街道峽谷內(nèi)氣流運動與污染物擴散研究.pdf

1、研究旨在揭示機動車排放在城市街道峽谷內(nèi)的基本擴散過程及其影響因素，以便更加準確地預測機動車排放污染物的危害，給城市設計規(guī)劃工作者提供有益的參考，在城市布局規(guī)劃中更多地考慮機動車排放污染物擴散規(guī)律，以減小其對人類的危害。研究主要從街道峽谷幾何布局、日光照射產(chǎn)生的熱效應以及運動車輛產(chǎn)生的機械湍流等影響因素著手，利用計算機模擬技術和現(xiàn)場測試研究了機動車排放物在市區(qū)街道峽谷內(nèi)的傳輸和擴散規(guī)律，得到一下有利的結論： 1.根據(jù)參數(shù)背風面建筑

2、物高度與街道寬度比率H1/W和背風面建筑物高度與迎風面建筑物高度比率H1/H2判斷峽谷中流場結構以及污染物擴散特征，提出將H1/W為橫坐標軸H1/H2為縱坐標軸的區(qū)域劃分為三個不同的區(qū)域。區(qū)域Ⅰ，峽谷中流場結構為兩個方向相同的漩渦，峽谷內(nèi)背風面的污染物濃度高于迎風面。區(qū)域Ⅱ，峽谷內(nèi)產(chǎn)生一個順時針方向的主漩渦，同時峽谷與街道的角落處產(chǎn)生一個或兩個與主漩渦方向相反的較小弱漩渦，污染物在主漩渦的作用下在背風面產(chǎn)生積累。區(qū)域Ⅲ，多漩渦結構，峽谷

3、內(nèi)為兩個或三個漩渦，峽谷內(nèi)的污染物濃度較高，特別是三個漩渦結構的流場，在峽谷下部人行道水平產(chǎn)生了很強的掩體效應形成污染物的高濃度區(qū)。 2.建筑物頂部結構以及周圍建筑物的結構是影響街道峽谷中流場及污染物擴散的重要因素之一，選擇合理的屋頂形狀以及周圍建筑物的結構對于街道峽谷內(nèi)污染物的擴散可以起到促進作用。街道兩側建筑物出現(xiàn)間斷缺口利于街道峽谷內(nèi)的污染物擴散，背風面建筑物不連續(xù)出現(xiàn)缺口時街道峽谷內(nèi)污染物濃度較低，且對兩側街道影響較??；

4、迎風面建筑物不連續(xù)而出現(xiàn)缺口時，對相鄰街道影響小，但峽谷內(nèi)污染物濃度相對較高；兩側建筑都出現(xiàn)缺口時街道峽谷內(nèi)的污染物濃度最低，但對上下游街道影響較大。 3.日光照射建筑物壁面或街道地面時，受熱面附近的空氣與街道峽谷內(nèi)空氣產(chǎn)生溫差，同時峽谷內(nèi)外也會產(chǎn)生溫差。溫差在受到日光照射的壁面附近產(chǎn)生很強的浮升力，浮升力產(chǎn)生的空氣運動與不考慮熱效應時的機械湍流產(chǎn)生的空氣運動共同決定峽谷內(nèi)的流場結構和污染物擴散。高寬比等于1的對稱結構街道峽谷，

5、當日光照射到迎風面建筑物時，浮升力產(chǎn)生的空氣運動與機械湍流產(chǎn)生的空氣運動方向相反，峽谷內(nèi)形成兩個方向相反的漩渦，峽谷內(nèi)的污染物在迎風面積累；地面受熱在風速較小時峽谷下部靠近迎風面處形成一個逆時針漩渦，峽谷的上部和靠近背風面處形成兩個未分離的同向順時針漩渦，迎風面污染物濃度高于背風面；背風面受熱產(chǎn)生的上升氣流與機械湍流產(chǎn)生的運動方向一致，峽谷內(nèi)運動增強，污染物濃度降低。對于典型非對稱街道峽谷而言，遞升型峽谷，日光照射背風面和地面時，浮升力

6、增強了峽谷內(nèi)原有的單漩渦運動，峽谷內(nèi)污染物濃度降低；但當迎風面受熱時，在迎風面靠近街道的地方會產(chǎn)生一個與主漩渦運動方向相反的較小漩渦，由于這個小漩渦的干擾，峽谷內(nèi)污染物濃度有所升高。遞降型峽谷，日光照射到迎風面和地面時，向上的浮升力增強了峽谷下部逆時針漩渦，峽谷內(nèi)的污染物擴散得到增強；日光照射到背風面時，峽谷上部的漩渦增大，而下部的漩渦收縮，污染物向迎風面和背風面兩側同時擴散。 4.溫差和風速是影響街道峽谷內(nèi)熱效應的重要因素，低

7、的風速和高的溫差產(chǎn)生顯著熱效應。熱效應產(chǎn)生的流場變化可以根據(jù)參數(shù)Gr/Re2來評估，以高寬比等于1的對稱結構街道峽谷為例，迎風面受熱時，如果參數(shù)Gr/Re2＞2，峽谷內(nèi)的流場結構被分裂為兩個方向相反的漩渦，污染物在迎風面積累；地面受熱時，如果參數(shù)Gr/Re2＞4，浮升力將峽谷內(nèi)的空氣運動被分裂為多漩渦結構，背風面附近的漩渦與峽谷上部的漩渦耦合為一個未分離的漩渦，污染物同樣在迎風面產(chǎn)生積累。 5.汽車在行駛中，氣流在車頭部位向上部

8、和側面分流，分流的氣流最后匯入尾流，污染物在車輛前方區(qū)域產(chǎn)生積累，同時在車輛上部以及側面漩渦的帶動下向車輛上方以及兩側區(qū)域擴散。當上層大氣具有一定風速，風速較大時，峽谷中的氣流運動及污染物擴散主要受屋頂風在峽谷內(nèi)形成的漩渦的影響，在主漩渦的作用下污染物向背風面擴散，但峽谷下部氣流和污染物擴散受到運動車輛的影響；隨著風速減小，車輛運動的街道峽谷內(nèi)氣流運影響越加明顯。街道內(nèi)各點的氣流運動都隨車輛的接近、經(jīng)過和遠離呈周期性變化，周期長短與車流

9、密度成反比；車流密度增大會使車輛運動產(chǎn)生的機械湍流對于街道峽谷下部空間氣流運動影響越大，對應污染物擴散運動越強。 6.通過實地測量發(fā)現(xiàn)，峽谷內(nèi)CO污染物濃度受風速、風向、車流量影響。街道兩側人行道呼吸帶高度CO污染物濃度都與車流量呈顯著的相關性；靜風時峽谷內(nèi)CO濃度明顯升高，而且街道兩側CO污染物濃度大小幾乎沒有差別；風向垂直于街道時，背風面CO污染物濃度大概是迎風面的2～3倍。街道峽谷內(nèi)的污染物無論是在迎風面還是在背風面，都存