebestresultFinally,withtheoptimizeddifferencingscheme,urbanstreetcanyonswithdifferentlayoutsarealsostudiedintermsoftheflowpatternandthepollutan
