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        城市復(fù)雜建筑布局對(duì)街區(qū)交通污染物擴(kuò)散的影響研究

        2021-07-10 11:14:00李曉莉吳思潔戰(zhàn)乃巖
        科技視界 2021年17期
        關(guān)鍵詞:污染源街道污染物

        李 順 李曉莉 吳思潔 高 航 戰(zhàn)乃巖

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

        0 引言

        隨著改革開(kāi)放的到來(lái),我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速,人們生活水平的不斷提高對(duì)交通的要求也在不斷提升。隨著汽車的數(shù)量的逐年增加,機(jī)動(dòng)車產(chǎn)生的尾氣成為城市空氣污染的罪魁禍?zhǔn)字?,?yán)重影響了人們的身體健康,因此,解決城市機(jī)動(dòng)車的污染問(wèn)題是我們的頭等大事。

        郭瓊瓊[1]采用RNG k-ε湍流模型、Mixture模型和離散相模型,將汽車尾氣排放的細(xì)顆粒物作為污染源,研究表明:風(fēng)向在污染物擴(kuò)散規(guī)律中起著主要作用。葛曉燕[2]對(duì)不同街道形態(tài)進(jìn)行模擬,其污染源為NO2氣體,且對(duì)不同建筑布局的街谷中的污染物擴(kuò)散情況進(jìn)行了討論。Yassin M F[3]等對(duì)城市街道峽谷中的街道交叉口處的車輛流量和尾氣污染物的影響進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。研究表明,在街道峽谷下部中心附近,來(lái)流風(fēng)速度非常小,T形和傾斜交叉口的污染物濃度小于規(guī)則街道交叉口上風(fēng)側(cè)的污染物濃度。Chan T.L.[4]等研究發(fā)現(xiàn):街道的寬度與臨街建筑的高度對(duì)街道峽谷中污染物濃度有著非常大的影響。

        綜上所述,對(duì)復(fù)雜城市建筑布局的研究并不廣泛,有必要對(duì)其進(jìn)行深入研究。

        1 研究方法

        1.1 物理模型

        圖1為復(fù)雜城市建筑布局的二維模型示意圖,街區(qū)大小尺寸為860 m×480 m,X軸的正方向?yàn)楸?,Y軸的正方向?yàn)槲?。該?fù)雜城市建筑布局的街區(qū)共有四條街道(定義為:街道A、街道B、街道C、街道D),街道A(主干道)路的寬度為45 m,街道B、街道C、街道D路(支路)的寬度均為40 m。將汽車尾氣視為污染線源,其寬度、高度分別為20 m×0.4 m,來(lái)流風(fēng)沿X軸正方向向外流出。

        圖1 二維街區(qū)模型示意圖

        1.2 邊界條件

        采用ICEM CFD軟件進(jìn)行網(wǎng)格劃分,利用四面體非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格對(duì)街道和建筑群表面等局部網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)劃分,從而提高計(jì)算精度。在FLUENT計(jì)算中,檢驗(yàn)了網(wǎng)格獨(dú)立性,經(jīng)過(guò)數(shù)次模擬與調(diào)試,最終網(wǎng)格總數(shù)為990萬(wàn)個(gè),網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)約為160萬(wàn)個(gè)。將該街區(qū)的交通污染源定為CO,其強(qiáng)度定為0.0 003 kg/(m3·s)。

        2 結(jié)果與討論

        圖2為距街區(qū)距離地面1.5 m高度處的污染物濃度分布圖,由圖2可得出:距地面1.5 m高度處污染物聚集較多,濃度較高,每條街區(qū)內(nèi)的污染物濃度呈連續(xù)線狀分布,污染面積大。街道A鄰近建筑的下風(fēng)側(cè)污染物濃度相對(duì)較高,上風(fēng)側(cè)的污染物濃度相對(duì)較低,在該街區(qū)中有5個(gè)高濃度聚集區(qū)域(見(jiàn)圖2①~⑤處);街道C、D在臨近街道峽谷的入口附近形成兩個(gè)小規(guī)模的高濃度聚集區(qū)域(見(jiàn)圖2⑥~⑦處),其中,街道C的十字路口中的污染物會(huì)沿著氣流擴(kuò)散到下游路段,最終流出街區(qū);在街道C的下游區(qū)域的污染物濃度擴(kuò)散與在街道B中的污染物濃度擴(kuò)散相似,其將對(duì)遠(yuǎn)離建筑群的大氣環(huán)境產(chǎn)生一定的影響;街道D中的污染物的擴(kuò)散因受到交叉口處建筑物的阻隔,向下游擴(kuò)散有一定難度,因此聚集了大量的污染物,在街道A的上風(fēng)側(cè)積聚,對(duì)街道A的污染物擴(kuò)散影響巨大,且加重了街道A的污染。

        圖2 距地面1.5 m處污染物濃度分布圖

        另外,與來(lái)流風(fēng)方向平行的街道B、C、D雖向下游擴(kuò)散,但其同樣會(huì)導(dǎo)致污染物向下游遷移和積累,從而使下游街道污染物擴(kuò)散受到阻礙,對(duì)過(guò)往行人的健康有一定影響??傮w而言,在距地面1.6m高度處的開(kāi)敞空間較少、建筑群較密、可以充分接觸到污染源,從而使來(lái)流風(fēng)無(wú)法充分稀釋掉污染物,造成污染物積聚嚴(yán)重。

        3 結(jié)語(yǔ)

        采用CFD數(shù)值模擬軟件,建立了三維城市復(fù)雜建筑模型,對(duì)城市建筑布局在距地面1.5 m時(shí),交通污染物擴(kuò)在該街區(qū)的擴(kuò)散情況進(jìn)行了研究。研究發(fā)現(xiàn):距地面1.5 m高度處是污染物高濃度積聚區(qū)域,且每個(gè)街區(qū)內(nèi)的污染物濃度呈連續(xù)線狀分布,對(duì)行人的健康構(gòu)成了威脅。

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