城市街谷型交叉口内汽车尾气污染的试验及数值模拟研究

论文摘要

随着城市汽车保有量的不断增大,汽车尾气已成为导致城市环境空气质量急剧恶化的重要原因之一,加之城市道路两侧的建筑物朝高大、密集化方向发展,阻碍汽车尾气向街道峡谷外部大气扩散,很容易造成尾气浓度超标,进而损害行人的身体健康。目前,有关汽车尾气污染防治研究方法主要是风洞试验-数值模拟结合和现场试验-数值模拟结合。受风洞试验周期长、成本高的限制,本文主要采用现场试验和数值模拟对道路交叉口内汽车尾气所造成的污染状况进行研究。道路交叉口是城市中比较普遍的交通路段形式,是交通污染问题较为突出的区域,具有车流量大、人群密集和建筑林立的特点。道路交叉口处汽车尾气污染与周围建筑物几何外形、局地气象要素和汽车排放源强密切相关。本文立足于西安市道路交叉口实际情况,对周围建筑物布局进行调研,分析总结具有典型代表性的城市道路交叉口;通过与风洞试验结果进行对比验证,获取适合于道路交叉口内部风场数值模拟研究的湍流模型和数值计算方法,得到合理的测点布置方案;并对内部交通污染物(PM10)的变化规律进行现场试验,探讨造成该处PM10浓度污染的主因;运用AP-42法和燃料估算法估算交通道路的PM10排放源强,为后续的典型道路交叉口内部PM10污染预测数值模拟研究提供基础数据。研究结果表明,西安市道路交叉口周围建筑物平均高度具有两种典型分布特征;数值模拟建筑物绕流时,建议优先采用Realizable k湍流模型;在常年主导风向条件下,典型道路交叉口内部容易形成不利于污染物扩散的驻留式涡旋;气象要素对交通道路PM10排放源强存在两方面的影响,湿度影响PM10源强的大小,气温和风速则影响PM10源强的扩散;道路交叉口内粒径小于1微米的细小颗粒物主要来源于交通排放,PM10质量浓度与交通车流量的关系微弱,而与这部分细小颗粒的粒子数浓度关系明显,道路交叉口处PM10浓度污染本质上是细小颗粒物的数浓度污染;交通排放与高湿度是造成PM10污染的主因,局部风速与PM10浓度随时间变化的非线性特征明显,主要是由周围建筑外形干扰气流造成的;使用天然气作为车用燃料可大量降低汽车本体PM10排放量,但西安市大气中PM10背景浓度本身就偏高并大量沉积于交通道路表面,造成PM10扬尘排放量显著高于汽车本体。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 主要符号表
• 1 绪论
• 1.1 课题研究意义、国内外研究现状及水平
• 1.1.1 课题研究意义
• 1.1.2 国外研究现状及水平
• 1.1.3 国内研究现状及水平
• 1.2 本文研究内容
• 2 大气边界层基本特征
• 2.1 大气空间结构
• 2.2 近地层风速分布规律
• 2.2.1 中性层结时平均风速的垂直分布
• 2.2.2 非中性层结时平均风速的垂直分布
• 2.3 城市微气候
• 2.4 本章小结
• 3 典型道路交叉口实地调查研究
• 3.1 西安市气象条件及地理环境
• 3.1.1 气候条件
• 3.1.2 地理环境
• 3.2 结果与分析
• 3.3 本章小结
• 4 典型道路交叉口内部流场特征的数值模拟
• 4.1 湍流模型选取
• 4.1.1 风洞试验及数值计算
• 4.1.2 结果验证及流场对比
• 4.2 交叉口模型的简化
• 4.3 数值计算模型的确定
• 4.4 结果与讨论
• 4.5 本章小结
• 5 典型道路交叉口现场试验研究
• 5.1 监测方案
• 5.1.1 监测地点
• 5.1.2 采样点设置
• 5.1.3 监测方法
• 5.2 现场交通调查结果
• 5.2.1 车辆类型
• 5.2.2 交通车流量
• 5.3 现场试验结果与分析
• 10 浓度变化规律及成因'>5.3.1 PM₁₀浓度变化规律及成因
• 10 浓度与局部风速的关系'>5.3.2 PM₁₀浓度与局部风速的关系
• 10 浓度与局部气温的关系'>5.3.3 PM₁₀浓度与局部气温的关系
• 10 浓度与局部湿度的关系'>5.3.4 PM₁₀浓度与局部湿度的关系
• 10 浓度与交通车流量的关系'>5.3.5 PM₁₀浓度与交通车流量的关系
• 5.3.6 多因素影响的显著性分析
• 5.4 本章小结
• 10 交通排放源强研究'>6 典型道路交叉口PM₁₀交通排放源强研究
• 6.1 汽车二次扬尘排放源强
• 6.2 汽车本体排放源强
• 6.3 本章小结
• 7 结论
• 致谢
• 参考文献
• 在读期间取得的研究成果