建筑物附近颗粒污染物分布规律的研究

摘要

随着我国城市化和工业化进程的加快，有关生活工作环境的空气品质问题的研究越来越受到重视。由于建筑物附近的局部区域空间是人们重要的活动场所，其内部微环境的空气质量直接影响到人员健康。 为了研究不同建筑物附近的空气流动和粒子浓度场的分布特征，本文在运用已有实验结果验证数值计算模型的基础上，利用数值模拟方法，考察了天井式建筑和非围合式建筑模型内部小区空间的流场特征和五种典型粒子尺度(1.0μm、2.5μm、5μm、10μm、20μm)的空间浓度分布规律，并就两种建筑形式对颗粒污染物的阻挡作用进行了分析比较。 研究结果表明，天井式建筑与非围合式建筑对背景颗粒污染物都有一定的阻挡屏蔽作用，且粒径越大，建筑小区内部的平均粒子浓度越高，但两种形式建筑内部小区呼吸面上的平均浓度以及浓度分布特征存在显著差别。 天井式建筑小区来自背景空气的颗粒物中，大粒子主要受重力沉降作用进入小区内部空间，小粒子则主要通过湍流扩散输运进入小区。进入非围合式建筑小区内部的大粒子既来自重力沉降作用，也有随气流对流进入部分。因此，风向和风速对两种建筑形式小区内的空气品质影响有所不同。风向对天井式建筑内部小区粒子污染程度影响较弱，但对非围合式建筑的影响很大。当风速增加时，天井式建筑内部小区大粒子浓度显著降低，而小粒子浓度只有少量增加。可以认为，背景风速越高，天井式建筑对于大粒子的防护作用越强。而当风速增加时，非围合式建筑小区内仅平均浓度下降，小区内部仍可能存在大范围的高浓度区。 根据模拟研究结果，考虑到建筑规划设计中，建筑长轴与当地主导风向均成一定角度，情况类似于45°风向，故在颗粒物污染严重的地区，选用天井式建筑可以获得相对良好的空气品质，特别是在风速大的地区，这种“污中有净”的效果将更加明显。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：主要符号表

声明

1 绪论

1.1研究背景和意义

1.2典型研究的回顾

1.2.1街道峡谷内环境的研究

1.2.2建筑内的气流流动特征和粒子沉积的研究

1.2.3通风房间内气溶胶粒子沉积状况和浓度分布特征的研究

1.2.4室内外空气品质关系的研究

1.3本文主要研究内容

2数学模型及其合理性验证

2.1数值模拟方法简介

2.1.1流体动力学控制方程

2.1.2控制方程的离散

2.1.3湍流的数值模拟

2.2数学模型建立

2.2.1天井式建筑数学模型的建立

2.2.2非围合式建筑数学模型的建立

2.3数学模型的合理性验证

2.4本章小结

3天井式建筑内部流动与粒子空间分布特征

3.1天井式建筑内部流场分布特点

3.1.1风向平行于天井式建筑长轴时的流场分布

3.1.2风向与天井式建筑长轴成45°时的流场分布

3.1.3风向垂直于天井式建筑长轴时的流场分布

3.2天井式建筑内部颗粒物浓度分布研究

3.2.1风向平行于天井式建筑长轴时风速对颗粒物浓度分布的影响

3.2.2风向与天井式建筑长轴成45°时风速对粒子浓度分布的影响

3.2.3风向垂直于天井式建筑长轴时风速对粒子浓度分布的影响

3.2.4风向对粒子浓度分布的影响

3.3本章小结

4非围合式建筑内部小区粒子空间分布特征

4.1非围合式建筑流场分布特点

4.1.1风向平行于非围合式建筑长轴时的流场分布

4.1.2风向与非围合式建筑长轴成45°时的流场分布

4.1.3风向垂直于非围合式建筑长轴时的流场分布

4.2非围合式建筑周围粒子浓度分布研究

4.2.1风向平行于非围合式建筑长轴时风速对粒子浓度分布的影响

4.2.2风向与非围合式建筑长轴成45°时风速对粒子浓度分布的影响

4.2.3风向垂直于非围合式建筑长轴时风速对粒子浓度分布的影响

4.2.4风向对非围合式建筑内污染物浓度的影响

4.3天井式建筑与非围合式建筑附近污染物浓度分布特征的对比

4.4本章小结

5结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文