主導(dǎo)風(fēng)向?qū)Σ煌叨冉ㄖ止冉煌ㄎ廴疚飻U(kuò)散的影響研究

李 順 李曉莉 吳思潔 高 航 戰(zhàn)乃巖＊

（1．吉林建筑大學(xué)市政環(huán)境與工程學(xué)院，吉林 長春130118；2．吉林建筑大學(xué)應(yīng)急科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 長春130118）

0 引言

在過去幾十年中，隨著我國城市現(xiàn)代化的步伐越來越快和機(jī)動車數(shù)量的急速增加，以及機(jī)動車污染物的排放使得我國城市街道環(huán)境污染日益嚴(yán)重，空氣質(zhì)量逐漸惡化。與交通有關(guān)的污染物也越來越受到人們的重視，空氣質(zhì)量問題已成為大多數(shù)大城市的關(guān)注重點(diǎn)。在城市的街道峽谷中車輛的廢氣排放對當(dāng)?shù)鼐用竦慕】涤兄苯拥挠绊憽?這些空氣污染物主要有一氧化碳（CO）、可吸入顆粒物、氮氧化物（NOx）和其他揮發(fā)性有機(jī)化合物等。這些污染物已被證明與居民產(chǎn)生的各種疾病有關(guān)[1-3]。因此，了解街道峽谷交通污染物的分散情況對于城市居民的健康是必不可少的一個因素。

S.Rafailidis[4]研究發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致城市街道峽谷的污染“高居榜首”的最主要原因是穩(wěn)定的分層。這種變化是由于建筑物屋頂?shù)牟煌螤睢⒓t嬌[5]等人和王繼武[6]等人研究發(fā)現(xiàn)不同風(fēng)速和不同開窗率下街道峽谷中坡屋頂建筑內(nèi)污染物的流動和擴(kuò)散，結(jié)合杭州市中山路的形狀，從三維角度分析和研究了杭州市中山路內(nèi)部污染物的擴(kuò)散和分布。

綜上所述，汽車尾氣污染物在城市街道峽谷中擴(kuò)散和流場已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。但是關(guān)于不同高度的建筑布局街谷污染物擴(kuò)散研究并不廣泛。因此，對不同高度的建筑物街谷交通污染物擴(kuò)散影響進(jìn)行了研究。

1 物理街道峽谷模型

1．1 物理模型

將城市的建筑物高度劃分為四種類型如表1所示，建筑高度分別為10~40 m，建筑長度為60 m。如圖1所示，以上升型街道峽谷模型的俯視圖為例，模型主要分為建筑物、污染源和計(jì)算域三大區(qū)域，從模型俯視圖中可看出四座建筑物的間距均為H，計(jì)算域入口到建筑物A的距離為8H、建筑物D至計(jì)算域出口的距離為15H。模型中汽車尾氣CO被視為污染源，污染源位于目標(biāo)街谷正中間，其長寬高分別為60 m×10 m×0.6 m。域計(jì)算精度。經(jīng)過網(wǎng)格獨(dú)立性的檢驗(yàn)，經(jīng)過多次模擬調(diào)試后，上升型、下降型街谷網(wǎng)格總數(shù)約為367萬；凹字型和凸字型的街谷網(wǎng)格總數(shù)分別約為263萬和222萬。

表1 不同類型街道峽谷參數(shù)

圖1 上升型街道峽谷俯視圖

1.2 邊界條件

模型計(jì)算區(qū)域采用ICEM-CFD對二維模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分生成邊界層網(wǎng)格，這種劃分能夠精準(zhǔn)地模擬街道峽谷內(nèi)流場形和污染物的擴(kuò)散，提高研究區(qū)

2 結(jié)果與討論

圖2為建筑中心剖面在四種不同街谷布局下的流速分布圖。從上升街谷模擬圖形中可看出來流風(fēng)越過建筑物A在其后建筑街谷中形成3個氣流漩渦。隨著建筑高度不斷增加，氣流漩渦中心處也不斷增加，在目標(biāo)街谷所形成的氣流漩渦也變得更加寬大。由下降街谷模擬圖可看出當(dāng)來流風(fēng)越過最高建筑物A后風(fēng)速逐漸降低，在其后的街道峽谷中形成大小異同的氣流漩渦，且目標(biāo)街谷所形成的漩渦與其他兩個相比較大，聚集的氣態(tài)污染物也較多。在凹字型街谷可以看到來流風(fēng)越過建筑物A后在建筑物B上方有回流，且在第一個街道峽谷上方形成一個較小氣流漩渦風(fēng)速同時也在下降。凸字型街谷形成的氣流模擬圖可以看出當(dāng)來流風(fēng)越過A建筑物后在其后上方形成一條污染帶且隨著距離逐漸減弱。同事在各個街道峽谷也形成了3個大小相似的氣流漩渦并且氣流中心都靠近著建筑中上方。

圖2 建筑剖面街道峽谷流速分布（m·s-1）

3 結(jié)語

采用k-ε湍流模型的數(shù)值模擬，選取的建筑類型模型中，結(jié)果表明：上升型街道峽谷對污染物擴(kuò)散控制效果最差，凸字型街道峽谷對污染物擴(kuò)散控制最好。下降型街谷和凹字型街谷不僅會在目標(biāo)區(qū)域形成氣流漩渦，而且在氣流回旋的情況下會把污染物帶回前方上游，對上游環(huán)境造成污染。