溫度對住宅區氣體污染物擴散的影響

岳紅蕾

摘要溫度在氣體污染物擴散的過程中起一定的作用。在現實生活中，由于日曬和地表輻射的存在，使得地面、建筑物外表面都與空氣存在一定的溫差。溫差的存在會改變地表及壁面附近的流場，從而對住宅區污染物的擴散產生影響。利用理論推導對熱力因素及擴散因素的關系進行了研究，并且與數值模擬的試驗結果進行比較。結果發現理論推導與試驗結果整體趨勢相一致。這表明在與無溫差情況相比較，溫差存在時，地表及壁面附近流場更加紊亂；溫差與氣體污染物的擴散具有正相關性，對住宅區污染物的稀釋起積極作用。

關鍵詞溫度；住宅區；氣體污染物；理論推導；數值模擬

中圖分類號S181.3文獻標識碼A文章編號0517-6611（2014）21-07159-02

Impact of Temperature on Diffusion of Gaseous Pollutants in Residential Area

YUE Honglei（School of Mechanical and Electrical Engineering， Chongqing Jiaotong University， Chongqing 400074）

Abstract Temperature plays an important role in the diffusion of gaseous pollutants. In real life， air temperature is different with the air temperature close to the ground and the air near outer surface of the buildings owing to the radiation of the sun. Temperature differences alter the flow field near the wall surface and ground， thus having an impact on the diffusion of pollutants in residential areas. The relationship between thermal diffusion factors and diffusion coefficients were studied by theoretical analysis. Compared with the result of the numerical simulation they turn out to be identical. The result showed that： when temperature differences exist， the flow field near the ground and the walls of buildings is more disordered； the temperature difference has a positive correlation with the diffusion of gaseous pollutants， it plays a positive role in diluting gaseous pollutants of residential areas.

Key words Temperature； Residential area； Gaseous pollutants； Theoretical derivation； Numerical simulation

由于中國工業的迅速發展和城鎮化的推進，機動車輛的數目不斷攀升，給城市居民的生活造成不利影響。所以，許多學者研究了城市街道峽谷的氣體污染物的擴散[1]，也有一部分學者研究了住宅區的情況，但是這些研究很少考慮到溫差的存在[2-3]。一般情況下，城市路面和空氣會有較大溫差存在；住宅區地面部分由綠地覆蓋，溫差相對較小，總體來說溫差在5～20 ℃[4]。由于住宅區建筑密集，多壁面溫差的存在給整個流場產生很大的影響。該研究將對溫度變化時污染氣體的擴散進行研究。

1理論推導溫度與傳熱系數的關系

1.1理論基礎利用Kihara的第一相似理論和查普曼理論，可以推導出擴散系數和溫度的關系式，這個關系式適用于常溫到2 000 K的溫2.3模擬結果與結論由圖2可以看到，在一排建筑前后側都存在一個湍流漩渦，但是這些漩渦的大小不一。由于建筑物的遮擋作用，污染物在建筑群內堆積。由圖3可見，建筑第一排、第二排都有明顯的湍流漩渦，整個建筑區的污染物擴散區域擴散，濃度降低。相比較無溫差情況下，有溫差時，由于浮升力對氣體污染物的抬升作用，使得整個區域的湍流運動更加劇烈；主渦旋流場的尺度也有所增大，氣流的起伏增強；對于整個建筑區而言污染物濃度有所下降。

圖2無溫差時住宅區污染物濃度分布圖3溫差為3 ℃時住宅區污染物濃度分布3結論

（1）當地表及壁面附近無溫差作用時，氣溫層處于穩定狀態，對于污染氣體的流動有阻礙作用[4]；在居民區建筑群中湍流強度相對較小，在建筑物的前方及后方會產生一個尺寸較小的湍流漩渦；對于縱剖方向上，建筑后污染物擴散偏離地面較低，稀釋效果相對較差。

（2）當地表及壁面附近有溫差時，由于溫度產生的浮升力作用，氣溫層不穩定，從而促進氣體污染物的擴散[3]；與無溫差相比，住宅區建筑群中的湍流強度增大，湍流漩渦的數目和尺寸增大；在縱剖方向上，地表附近的污染物濃度降低，前后建筑間的污染物濃度也降低，從而使住宅區建筑環境得到改善。

（3）理論研究與數值模擬結果整體一致[12-13]，表明溫差的存在有利于污染氣體傳遞到建筑群外。

參考文獻

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