城市形态对简单的密集型城市风环境和空气质量的影响的一些初步分析

摘要

随着农村城镇化的趋势和可持续性城市设计的需要，密集型城市设计已成为重要的研究课题。街道中的车辆尾气是许多城市内的重要污染源。风可将城市中污染物扩散至不同区域或者通过城市顶部和出口输运到城市外：风也可以把城市外的新鲜空气送进城区，因此城市通风对密集型城市中空气质量和居民健康非常重要。除通风量和污染物浓度之外，本文将空气龄(表示新鲜空气自进入城市后，到达市区某个地方所需要的时间)这一室内通风概念引入城市风环境研究中，并首次在数值模拟中运用通常用于实验测量的均匀释放法研究城市环境中空气的新鲜程度。密集型城市中的通风取决于上游风和城市轮廓的相互作用以及城市内部结构等因素。在具有复杂网状街道的密集型城市被研究之前，本文利用 Fluent软件数值模拟探讨了一些简单的密集型城市(街道宽度/高度，W/H=1，H=69mm)中城市形态对通风模式，污染物扩散(假设在街道地面附近存在一均匀的污染源)和空气龄分布的影响机理。另外本文在风洞实验中，利用压力测量系统和热线技术研究了地面压力分布和街道中心的速度、湍流强度分布。风洞实验数据证明数值模拟结果是有效的。在上游风与城市土街道平行时，本文研究了城市轮廓对通风的影响，包括具有单个主街道的方形城市(街道长度/高度，L/H=6)和长条形城市(L/H=21.7)；具有两个相互垂直街道(双街道)和一个十字路口的圆形城市和方形城市(L/H=7)；最后是不同上游风向下的双街道圆形城市。研究表明：单街道城市中，与方形城市(L/H=6)相比，长条形城市(L/H=21.7)中存在一个充分发展的流动区域，其下游的空气质量因污染物累积效应而较差，空气龄也较大：双街道城市中，圆形轮廓的城市中通风和空气质量比方形城市好：最后，在具有双街道圆形城市中，如果上游风与主街道成很大的角度，则城市的通风能力会变小，平均空气质量变差，平均空气龄变大。因此圆形城市土街道应当尽量与当地主风向平行。以上研究证明，风洞实验和数值模拟结合的方法，可以用于研究更复杂城市中的风环境和空气质量问题。