14、城市街道峡谷不同形状建筑物对污染物扩散影响的数值模拟

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1、城市街道峡谷不同形状建筑物对污染物扩散影响的数值模拟陈宗芳王亮傅强（解放军理工大学理学院流体力学研究中心，江苏南京，211101）摘要：应用计算流体力学（CFD）软件FLUENT，采用标准k-ɛ模型对城市内建有方顶型和三角顶型这两种不同顶部形状建筑物的街道峡谷内的气流运动和污染物扩散进行了数值模拟，重点对比分析了街道峡谷内不同形状屋顶建筑物对污染物扩散的影响。计算表明：相同来流条件下，三角顶型建筑物的街道峡谷内背风面和迎风面的污染物浓度均小于方顶型建筑物的街道峡谷内的相应值，它对建造和配置街道的建筑物外形是有指导意义的。关键词：FLUENT；街道峡谷；污染物扩散；湍流模型；数值

2、模拟NumericalSimulationofPollutantDispersionwithinUrbanStreetCanyonswithDifferentBuildingShapeChenzong-fangWangLiangFuQiang(ResearchCenterofFluidMechanics,InstituteofScience,PLAUST,Nanjing211101,China)Abstract:NumericalsimulationwasperformedusingFLUENTmodelofCFDsoftware,standardk-ɛmodelisusedt

3、osimulatetheairflowandpollutantdispersioninsidequadrateanddeltoidalurbanstreetcanyon.Pollutantdispersionisaffectedbycomparingthebuildingroofwithdifferentshapes.Numericalresultsshowthatthepollutantconcentrationsofleewardsideandwindwardsideinquadrateurbanstreetcanyonwerealllowerthanthoseindelt

4、oidalurbanstreetcanyon,whichissignificanttoconstructanddisposeshapesofbuildings.KeyWords:FLUENT；urbanstreetcanyon；pollutantdispersion；turbulencemodel；numericalsimulation一、引言近年来，汽车尾气已成为影响城市空气质量的主要污染源，汽车尾气污染物的扩散研究是城市大气污染研究的主要内容。而且随着汽车数量的急剧增加，其在城市大气污染中所占的比率也会越来越大，因此街道峡谷内汽车排放污染物的扩散已成为当今环境研究中的一个[

5、1]热点问题。[24]−[57]−对于城市街道峡谷内污染物扩散研究，可采用现场测试、风洞试验和CFD数值模拟来展开。与现场测量和实验模型法相比，数值模拟法成本低且周期快，因此目前数值模拟法已成为城市道路汽车尾气扩散研究的主要手段。特别是自上世纪90年代以来，随着科学计算、计算机技术以及空气动力学的发展，CFD已被愈来愈多的学者用于模拟街道峡谷内的气流运动和污染物扩散分布。[5,8]德国学者Meroney等人的风洞试验将街道峡谷分为开放环境街道峡谷和城市街道峡谷。其中城市街道峡谷对应于一大片空地上存在多行平行的、两边存在建筑物的街道，其中[9]中间的峡谷为城市环境街道峡谷。基于此

6、城市街道峡谷物理模型，黄远东等人采用7种不同湍流模型对城市街道峡谷内的气流速度场和污染物浓度场进行模拟，然后将数值模拟结果与风洞试验数据进行了对比分析，得出标准k-ɛ模型是最适合预测峡谷内污染物扩散分布的湍流模型。【】10艾唐伟等认为用Matlab程序．并选取适当的气体扩散模型，对危险气体的扩散进行模拟和分析，不仅可以快速精确完成复杂的计算和分析，输出对应数据图形．使得安全工作【】11者直观和便捷地熟悉事故情况，及时作出决策。李剑锋等针对类似开县井喷的毒气扩散事故，研究山地地形条件下如何合理选择湍流模型对重气扩散进行大范围数值模拟。黄琴等【】12运用CFD软件Fluent中的标

7、准双方程湍流模型，对重气瞬时和连续泄漏的扩散进行了模拟，以预测重气扩散过程中参数的变化，计算表明:Fluent对于连续泄漏源的扩散模拟结果最为准确。但在上述研究中，模拟的街道峡谷往往是形状比较简单的理想模型，而在实际街道峡谷中两侧建筑物形状往往比较复杂。基于此，本研究应用FLUENT软件，采用标准k-ɛ模型，通过改变城市街道峡谷内建筑物屋顶形状，对气流浓度场进行模拟，然后将数值模拟结果与文献【9】的结果进行对比分析。二、控制方程与数值模拟1、气流运动控制方程采用二维不可压流动的N-S方程和标