公路交通系统大气污染物扩散数值模拟研究

摘要

随着我国经济的发展，汽车保有量的不断增多，由此带来的交通大气污染日益恶化。计算流体力学理论与现代计算机相结合，模拟某个区域内大气流场走向和污染物浓度场分布，分析大气的扩散机理和污染物的分布规律，成为当今研究讨论的热点之一。
　　 课题首先分析高速公路和一级公路的交通量，通过计算得到尽可能接近实际情况的两种线性污染源的CO源强浓度。之后以数值计算理论和污染物扩散理论为基础，运用描述湍流运动的k-ε双方程模型，分别对空旷地带处、城市十字路口处、街道峡谷处进行了模拟，得到其不同风速下和不同风向下的流场和浓度场分布。通过分析认为：空旷地带处，平均风迁移对污染物的扩散起到决定性作用。当风速从3m/s增大到10m/s，高污染区CO浓度下降约2.3倍，有利于改善了环境空气质量；建筑物的布局影响着流场的走向和浓度场的分布，风向倾斜进入建筑群时，湍流作用减弱，风的迁移作用增强，更有利于污染物的扩散；公路两侧下风向建筑物较低时，污染情况相对较轻。
　　 在实际生活中，模拟各物理模型所得到的浓度场分布，可以指导人们在户外活动时避开高污染带。将理论与建设项目相结合，考虑当地盛行风的因素，提出如下建议：避免将主交通干道安排在环境敏感区的当地盛行风上风向处；较高层建筑物应安排在公路两侧沿当地盛行风下风向处；合理设计建筑物的外形，设计过程中尽可能使得建筑物的迎风表面接近于流线型。
　　 本文计算工具采用FORTRAN语言编程计算，图形处理采用TECPLOT9.0软件。所得结论对于拟建项目的选址、城区规划的编制、以及人们的日常生活都具有一定的指导意义。

目录

文摘

英文文摘

引言

1 绪论

1.1 大气污染概述

1.1.1 大气和大气污染的概念

1.1.2 大气污染源

1.2 交通污染的概述

1.2.1 我国汽车工业的产生和发展

1.2.2 城市交通污染现状

1.2.3 汽车污染对人体健康的危害

1.3 课题的研究背景、内容及意义

2 基于数值模拟的区域大气污染扩散

2.1 计算流体力学的发展简述

2.2 区域大气污染物扩散的数值模拟

2.2.1 污染物扩散模型

2.2.2 大气湍流对污染物扩散迁移的影响

2.3 关于公路大气污染物扩散的数值模拟

2.4 大涡模拟

3 污染源的计算及数学模型的建立

3.1 公路线源源强的计算

3.2 数学模型的建立

3.2.1 控制方程

3.2.2 有关参数及边界条件

3.3 计算区域与控制方程的离散化

3.3.1 离散化的目的

3.3.2 计算区域的离散化

3.3.3 对流和扩散方程的离散化

3.3.4 流场的计算

4 高速公路开阔地带及十字路口处模拟分析

4.1 空旷地带情况下的模拟分析

4.1.1 高速公路开阔地带处

4.1.2 空旷地带一级公路十字路口处

4.2 城市建筑群地带一级公路十字路口处情况下的模拟分析

4.2.1 不同风速情况下

4.2.2 不同风向情况下

4.3 本章小结

5 一级公路街道峡谷处模拟分析

5.1 公路两侧建筑物等高情况下的模拟分析

5.1.1 不同风速情况下

5.1.2 不同风向情况下

5.2 公路两侧建筑物不等高(H1=2H2)情况下的模拟分析

5.2.1 不同风速情况下

5.2.2 不同风向情况下

5.3 公路两侧建筑物不等高(2H1=H2)情况下的模拟分析

5.3.1 不同风速情况下

5.3.2 不同风向情况下

5.4 本章小结

结论

参考文献

在学研究成果

致谢