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(dòng)車數(shù)量的急速增加，以及機(jī)動(dòng)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(duì)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(duì)于城市居民的健康是必不可少的一個(gè)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(dòng)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(chǎng)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(duì)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(duì)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(chǎng)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(gè)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(gè)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(gè)街道峽谷上方形成一個(gè)較小氣流漩渦風(fēng)速同時(shí)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(gè)街道峽谷也形成了3個(gè)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(duì)污染物擴(kuò)散控制效果最差，凸字型街道峽谷對(duì)污染物擴(kuò)散控制最好。下降型街谷和凹字型街谷不僅會(huì)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(huì)把污染物帶回前方上游，對(duì)上游環(huán)境造成污染。