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城市街道峡谷内机动车污染物扩散的数值模拟研究
| 论文题名： | 城市街道峡谷内机动车污染物扩散的数值模拟研究 |
| 关键词： | 街道峡谷;污染物扩散;数值模拟;慢行交通出行者;动网格技术;机动车 |
| 摘要： | 随着城市化进程的不断推进及机动车保有量的快速增长，机动车尾气排放的污染物已成为城市大气污染的主要来源之一。当前城市高楼林立，形成了很多峡谷型街道，致使机动车排放出的大量有害气体在街道峡谷中积聚，不容易扩散出去，严重危害着直接暴露在大气中的出行者。本文结合环境科学、交通工程和流体力学等学科知识，使用数值模拟的方法研究了城市街道峡谷内机动车排放污染物的扩散和分布情况，这对科学指导未来城市道路的规划和建设，改善城市居民的生活质量以及实现城市与交通的可持续发展都具有重要意义。本文的主要工作及得到的一些具体结论如下: 使用标准κ-ε湍流模型和组分输运方程相结合的数值模拟方法，研究了典型街道峡谷内机动车排放污染物对路侧步行及非机动车出行者的影响情况。研究发现在街道峡谷中，背风侧的污染物浓度远远高于迎风侧的污染物浓度，因此，在背风侧的步行及非机动车出行者所受机动车排放尾气的影响较为严重。在迎风侧，非机动车道上与人行道上的污染物浓度几乎相同。背风侧，近地面处非机动车道上的污染物浓度要高于人行道上的污染物浓度;随着高度的增加，街道峡谷内空气流场的作用凸显出来，顺时针的旋涡把污染物带到背风侧，致使人行道处的污染物浓度反而高于非机动车道上的污染物浓度。 讨论了不同位置公交专用道设置对路侧出行者的影响。结果显示当公交车的车辆密度较低，公交车道上的尾气排放强度低于机动车道上的尾气排放强度时，设置外侧公交专用道对出行者的污染影响较小;当公交车的车辆密度较高，公交车道上的尾气排放强度高于机动车道上的尾气排放强度时，设置内侧公交专用道对出行者的污染影响较小。 采用层变网格法和滑移交界面相结合的动网格技术，实现了机动车在三维典型孤立街道峡谷中的行驶，并探讨了由于机动车的停放及行驶对原有空气流场及污染物浓度场的干扰。研究发现路边停车会对街道峡谷内靠近地面处的气流造成阻碍，致使该处的污染物浓度比没有机动车停放时有所增加。结合实际交通现状可以得出，街道峡谷内的路边停车将使路侧的出行者暴露在更高浓度的污染物中，对人体健康造成更严重的危害。机动车行驶产生扰动，改善了街道内的气体流通，会使其所经过路径周围的污染物浓度有一定的降低。但是由于目前的小汽车造型都趋于流线型，其空气阻力系数也通常低于0.5，在行驶过程中对周围气体的扰动作用有限，以致其对街道峡谷内污染物扩散的影响也并不显著。 |
| 作者： | 王建长 |
| 专业： | 流体机械及工程 |
| 导师： | 雷丽 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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