微气候环境下滨水小区内气流及颗粒物扩散的特性研究

论文摘要

城市水体可调节周边环境的温湿度,并与建筑物形成特定的微气候环境。水体的亲和性和观赏性使其周边区域具有很强的商业价值,所以吸引了大量开发商在其周边区域开发商业及住宅小区。随着滨水小区的增多,来往车辆和人类活动也随之骤增,造成了颗粒物的大量排放,严重威胁着小区内居民的身心健康。颗粒物在滨水小区内的扩散受到多种因素的影响,因此,研究微气候环境下滨水小区内气流和颗粒物的输运机理具有重要意义。论文以三维滨水小区模型(水体和污染源位于小区西侧)为研究对象,基于RNG k﹣ε湍流模型、Mixture模型和离散相模型,以汽车尾气排放的细颗粒物为污染源,水体表面蒸发的水蒸气为大气湿度的改变源,建立了水蒸气和颗粒物在滨水小区内扩散传输的数值计算模型。以武汉市某滨水小区为对象进行实测,测试了各个测点处的风速、相对湿度、温度和颗粒物质量浓度,并将实测所得的变化趋势与数值模拟相对比,结果显示实测结果与数值模拟结果具有相同的变化趋势。模拟结果表明相对湿度越大,流场内水蒸气的质量分数越大,但其增大的速率有所减慢;在不考虑颗粒间凝并的情况下,颗粒物质量浓度与相对湿度(≤70%)呈正比;风向对污染物分布有着决定性的影响,分析发现东北风向时滨水小区内的风环境最佳,通风效果最好,颗粒物能够快速扩散和消除;环境温度影响滨水小区内气流和颗粒物的扩散分布,当环境温度=27.5℃时滨水小区内的颗粒物质量浓度比=5.2℃时的低,水蒸气质量分数比=5.2℃时的高,所以=27.5℃时滨水小区内的环境质量和居民的舒适度都优于=5.2℃。最后,根据已建立的数值计算模型,对四种不同建筑排列形式模型(递增型、递减型、凹型和凸型)的滨水小区内水蒸气和颗粒物扩散特性进行求解分析。结果显示递增型滨水小区内水蒸气的扩散范围和含量都高于其他三种模型;递减型滨水小区内颗粒物的扩散范围最小,但第一列建筑物迎风面前颗粒物的质量浓度最高,相反地,凹型滨水小区内颗粒物的扩散范围最大,但第一列建筑物前颗粒物的质量浓度最低。

论文目录

中文摘要

Abstract

主要符号表

第1章绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 城市滨水区的特性研究

1.2.2 相对湿度的影响

1.2.3 环境风的影响

1.2.4 建筑布局的影响

1.3 现有研究存在的问题

1.4 本论文的主要研究内容

1.5 本章小结

第2章滨水小区内气流和颗粒物扩散数值计算模型

2.1 概述

2.2 数学模型的选择

2.2.1 湍流模型

2.2.2 计算流体力学中的基本控制方程及计算方法

2.2.3 控制方程的离散方法

2.2.4 Mixture模型

2.2.5 离散相模型（Discrete Phase Model）

2.3 定解条件的确定

2.3.1 边界条件的确定

2.3.2 污染源的确定

2.3.3 水体水面蒸发率的计算

2.4 几何模型建立及网格生成技术

2.4.1 几何模型的建立

2.4.2 网格生成技术

2.5 模型验证方法

2.6 本章小结

第3章武汉市某滨水小区的实测研究

3.1 概述

3.2 实测内容

3.2.1 实测对象

3.2.2 测点布置

3.2.3 实测方案

3.3 实测仪器和数据处理方法

3.3.1 实测仪器

3.3.2 数据处理方法

3.4 实测结果与分析

3.5 本章小结

第4章环境因素对滨水小区内气流和颗粒物扩散的影响

4.1 概述

4.2 滨水小区与非滨水小区内气流和颗粒物扩散的对比

4.2.1 定常水面蒸发率下水蒸气扩散特性

4.2.2 滨水小区与非滨水小区内速度场的对比

4.2.3 滨水小区与非滨水小区内的颗粒物扩散

4.3 相对湿度的影响

4.3.1 相对湿度对气流场的作用与影响

4.3.2 相对湿度与颗粒物质量浓度之间的关系

4.4 环境风向的影响

4.4.1 不同主导风向下滨水小区内的速度场分析

4.4.2 不同风向下滨水小区内的水蒸气和颗粒物扩散分析

4.5 环境温度的影响

4.5.1 环境温度与水面温度之间的相关关系

4.5.2 环境温度对滨水小区内气流和颗粒物扩散的影响分析

4.6 本章小结

第5章建筑排列形式对滨水小区内气流和颗粒物扩散的影响

5.1 概述

5.2 模型介绍

5.3 不同建筑排列形式下的速度场

5.4 不同建筑排列形式下的水蒸气扩散特性

5.4.1 递增型

5.4.2 递减型

5.4.3 凹型

5.4.4 凸型

5.5 不同建筑排列形式下的颗粒物扩散特性

5.6 本章小结

第6章结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

作者攻读硕士学位期间取得的成果

作者攻读硕士学位期间参加的科研项目

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 郭琼琼

导师: 文远高

关键词: 颗粒物扩散,滨水小区,气流,微气候环境

来源: 武汉理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 气象学,环境科学与资源利用

单位: 武汉理工大学

分类号: X169

DOI: 10.27381/d.cnki.gwlgu.2019.000076

总页数: 80

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