重庆街道峡谷PM2.5污染与数值模拟研究

摘要

随着我国经济和城市化的飞速发展，人们的生活水平得到了显著提高，机动车也逐渐成为了人们日常出行必不可少的代步工具。然而，随着汽车保有量的增加，带来的还有严重的沿道路周边空气污染问题，PM2.5 就是影响空气质量的主要污染物之一。城市的发展形成了城市街道峡谷，在城市街道峡谷中，空气流通性差，污染物更容易聚集，这对道路行人和周边居住者的健康有很大危害。利用绿色植物的滞尘作用，在街道峡谷中进行适当的绿化配置，可以有效的改善局域空气质量。因此，有必要对城市街道峡谷中 PM2.5 的分布规律和相关影响因子开展研究，并研究道路中央不同绿化形式对PM2.5的质量浓度的影响。　　本文采用实验实测与数值模拟相结合的方法，研究街道峡谷中自然因子以及绿化方式对 PM2.5 质量浓度的影响。通过现场实测调查发现，在车流量、季节、大气温度、大气相对湿度和受体距离污染源距离这些影响因子中，对 PM2.5 质量浓度影响最大的是受体距离污染源距离，具体排序为：受体距离污染源距离＞大气相对湿度＞大气温度。其中，在街道峡谷中，当车流量在2800左右且波动幅度不大时，车流量与PM2.5的关系并不明确；大气温度和相对湿度与PM2.5的关系均存在分段现象：在大气温度不大于30℃、相对湿度不大于70%时，PM2.5的质量浓度与大气温度和相对湿度均呈显著的正相关关系；而当大气温度大于 30℃、相对湿度大于 70%时，PM2.5 的质量浓度与大气温度和相对湿度均呈显著的负相关关系。PM2.5 的质量浓度在水平方向上会随着距离的增加而衰减，但是在建筑物迎风面会形成积聚，导致在建筑前端PM2.5的浓度增加；在垂直方向上，PM2.5质量浓度变化较为复杂，由于风的爬墙效应，会带动下部污染物向中上部扩散，致使中高层建筑中上部PM2.5质量浓度不降低反而增加。　　通过模拟街道峡谷中央不同的绿化方式对 PM2.5 分布以及去除的影响发现：在街道峡谷中央布置一排乔木、灌木或是乔-灌结合的绿化方式，在水平和垂直方向上对 PM2.5 分布的影响均不大。不同的是有灌木的绿化方式会减轻甚至消除PM2.5 在建筑物前的积聚，这对优化中低层建筑的室内空气质量有重要意义。这三种绿化方式在水平方向上对PM2.5的削减作用大于垂直方向，且乔-灌结合的绿化方式对PM2.5的净化作用最显著。与街道中央无绿化时相比，乔-灌结合的绿化方式在水平方向上对PM2.5的平均净化效率为14.7%，垂直方向PM2.5的平均净化效率为4.375%。

目录

1 绪论

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2研究现状

1.2.1城市街道峡谷内空气污染物的扩散规律

1.2.2 颗粒物在街道峡谷内的扩散及分布研究现状

1.2.3 街道峡谷中绿化植物和PM2.5扩散规律的研究

1.3本文主要研究内容

2 实验设计

2.1 实验方案

2.1.1实验地点概况

2.1.2实验时间

2.1.3实验方法及实验布点

2.1.4实验仪器

2.2本章小结

3实验数据的处理、分析和讨论

3.1.1车流量的影响

3.1.2季节的影响

3.1.3空气温度的影响

3.1.4相对湿度的影响

3.1.5受体距污染源距离的影响

3.2.1 分析方法简介

3.2.2 PM2.5质量浓度影响因子分析与讨论

3.3本章小结

4 FLUENT数值模拟研究

4.1软件介绍

4.1.1 FLUENT软件适用范围

4.1.2流体力学控制方程

4.2 道路PM2.5源强

4.3 物理模型的建立

4.3.1物理模型

4.3.2网格划分

4.3.3 边界条件

4.4 气-固两相流模型

4.5 植物模型的建立

4.6.1 收敛性判断

4.6.2 街道峡谷中速度场分析

4.6.3 街道峡谷中测试点浓度与模拟值比较分析

4.7 本章小结

5绿化方式对PM2.5去除效果的模拟研究

5.1绿化模拟分析方法介绍

5.2模拟结果分析

5.2.1 无绿化对PM2.5扩散的影响

5.2.2 单排乔木对PM2.5扩散的影响

5.2.3 单排灌木对PM2.5扩散的影响

5.2.4 乔灌结合对PM2.5扩散的影响

5.3本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

附录

A. 学位论文数据集

致谢