居民区地下车库自然状态下PM1.0颗粒的运动扩散特性研究

摘要

目前，我国新建的居住小区中，大多数配备有地下车库。汽车尾气中的PM1.0颗粒已成为地下车库内主要的污染源之一。PM1.0颗粒由于粒径小，可深入人体内部，对人体健康危害极大。然而，PM1.0颗粒在汽车排气尾流区和地下车库内的运动扩散特性分析还很匮乏，亟待深入细致的研究。本论文以居民区地下车库为对象，着眼于汽油车排放PM1.0颗粒在地下车库内运动扩散和与人体健康之间的关系，对汽油车排放PM1.0颗粒沉降和凝并变化规律、在地下车库内扩散分布和暴露水平评价等相关问题进行研究。本文的意义在于揭示了地下车库内颗粒浓度变化特性和暴露水平，研究成果不仅可作为颗粒迁移分析、流行病学和健康风险评价的基础资料，同时也为后续颗粒通风设计和污染物消除研究提供指导和依据。
　　遴选出居民区地下车库自然状态下汽油车排放PM1.0颗粒运动扩散特性的理论并提出沉降和凝并是对PM1.0颗粒扩散有重要影响的两个因素。同时，对不同模型中影响PM1.0颗粒运动变化的重要因素进行分析，确定出壁面摩擦速度、Hamaker常数和颗粒分形维数等是对PM1.0颗粒沉降和凝并有重要影响的参数。
　　采用环境模拟舱，对汽油车排放产生的PM1.0颗粒在12.24～25.22℃、初始峰值浓度为105～106粒/cm3条件下的沉降和凝并特性进行分析，并通过理论预测和实验结果的比对，验证并修正理论模型中的相关参数。实验结果表明，影响颗粒沉降特性的摩擦速度u*和影响颗粒凝并核计算的分形维数以及Hamaker常数最优值分别为1.5～2.5cm/s、2.5～3和20kBT。在颗粒达到峰值浓度后的1h衰减过程中，凝并作用所占的比例高达60％以上。
　　采用计算流体动力学数值模拟方法分别对中部停车区和车辆低速运行条件下PM1.0颗粒的凝并特性进行分析。通过分析发现，地下车库内车辆不同运行方式下PM1.0颗粒凝并过程只在靠近排气管的狭长区域内明显。当地下车库中部区域处于自然通风条件时，PM1.0颗粒凝并的半衰时间约为通风名义时间常数的1/4。当车辆处于低速运行状态时，以排气管中心线为半径0.2m以外范围的颗粒凝并作用可忽略不计。
　　通过对哈尔滨两个居民区地下车库进行现场测试，采用集总参数法分析PM1.0颗粒数浓度、车库进出车辆数和出入口环境参数在测试期间的变化趋势，并运用统计学，从理论上分析车库进出车辆数和出入口环境参数对PM1.0颗粒数浓度变化的影响程度。通过研究发现，无论工作日还是休息日，一天内车辆逐时进出规律呈现一个明显的

目录

物理量名称及符号表

第1章 绪 论

1.1课题来源

1.2课题研究的背景及意义

1.3国内外研究现状及分析

1.4论文的主要研究内容

第2章 颗粒运动扩散模型

2.1颗粒扩散模型

2.2颗粒沉降模型

2.3颗粒凝并模型

2.4本章小结

第3章 汽油车排放颗粒沉降和凝并的实验研究

3.1超细颗粒沉降和凝并特性的实验方法

3.2超细颗粒衰减特性

3.3超细颗粒的沉降特性

3.4超细颗粒的凝并核分析

3.5超细颗粒衰减过程中沉降/凝并所占比例分析

3.6本章小结

第4章 地下车库颗粒凝并变化规律模拟研究

4.1数值模拟用模型

4.2地下车库颗粒凝并特性的数值模拟方法

4.3地下车库颗粒凝并特性分析

4.4本章小结

第5章 地下车库颗粒污染水平和影响因素研究

5.1地下车库颗粒污染水平测试方法

5.2颗粒污染程度及影响因素分析方法

5.3测试数据处理

5.4地下车库颗粒污染水平和变化规律

5.5地下车库颗粒污染变化影响因素分析

5.6本章小结

第6章 地下车库颗粒浓度扩散特性分析

6.1颗粒扩散数值模拟方法

6.2地下车库不同区域的颗粒浓度扩散特性

6.3不同参数对颗粒浓度扩散特性的影响

6.4本章小结

第7章 地下车库颗粒暴露水平评价

7.1颗粒暴露水平评价方法

7.2地下车库颗粒平均暴露水平评价

7.3地下车库颗粒瞬时排放条件下的暴露水平评价

7.4本章小结

结论

参考文献

附录

附录1 车辆低速运行湍流动能分布

附录2 单层车库3σ 数据处理结果

附录3 单层车库颗粒逐时计数浓度

附录4 单层车库逐时车流量

附录5 单层车库出入口逐时风速

附录6 单层车库出入口逐时温度

附录7 单层车库出入口逐时相对湿度

附录8 不同年龄段和不同活动强度下推荐短期呼吸速率

攻读博士学位期间发表的论文及其它成果

声明

致谢

个人简历