基于DPM模型街谷内颗粒物扩散特性的研究.pdfVIP

第24卷第5期 中国科学院研究生院学报 V01．24No．5 2007年9月 oftheGraduateSchooloftheChinese ofSciences 2007 Journal Academy September 文章编号：1002．1175(2007)05．0578—06 基于DPM模型的街谷内颗粒物扩散特性研究 罗昔联 顾兆林+ (西安交通大学人居环境与建筑工程学院，西安710049) (2007年1月9日收稿；2007年3月26日收修改稿) Luo ofaerosol inurbanstreet basedonDPM theGraduateSchool XL，GuZL．Study dispersion canyon model．Journa／oy of theChinese ofSciences，2007，24(5)：578—583 Academy 摘 要 通过采用离散相模型(DPM)，对等高对称街谷和非等高不对称街谷在参考风速Z。，= 2m／s时，粒径d。=lO／zm的固体颗粒物在街谷内的扩散分布进行了数值研究．计算湍流模型选 用重正化群两方程模型，计算结果表明在城市风场作用下会导致街谷内空气呈漩涡流动，街谷 几何形状变化影响街谷内污染物浓度分布，且在深街谷(B／H=0．5)和上游建筑高于下游建筑 的非对称街谷(H，／H：=2)中街谷内空气颗粒无量纲浓度远高于同类型其它几何尺寸街谷． 关键词 城市街谷，颗粒物，DPM，RNGk-e模型 中图分类号X513 1 引言 随着城市规模的不断扩大和人们对健康的重视，城市空气质量问题已成为备受关注的热点问题．城 市机动车产生的污染是城市最主要的污染源之一，在美国汽车排出的污染物占城市各类总污染物的比 似¨o．汽车排出的尾气成分除了气态污染物以外，还含有一些固体颗粒物，同时汽车行驶过程中还会卷 起地面上的尘土，在这些固体颗粒物中，直径大于lO／-m的颗粒，能依靠其自身重力作用降落到地面，称 为降尘；而直径小于10tsm的颗粒，在空气中可较长时间飘游，称为飘尘，这种飘尘可直接到达肺细胞而 沉积在肺中，并可进入血液，导致呼吸道疾病，它们还可能和SO：，NO：等产生联合作用，损害粘膜、肺细 胞，引起支气管和肺部炎症，部分病人最后会导致肺心病． 国际上对街道机动车污染的研究手段有实验研究和数值模拟2大类，实验包括风洞模拟实验k’31和 fluid 对实际街道现场监测|4。；数值方法中尤以计算流体力学方法(computational 用程序对城市街谷中氮氧化物的扩散进行数值模拟，得到了不同风速及不同几何结构情况下，街谷内氮 氧化物的分布规律．文献[5]采用大涡模拟(LES)湍流模型模拟研究了内街谷内污染源产生的污染物与 街谷外部大气之间的空气交换率与污染物交换率，并得出了街谷几何结构对这两个因素的影响规律．在 城市大气气溶胶中颗粒物的近地迁移特性的研究方面，目前的主要研究工作都集中在实验方面，I．D． Longley对曼彻斯特城的一个街谷内的颗粒物污染物的粒径分布进行了测定，并在此基础上对街谷内的 紊流特性和扩散特性进行研究№1．但是，针对街谷内气溶胶颗粒物的扩散的CFD数值研究开展还不广 泛，所做的工作较少．本文采用重正化群1缸e(RNGk-e)湍流模型模拟城市街谷的风场，并在此基础上，采 十通讯联系人，E-mail：guzhaoln@mail．xjtu．edu．cn 万方数据 第5期 罗昔联，顾兆林：基于DPM模型的街谷内颗粒物扩散特性研究 579 得城市风场作用下街谷内颗粒物的分布特性． 2街谷风场模型及颗粒物扩散的DPM动力学模型 对于近地街谷风场，本文采用RNG肛e两方程紊流模型模来描述．相比标准缸e，由于RNG缸s模型 中考虑了湍流应变率的影响，因此在计算旋转流和近壁湍流方面具有优势