城市地下道路污染物排放与扩散特性反问题研究

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1、硕士研究生学位论文城市地下道路污染物排放与扩散特性反问题研究学生姓名张浩学科、专业建筑与土木工程研究方向供热供燃气通风及空调工程郁文红（李志永）校外导师摄北方工业大学研究生院北方工业大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：；年月日学位论文使用授权书学位论文作者

2、完全了解北方工业大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北方工业大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许釆用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文（保密的学位论文在解密后适用于本授权书）。□保密论文注释：经本人申请，学校批准，本学位论文定为保密论文，密级：，期限年，自年月日起至年月日止，解密后适用本授权书。“非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。本人签名：為於日期：力年叫丨

3、导师签名：拿本；也曰期年北方工业大学硕士学位论文城市地下道路污染物排放与扩散特性反问题研究摘要随着城市交通量日益增长，城市地下道路已经成为缓解城市平面交通的重要手段。由于地下道路空间压抑，机动车排放污染物不易扩散、且主要通过出口或高塔排放到大气环境中，位于城市中心区地下道路污染物的排放和扩散水平将直接影响周边居住区、行政办公或商业区的环境质量。因此研究并预测城市地下道路污染物扩散模式对城市地下道路设计具有指导意义。城市地下道路空气质量预测建模及计算，通常需要给定相应的浓度初始条件、边界条件和物理参数来求解，这也是所谓的污染物扩散计算的

4、正问题。其反问题则指的是根据污染物实测结果来计算未知的初始条件、边界条件或者物理参数。在控制理论中，这些未知的求解对象称为控制变量，相应的反问题称为控制问题。实测资料蕴含着丰富的污染物扩散过程信息，如果有模型可以在运用动力方程分析时，有机地提取实测信息中的有用信息、并用于污染物散分析与预测，那么就有可能提高模型的计算能力，求出与实际最为吻合的“真实”污染物浓度分布。基于这一想法，本文在反问题的框架内，基于偏微分方程最优化控制理论，建立关于浓度初始条件、边界条件和物理参数等控制变量的污染物扩散反问题的动力模型，通过动力模型和实测信息的融

5、合以改进浓度初始条件、边界条件和物理参数的准确性。本文首先对上海市延安东路隧道及长沙市营盘路隧道进行了实验研究。测试了沿机动车行驶方向隧道内质量浓度分布，分析了交通特征、隧道内外空气状态（温度、风速）、周围环境质量、以及隧道结构特征（坡道、岔道）等因素对机动车排放特性的影响规律。其次在反问题的框架内，基于偏微分方程最优化控制理论，建立了融合动力模型和观测信息的地下公路隧道污染物对流扩散反问题的计算模型，并给出了模型求解方法。以对流扩散方程中的源项为例进行了反演计算，并利用反演计算出的源项对污染物浓度进行了预测。研究表明，与传统的正问题

6、模型相比，反问题模型反演计算得到的源项可以动态的反映隧道内车流量、车速、排放特性等因素的综合影响，并且计算得到的污染物浓度场精度更高。应用该方法，通过有效的对各类污染物观测资料进行客观利用，可以识别一些不确定参数，从而可以更好地实现对污染物浓度分布的分析与预测。最后，本文利用反问题计算得到的隧道内污染物源项，结合道路内机动车流量、车型比例、道路几何形状计算了隧道内机动车单车排放因子。探索了本文提出的反问题模型在实际中的应用方法。关键词：城市地下道路；污染物排放与扩散；反问题；最优控制理论；排放因子北方工业大学硕士学位论文，，北方工业大

7、学硕士学位论文，，，，，，，，：，北方工业大学硕士学位论文目录绪论：选题研宄背景及意义课题研究背景课题研宄意义正问题研宄现状反问题研宄现状研究内容城市地下道路道路实验研究实测地下道路概况实验设置交通风速变化特征本章小结污染物扩散正问题模型建立及求解污染物扩散正问题模型建立污染物扩散正问题模型求解边界条件方程的离散污染物源项计算污染物扩散系数本章小结污染物扩散反问题模型建立及求解污染物扩散反问题模型建立污染物扩散反问题模型求解正、反问题模型计算结果对比上海市延安东路隧道长沙市营盘路隧道本章小结地下道路单车排放因子计算北方工业大学硕士学位

8、论文排放因子计算方法上海市延安东路隧道排放因子长沙市营盘路隧道排放因子本章小结参考文献附录申请学位期间的研宄成果及发表的学术论文北方工业大学硕士学位论文绪论选题研究背景及意义课题研究背景近年来，由于我国国民经济的快速增长