城市大气污染实时监测与控制系统中污染物的扩散特性研究

摘要

该研究课题是建设数字城市的一部分,研究的主要目的是探讨大气污染物在城市条件下的扩散规律,从理论上给出一套切实可行的监测方法,并用试验方法对试验结果进行验证.课题研究从理论上来说需要解决的问题包括:在城市边界条件下的污染物扩散规律,如何将GPS技术和GIS技术相结合进行污染物的浓度监测,如何对测量数据进行处理,怎样建立计算的物理和数学模型.研究的主要内容是均匀紊流条件下的污染物扩散规律,从物理意义上来说即为综合利用物质质量守恒定律,动量守恒定律,能量守恒定律来导出扩散的基本运动方程,然后由运动方程从理论上得出污染扩散的一般规律,在试验方面,该研究利用直流吸式风洞来模拟各种不同边界条件下的污染扩散规律,采样方式则利用直接取样的方法连续测量,通过M9000型燃烧分析仪实时测量浓度变化,在物理模拟上通过调整风洞设备电机的工作电压来控制风速,采用缩小比例的模型建筑物,用金属丝网消除流场不稳定等方法来保证模拟试验的动力相似,几何相似和运动相似.

目录

文摘

英文文摘

第一章概论

1.1课题研究背景介绍

1.2问题的提出及论文的主要内容

1.3城市大气环境污染现状

1.3.1国内外大气污染概况

1.3.2大气污染物的分类

1.4影响城市大气污染质量的因素

1.4.1大气湍流扩散对污染物扩散的影响

1.4.2气象条件对大气污染扩散的影响

1.4.3下垫面条件对城市大气污染的影响

1.5污染物在大气中的散布过程

1.6大气污染实时监测系统简介

1.6.1 GPS与GIS系统介绍

1.6.2目前采用的监测方法

1.7本章小结

第二章城市大气污染实时监测系统的技术分析

2.1城市大气污染实时监测系统分析与总体设计

2.1.1城市大气污染实时监测系统的基本构成

2.1.2子系统的组成、功能与系统集成

2.1.3系统的功能及实现

2.2城市大气污染实时监测与控制系统的构成

2.2.1城市大气污染实时监测与控制系统的硬件组成

2.2.2系统的特点

2.3城市大气污染实时监测与控制系统的关键技术分析

2.4本章小结

第三章城市大气污染物扩散的模型分析

3.1扩散模式三维基本模型的推导

3.2点源连续排放扩散模式

3.2.1稳定状态下基本模型的解析解

3.2.2风速u＞1.5m/s时污染物在下风方向上的分布

3.2.3小风或静风时的点源扩散模式

3.3定常条件下的线源扩散模型

3.4可沉降颗粒物的扩散模型

3.5环境参数变化对城市大气污染扩散的影响及扩散因素分析

3.5.1烟羽抬升高度△H的确定及对污染扩散的影响

3.5.2城市大气污染物扩散的相关参数分析

3.5.3源项参数的性质分析

3.6本章小结

第四章城市大气污染风洞试验的设计与数据处理

4.1试验系统的组成

4.2大气污染扩散模型的物理模拟

4.2.1基本运动方程

4.2.2无量纲参数相似性分析和计算

4.2.3边界条件的相似模拟

4.3不同边界条件下的城市大气污染物扩散特性及数据处理

4.3.1定常条件下单个建筑物周围的污染分布

4.3.2风向变化对城市大气污染的影响

4.3.3多个建筑物结构变化对污染扩散的影响

4.4本章小结

第五章城市大气污染扩散源项反问题的构造及数值分析

5.1城市大气污染扩散场中源项反问题的提出与构造

5.2城市大气污染扩散源项反问题的求解

5.3城市大气污染扩散数值模拟与算例

5.3.1静风条件下的污染扩散数值模拟

5.3.2风场条件变化对污染扩散源项的影响与数值模拟

5.3.3复杂边界条件下的数值模拟

5.4本章小结

第六章课题研究的结果与讨论

参考文献

致谢

研究生在读期间发表论文