岳紅蕾

摘要溫度在氣體污染物擴(kuò)散的過程中起一定的作用。在現(xiàn)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(qū)污染物的擴(kuò)散產(chǎn)生影響。利用理論推導(dǎo)對熱力因素及擴(kuò)散因素的關(guān)系進(jìn)行了研究，并且與數(shù)值模擬的試驗結(jié)果進(jìn)行比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn)理論推導(dǎo)與試驗結(jié)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(kuò)散具有正相關(guān)性，對住宅區(qū)污染物的稀釋起積極作用。

關(guān)鍵詞溫度；住宅區(qū)；氣體污染物；理論推導(dǎo)；數(shù)值模擬

中圖分類號S181.3文獻(xiàn)標(biāo)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(yè)的迅速發(fā)展和城鎮(zhèn)化的推進(jìn)，機(jī)動車輛的數(shù)目不斷攀升，給城市居民的生活造成不利影響。所以，許多學(xué)者研究了城市街道峽谷的氣體污染物的擴(kuò)散[1]，也有一部分學(xué)者研究了住宅區(qū)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(qū)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(qū)建筑密集，多壁面溫差的存在給整個流場產(chǎn)生很大的影響。該研究將對溫度變化時污染氣體的擴(kuò)散進(jìn)行研究。

1理論推導(dǎo)溫度與傳熱系數(shù)的關(guān)系

1.1理論基礎(chǔ)利用Kihara的第一相似理論和查普曼理論，可以推導(dǎo)出擴(kuò)散系數(shù)和溫度的關(guān)系式，這個關(guān)系式適用于常溫到2 000 K的溫2.3模擬結(jié)果與結(jié)論由圖2可以看到，在一排建筑前后側(cè)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(nèi)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(qū)的污染物擴(kuò)散區(qū)域擴(kuò)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(qū)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(qiáng)；對于整個建筑區(qū)而言污染物濃度有所下降。

圖2無溫差時住宅區(qū)污染物濃度分布圖3溫差為3 ℃時住宅區(qū)污染物濃度分布3結(jié)論

（1）當(dāng)?shù)乇砑氨诿娓浇鼰o溫差作用時，氣溫層處于穩(wěn)定狀態(tài)，對于污染氣體的流動有阻礙作用[4]；在居民區(qū)建筑群中湍流強(qiáng)度相對較小，在建筑物的前方及后方會產(chǎn)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(kuò)散偏離地面較低，稀釋效果相對較差。

（2）當(dāng)?shù)乇砑氨诿娓浇袦夭顣r，由于溫度產(chǎn)生的浮升力作用，氣溫層不穩(wěn)定，從而促進(jìn)氣體污染物的擴(kuò)散[3]；與無溫差相比，住宅區(qū)建筑群中的湍流強(qiáng)度增大，湍流漩渦的數(shù)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(qū)建筑環(huán)境得到改善。

（3）理論研究與數(shù)值模擬結(jié)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(xiàn)

[1] 傅立新，郝吉明，何東全，等. 街道峽谷汽車污染模擬研究[J].清華大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，1999，39（6）：99-101.

[2] 李磊，房小怡，張立杰.不容氣溫層結(jié)條件下地面加熱對街谷擴(kuò)散能力的影響[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2012（9）：2253-2260.

[3] 胡偉，鐘秦.壁面加熱作用對街道峽谷污染物擴(kuò)散的影響[J].中國環(huán)境科學(xué)，2009，29（9）：908-913.

[4] 何仲陽，張興.地表溫度對風(fēng)場模擬的影響[J].化工學(xué)報，2012，63（S1）：7-11.

[5] DUNLOP P J，BIGNELL C M. Prediction of the temperature dependence of binary diffusion coefficients of gaseous systems from thermal diffusion factors and diffusion coefficients at 300 K[J]. International Journal of Thermophysics，1997，18（4）：939-945.

[6] DUNLOP P J，BIGNCLL C M.Proceedings 8th International Symposium on Thermophysical Properties[C].1995：5781.

[7] MASON E A，MARRERO T R.In Adrances in Atomic and Moleculur Physics. Vol. 6[M].New York：Academic Press，1970：155.

[8] KIM J，BAIK J.Numerical study of therma effects on flow and pollutant dispersion in urban street canyons[J].Journal of Applied Meteorology，1999，38：1249-1261.

[9] PARENTE A，GORLE C，VAN BEECK J，et al. Improv ed kmodel and wall function formulation for the RANS simulation of ABL flows[J].Journal of Wind Engineer and Industrial Aerodynamics，2011，99（4）：267-278.

[10] BAIDYA ROY S.Simulating impacts of wind farms on loca hydrometeorology[J]. Journal of Wind Engineer and Industrial Aerodynamics，2011，99（4）：491-498.

[11] XIE X M，LIU C，LEUNG D Y C.Impact of building facades and ground heating on wind flow and pollutant transport in street canyons[J]. Atmospheric Environment，2007，41：9030-9049.

[12] 周洪昌，高延令，吳曉歡.街道峽谷地面源污染物擴(kuò)散規(guī)律的風(fēng)洞試驗研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報，1994，14（4）：389-396.

[13] UEHARA K，MURAKAMI S，OIKAWA，et al.Wind tunnel experiments on how thermal stratification affects flow in and above urban street canyons[J].Atmospheric Environment，2000，34：1553-1562.