城市街道峽谷內(nèi)機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放與擴(kuò)散的模擬研究.pdf

1、城市化與出行機(jī)動(dòng)化導(dǎo)致了街道峽谷機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣污染問(wèn)題，使居民日常出行暴露在高濃度機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣中，對(duì)廣州市一個(gè)典型街道峽谷內(nèi)路邊空氣質(zhì)量的實(shí)地監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)PM10、NOx、CO平均濃度分別高達(dá)0.158、0.394和2.488mg·m-3。本文從車(chē)道位置、道路綠化帶、動(dòng)態(tài)交通流排放等交通因素著手，利用交通仿真技術(shù)、機(jī)動(dòng)車(chē)排放模型、CFD(Computational Fluid Dynamic)模擬技術(shù)和多孔介質(zhì)理論對(duì)街道峽谷內(nèi)機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣的排放、傳

2、輸和擴(kuò)散規(guī)律展開(kāi)深入的研究，旨在揭示街道峽谷內(nèi)污染形成機(jī)理，為城市規(guī)劃、交通管理和環(huán)境相關(guān)部門(mén)控制機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣污染提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與技術(shù)保障，達(dá)到改善環(huán)境，提高居民生活品質(zhì)的目標(biāo)。
　　 本文首先根據(jù)實(shí)際建筑物與車(chē)道幾何特征，建立雙車(chē)道街道峽谷物理模型。然后采用穩(wěn)態(tài)K-ε湍流模型結(jié)合組分輸運(yùn)方程模擬了雙車(chē)道街道峽谷內(nèi)流場(chǎng)與污染物濃度場(chǎng)，模擬結(jié)果與風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好。進(jìn)一步模擬街道峽谷內(nèi)不同位置車(chē)道排放污染物的擴(kuò)散，發(fā)現(xiàn)車(chē)道位置變化對(duì)

3、峽谷底部(＜0.3H)人群活動(dòng)集中區(qū)的污染物濃度分布影響明顯，隨著車(chē)道向街道峽谷中部靠攏，背風(fēng)面建筑物底部及人行道的污染物濃度將迅速減小，但降低速率不斷下降；迎風(fēng)面污染物濃度對(duì)車(chē)道位置不敏感，但當(dāng)車(chē)道處于迎風(fēng)面次級(jí)旋渦范圍時(shí)，將導(dǎo)致迎風(fēng)面建筑物底部及人行道污染濃度迅速增長(zhǎng)。
　　 為更深入掌握街道峽谷內(nèi)流場(chǎng)與污染物濃度場(chǎng)的特征，本文在德國(guó)Karlsruhe大學(xué)的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，假設(shè)樹(shù)冠為均勻多孔介質(zhì)，利用空氣流過(guò)樹(shù)冠的壓力損失來(lái)

4、描述多孔介質(zhì)對(duì)空氣流動(dòng)的阻礙作用，建立起可用于數(shù)值模擬的綠化帶物理模型。然后采用穩(wěn)態(tài)K-ε湍流模型結(jié)合組分輸運(yùn)方程模擬道路中央有綠化帶街道峽谷內(nèi)的尾氣擴(kuò)散，模擬結(jié)果與風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好。分析發(fā)現(xiàn)相比無(wú)綠化帶的情況，綠化帶導(dǎo)致峽谷內(nèi)整體風(fēng)速下降，背風(fēng)面平均濃度增大46.0％，迎風(fēng)面變化不明顯；進(jìn)一步模擬不同樹(shù)冠位置的街道峽谷內(nèi)尾氣擴(kuò)散發(fā)現(xiàn)，樹(shù)冠位置上升使主旋渦中心逐步上移并偏向迎風(fēng)建筑物，而擠壓外部清潔空氣下洗通道，降低峽谷內(nèi)風(fēng)速，導(dǎo)致

5、峽谷內(nèi)污染物濃度隨樹(shù)冠位置上升而增大；尤其是當(dāng)樹(shù)冠頂部超過(guò)屋頂高度而直接阻礙峽谷上方空氣流動(dòng)時(shí)，峽谷內(nèi)污染物濃度上升更為迅速。
　　 為掌握動(dòng)態(tài)交通流實(shí)時(shí)尾氣排放與擴(kuò)散的特征，本文在分析單車(chē)尾氣排放時(shí)空變化特征的基礎(chǔ)上，提出了街道峽谷內(nèi)動(dòng)態(tài)交通流尾氣排放與擴(kuò)散模擬的研究框架。然后，通過(guò)構(gòu)建微觀交通仿真系統(tǒng)與機(jī)動(dòng)車(chē)綜合排放模型數(shù)據(jù)交換機(jī)制和車(chē)型映射關(guān)系，將機(jī)動(dòng)車(chē)綜合排放模型以插件形式耦合到微觀交通仿真系統(tǒng)中，建立了交通流實(shí)時(shí)排放仿

6、真平臺(tái)。采用該平臺(tái)建立有信號(hào)控制人行橫道道路的仿真路網(wǎng)，分析了晚高峰時(shí)段的交通流特征及其燃油消耗、CO、NOx排放，發(fā)現(xiàn)人行橫道段與排隊(duì)段的車(chē)流密度變化劇烈，車(chē)輛加速、減速、怠速工況比例較高。惡劣的行駛工況使得人行橫道段與排隊(duì)段單位道路長(zhǎng)度的燃油消耗量、CO和NOx排放量可達(dá)巡航段的2～4倍。
　　 接下來(lái)，在上述交通流實(shí)時(shí)排放仿真平臺(tái)的基礎(chǔ)上，將動(dòng)態(tài)交通流瞬時(shí)排放引入到街道峽谷內(nèi)尾氣擴(kuò)散的數(shù)值研究中，建立時(shí)變的交通源物理模型。