背風(fēng)壁面熱流對(duì)開(kāi)窗建筑顆粒傳播的影響

張甫仁,何瀟楠,李 娜,陶嘉祥,朱世保

(1.重慶交通大學(xué) 機(jī)電與汽車工程學(xué)院，重慶400074；2.重慶市地勘局南江水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)，重慶 401147)

背風(fēng)壁面熱流對(duì)開(kāi)窗建筑顆粒傳播的影響

張甫仁1,何瀟楠1,李 娜1,陶嘉祥2,朱世保2

(1.重慶交通大學(xué) 機(jī)電與汽車工程學(xué)院，重慶400074；2.重慶市地勘局南江水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)，重慶 401147)

以汽車尾氣釋放的細(xì)微顆粒作為污染物研究對(duì)象，選取某住宅小區(qū)為背景建立了相應(yīng)的物理模型。以三維湍流模型為基礎(chǔ)，采用CFD軟件在不同背風(fēng)壁面熱流密度情況下，對(duì)不同風(fēng)速、不同風(fēng)向工況下的開(kāi)窗建筑周圍流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算，分析了不同情況下顆粒濃度分布的規(guī)律。結(jié)果表明：背風(fēng)壁面有熱流的開(kāi)窗建筑，偏向風(fēng)更有利于建筑街區(qū)內(nèi)部的顆粒污染物隨風(fēng)向建筑外側(cè)的運(yùn)輸；風(fēng)速對(duì)不同位置處的顆粒的稀釋作用是有一定臨界值的，超過(guò)臨界值則會(huì)阻礙顆粒物的傳播；背風(fēng)壁面熱流所形成的熱效應(yīng)對(duì)流場(chǎng)以及污染物的影響視風(fēng)速大小不同而有所差異，對(duì)于較小風(fēng)速，顆粒污染物的傳播主要受熱泳力的驅(qū)動(dòng)，而較大風(fēng)速時(shí)，風(fēng)場(chǎng)則起著主導(dǎo)作用。

環(huán)境工程；背風(fēng)壁面，熱流密度，熱泳力，數(shù)值模擬

0 引 言

近年我國(guó)東部部分地區(qū)經(jīng)常性出現(xiàn)灰霾天，造成灰霾天的元兇則是空氣中的細(xì)微顆粒物聚集。相關(guān)研究顯示顆粒物質(zhì)的濃度與兒童肺功能下降、城市居民死亡率等的關(guān)聯(lián)性比較高[1-5]。在此背景下，顆粒污染物如何在建筑周圍傳播受到越來(lái)越多的關(guān)注。

已有相當(dāng)多的學(xué)者[6-8]對(duì)建筑空間(包括街谷與建筑群)中風(fēng)場(chǎng)對(duì)污染物擴(kuò)散、溫度場(chǎng)對(duì)污染物擴(kuò)散以及室內(nèi)外顆粒物污染特性等規(guī)律進(jìn)行了研究，且在對(duì)風(fēng)場(chǎng)的研究中還考慮到了建筑物模型。但是這些研究中都將建筑物簡(jiǎn)化為了封閉的長(zhǎng)方體，鮮有針對(duì)建筑壁面存在通風(fēng)口(門(mén)或窗口)時(shí)不同熱流密度、風(fēng)速情況下室外顆粒污染物在建筑周圍傳播規(guī)律的研究，筆者將針對(duì)這一問(wèn)題展開(kāi)討論和研究。

1 物理模型

筆者選取了對(duì)稱分布的住宅小區(qū)作為研究對(duì)象。由于該住宅小區(qū)呈對(duì)稱分布，為適用計(jì)算機(jī)的內(nèi)存容量，建立了物理模型，如圖1。

圖1 住宅小區(qū)物理模型Fig.1 Physical model of residential area

圖1中，計(jì)算模型的坐標(biāo)系中X=0位于前棟建筑的橫向中心，Y=0位于地面，Z=0位于前棟建筑迎風(fēng)面。方形建筑尺寸為45 m×15 m×15 m(長(zhǎng)×寬×高)，建筑之間街谷的寬度為20m。計(jì)算流域的尺寸如圖2。每棟建筑都布置有15個(gè)開(kāi)窗房間，房間尺寸為3 m×15 m×3 m，建筑兩側(cè)的窗口面積相等，建筑立面開(kāi)窗房間示意如圖3。根據(jù)已有的研究結(jié)果[9]，冬季建筑壁面的熱流密度很小，只考慮壁面自身散熱情況，可設(shè)定熱流密度為0；春秋兩季壁面熱流密度稍高，不可忽略，可取值為40 W/m2；而夏季太陽(yáng)輻射最強(qiáng)，壁面熱流也最高，可取70 W/m2。因此在不同壁面熱流(0，40，70 W/m2)和不同風(fēng)速(1，1.9，2.5 m/s)情況下分析熱效應(yīng)對(duì)室外顆粒污染物向室內(nèi)傳播規(guī)律的影響?？紤]到熱流密度會(huì)對(duì)流體密度產(chǎn)生影響，筆者采用Boussinesq假設(shè)，對(duì)密度僅僅考慮動(dòng)量方程中與質(zhì)量有關(guān)的項(xiàng)，其余各項(xiàng)中的密度亦作為常數(shù)。

圖2 計(jì)算區(qū)域(單位：m)Fig.2 Calculation area

圖3 建筑立面開(kāi)窗房間示意(單位：m)Fig.3 Schematic of window opening room in building facade

2 數(shù)值模型

筆者研究顆粒污染物在大氣介質(zhì)中的傳播過(guò)程，屬于兩相流研究。綜合來(lái)看，研究?jī)上嗔鞯姆椒ǎ壳按嬖?種：歐拉-歐拉、歐拉-拉格朗日、拉格朗日-拉格朗日法等。筆者將采用歐拉-拉格朗日方法，將氣體設(shè)定為連續(xù)相，顆粒設(shè)定為離散相，來(lái)研究建筑空間中顆粒污染物的傳播特性。

2.1 連續(xù)相模型(標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型)

標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型的基礎(chǔ)是渦黏模型，并且有別于代數(shù)模式，其在渦黏系數(shù)中增加了部分歷史效應(yīng)。通過(guò)這種方法考慮渦黏系數(shù)和湍動(dòng)能及湍動(dòng)能耗散的關(guān)系，采用量綱分析的方法，可以將渦粘系數(shù)寫(xiě)作：

(1)

式中：Cμ是無(wú)量綱系數(shù)。

2.2 離散相(DPM)模型

Fluent中的離散相模型假定第二相(分散相)非常稀薄，因而顆粒-顆粒之間的相互作用、顆粒體積分散對(duì)連續(xù)相的影響均未加以考慮。這樣就能模擬分散相質(zhì)量流率不小于連續(xù)相的流動(dòng)[10]。

對(duì)于穩(wěn)態(tài)離散相的設(shè)定求解的過(guò)程一般如下：

1) 求解連續(xù)相流場(chǎng)；

2) 創(chuàng)建離散相噴射源(射流源)；

3) 求解耦合流動(dòng)；

4) 用Plot或Report圖形界面跟蹤離散相。

對(duì)于非穩(wěn)態(tài)離散相的設(shè)定、求解的過(guò)程如下：

1) 創(chuàng)建離散相噴射入口；

2) 初始化流場(chǎng)；

3) 設(shè)定求解的時(shí)間步數(shù)和時(shí)間步長(zhǎng)。

2.3 邊界條件的設(shè)定

文中顆粒源為1m寬的面源，位于街谷中央，顆粒源的質(zhì)量流量為3g/s，由于顆粒污染物選取室外PM2.5，因此顆粒粒徑選取2.5，1.0，0.1μm等3種，顆粒密度1 550kg/m3。采用數(shù)值方法模擬計(jì)算的邊界條件設(shè)置如下：

連續(xù)相邊界條件：連續(xù)相數(shù)學(xué)模型選用適用范圍廣、計(jì)算精度高的標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型(雙方程模型)。對(duì)整個(gè)計(jì)算域來(lái)說(shuō)，入口采用UDF根據(jù)風(fēng)速隨高度變化曲線編寫(xiě)的速度廓線，其中地面粗糙度m=0.237 5,并設(shè)置為速度入口。出口和計(jì)算域上部截面采用壓力出口，計(jì)算區(qū)域前后側(cè)面采用對(duì)稱邊界，所有建筑壁面以及地面采用無(wú)滑移邊界條件。求解器選擇定常壓力求解器。

離散相邊界條件：壁面對(duì)稱面均為反射邊界條件，并且恢復(fù)系數(shù)均為1.0，速度入口、壓力出口均采用逃逸邊界條件。粒子追蹤選擇非定常追蹤。

3 模擬計(jì)算結(jié)果及分析

3.1 對(duì)建筑周圍流場(chǎng)分布的影響

對(duì)比分析不同風(fēng)速、不同建筑背風(fēng)側(cè)壁面熱流情況下，Y=3.4m截面的流場(chǎng)分布情況。

圖4是壁面無(wú)熱流情況不同風(fēng)速流場(chǎng)。從圖4中可以看出，3種風(fēng)速情況下，其流場(chǎng)分布類似。建筑街谷內(nèi)部以及建筑兩側(cè)都有渦流產(chǎn)生，并且越靠近建筑橫向邊緣所形成的漩渦越明顯。在通風(fēng)室內(nèi)，流經(jīng)房間的風(fēng)的速度很小，風(fēng)速為1m/s的情況不足0.4m/s，風(fēng)速為1.9m/s的情況不足0.5m/s，風(fēng)速為2.5m/s的情況不足0.8m/s。只在迎風(fēng)側(cè)建筑的背風(fēng)室內(nèi)，由于建筑街谷順時(shí)針渦流以及室內(nèi)自身存在的渦流共同作用，其流過(guò)的風(fēng)速稍高。隨風(fēng)速增加，建筑周圍流場(chǎng)擾動(dòng)加強(qiáng)，街谷內(nèi)部渦流也隨之更加靠近背風(fēng)側(cè)建筑，通風(fēng)室內(nèi)房間的氣流速度也有所增加。

圖4 壁面無(wú)熱流情況不同風(fēng)速流場(chǎng)Fig.4 Flow field diagram at different wind speed of case without heat flux

圖5是壁面熱流為40 W/m2情況不同風(fēng)速流場(chǎng)。在Y=3.4 m截面上，通過(guò)觀察可以發(fā)現(xiàn)，風(fēng)速為1 m/s時(shí)，街區(qū)兩側(cè)無(wú)明顯的渦流，反而內(nèi)部受熱羽流的影響只在靠近迎風(fēng)側(cè)建筑背風(fēng)面附近形成較小的漩渦。隨風(fēng)速增加，街區(qū)兩側(cè)會(huì)形成兩個(gè)明顯的主漩渦。并且其分布情況與圖4(b)相似，不同的是，由于迎風(fēng)側(cè)建筑的背風(fēng)面有一定的熱流密度，在水平方向上存在溫度梯度，高溫區(qū)域流體膨脹，區(qū)域流體收縮，這樣就產(chǎn)生了較強(qiáng)的氣流交換，增加了流體之間的擾動(dòng)，進(jìn)而使建筑街谷內(nèi)部的空氣流速增大，速度大于0.5 m/s的流場(chǎng)區(qū)域擴(kuò)大。

圖5 壁面熱流為40 W/m2情況不同風(fēng)速流場(chǎng)Fig.5 Flow field diagram at different wind speed of case with heat flux of 40 W/m2

圖6是壁面熱流為70 W/m2情況不同風(fēng)速流場(chǎng)。風(fēng)速為1 m/s時(shí)，熱羽流與街區(qū)內(nèi)以及外部的對(duì)流交換增強(qiáng)，致使高速區(qū)集中在靠近建筑中心面處的位置，并且形成兩個(gè)明顯的渦流，出現(xiàn)分流的現(xiàn)象。隨風(fēng)速增大，在風(fēng)速為1.9以及2.5 m/s時(shí)，分流現(xiàn)象消失，只在兩側(cè)有渦流形成。

圖6 壁面熱流為70 W/m2情況不同風(fēng)速流場(chǎng)Fig.6 Flow field diagram at different wind speed of case with heat flux of 70 W/m2

綜合比較4～圖6，從每一截面高度處的流場(chǎng)分布都可以看出，壁面熱流密度一定時(shí)，風(fēng)速越大，建筑街谷以及通風(fēng)室內(nèi)的流場(chǎng)擾動(dòng)越強(qiáng)，在通風(fēng)室內(nèi)產(chǎn)生的氣流速度也越大。風(fēng)速一定時(shí)，背風(fēng)壁面熱流密度對(duì)建筑周圍流場(chǎng)的影響視風(fēng)速大小而有所差異。較小風(fēng)速時(shí)，背風(fēng)壁面受熱形成的熱羽流對(duì)風(fēng)場(chǎng)影響明顯，隨熱流密度增加，建筑街區(qū)內(nèi)部的渦流很明顯地向中心面靠近，并出現(xiàn)分流的趨勢(shì)，通風(fēng)房間室內(nèi)的風(fēng)速也有所增加。較大風(fēng)速時(shí)，壁面熱流密度對(duì)流場(chǎng)的影響不再明顯，各壁面熱流密度時(shí)的流場(chǎng)分布相似，只在街區(qū)內(nèi)部流速稍高的區(qū)域有所增加。

3.2 對(duì)建筑周圍顆粒物濃度分布的影響

背風(fēng)壁面熱流不同情況下形成的流場(chǎng)分布,會(huì)直接影響到建筑街谷內(nèi)細(xì)微顆粒在室內(nèi)和室外的擴(kuò)散傳播。為了研究不同季節(jié)其規(guī)律，筆者對(duì)不同風(fēng)速、建筑壁面熱流情況下，建筑周圍顆粒物濃度的分布情況(顆粒物濃度為在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體每單位體積含塵重量數(shù))進(jìn)行了研究。選取的研究剖面為Y=3.4，8.2，13.0 m這3種帶有開(kāi)窗的典型剖面。

圖7是壁面無(wú)熱流情況不同風(fēng)速顆粒濃度分布。觀察Y=3.4 m截面上的3幅圖可以看出，在建筑橫向的兩側(cè)邊緣均有渦流產(chǎn)生，并且街谷內(nèi)部的污染源對(duì)迎風(fēng)側(cè)建筑通風(fēng)室內(nèi)幾乎沒(méi)影響，只對(duì)背風(fēng)側(cè)建筑有通風(fēng)的房間造成污染。屋頂風(fēng)速較小的情況，污染物形成的渦流在兩棟建筑的中間位置，并且在迎風(fēng)側(cè)建筑背風(fēng)面的位置濃度較高，隨風(fēng)速增加，正X方向上的渦流向背風(fēng)側(cè)建筑移動(dòng)，負(fù)X方向上的渦流向迎風(fēng)側(cè)建筑移動(dòng)。風(fēng)速為1 m/s時(shí)由于建筑兩側(cè)有繞流，顆粒主要隨流場(chǎng)直接從建筑兩側(cè)向前傳播，對(duì)室內(nèi)污染程度較低，而建筑中部風(fēng)速較低，進(jìn)入室內(nèi)的顆粒也比較少。然而，風(fēng)速為1.9 m/s時(shí)建筑周圍整體風(fēng)速較高，橫向兩側(cè)雖有繞流，但因流經(jīng)室內(nèi)的風(fēng)速稍高，并且與街谷內(nèi)部的渦流共同作用，致使顆粒污染物進(jìn)入室內(nèi)，對(duì)室內(nèi)空氣造成污染，建筑中部也由于風(fēng)壓的作用，只能從室內(nèi)通過(guò)，因此也有一定程度的污染，只是較邊緣建筑污染程度稍低。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到2.5 m/s時(shí)，背風(fēng)建筑通風(fēng)房間的受到污染的范圍有所擴(kuò)張，并且建筑橫向兩側(cè)顆粒的濃度有所降低，相反，街區(qū)中部顆粒濃度反而比風(fēng)速為1.9 m/s時(shí)有所增加。再觀察Y=8.2 m截面上不同風(fēng)速情況的顆粒濃度分布，依然是邊緣區(qū)域濃度較高，中間位置濃度較低，但相比與Y=3.4 m截面上不同風(fēng)速下的顆粒濃度，顆粒已經(jīng)有向中間部位聚攏的趨勢(shì)。Y=13 m截面上不同風(fēng)速情況下的顆粒濃度與Y=8.2 m的情況相似，其規(guī)律具有一致性。

圖7 壁面無(wú)熱流情況不同風(fēng)速顆粒濃度分布Fig.7 Particle concentration diagram at different wind speed of case without heat flux

圖8是壁面熱流為40 W/m2情況下不同風(fēng)速顆粒濃度分布。每一高度截面上3種風(fēng)速情況的顆粒濃度分布差別較大，這主要是因?yàn)轱L(fēng)速較低時(shí)，建筑壁面受熱形成的熱羽流的影響顯著，顆粒的運(yùn)動(dòng)主要受熱泳力的驅(qū)動(dòng)，從溫度較高的區(qū)域向溫度較低的區(qū)域移動(dòng)，因此背風(fēng)壁面處的顆粒濃度較高，向街區(qū)內(nèi)部傳播的速度較慢。而風(fēng)速較高時(shí)，熱泳力作用不如風(fēng)場(chǎng)作用明顯，顆粒傳播主要隨風(fēng)場(chǎng)運(yùn)動(dòng)，因此整體來(lái)看傳播到街區(qū)內(nèi)部的顆粒濃度要高一些。

圖8 壁面熱流為40 W/m2不同風(fēng)速顆粒濃度分布Fig.8 Particle concentration diagram at different wind speed of case with heat flux of 40 W/m2

圖9是壁面熱流為70 W/m2情況不同風(fēng)速顆粒濃度分布。分別觀察Y=3.4，8.2，13.0 m剖面上的濃度分布，不同風(fēng)速情況下其顆粒濃度分布與圖8相應(yīng)情況下的相似，但是由于背風(fēng)壁面熱流更大，因此顆粒的熱泳現(xiàn)象更加顯著。3種風(fēng)速情況下進(jìn)入背風(fēng)建筑通風(fēng)房間的顆粒濃度都比低壁面熱流密度的情況稍高，建筑街區(qū)內(nèi)部停留的顆粒也相對(duì)減少。

圖9 壁面熱流為70 W/m2不同風(fēng)速顆粒濃度分布Fig.9 Particle concentration diagram at different wind speed of case with heat flux of 70 W/m2

綜合比較圖7～圖9，建筑街區(qū)內(nèi)部的污染物主要對(duì)背風(fēng)建筑橫向兩側(cè)的通風(fēng)房間造成污染。背風(fēng)壁面無(wú)熱流時(shí)，隨風(fēng)速增加，建筑街區(qū)內(nèi)部的渦流逐漸從中間位置向兩側(cè)靠近建筑的方向移動(dòng)，并且對(duì)背風(fēng)建筑的污染區(qū)域逐漸從橫向兩側(cè)向中間部位擴(kuò)張，顆粒濃度也有所增加：當(dāng)風(fēng)速增加到一定程度時(shí)，街區(qū)橫向兩側(cè)顆粒污染物濃度降低，顆粒向街區(qū)中部聚集，濃度增加。背風(fēng)壁面有熱流時(shí)，較低風(fēng)速情況下，顆粒的傳播主要受熱羽流而產(chǎn)生的熱泳力的驅(qū)動(dòng)，從溫度較高的區(qū)域向溫度較低的區(qū)域移動(dòng)，風(fēng)場(chǎng)的作用相對(duì)較小。隨背風(fēng)壁面熱流密度增加，顆粒熱泳作用加劇，顆粒從迎風(fēng)側(cè)建筑背風(fēng)面向背風(fēng)側(cè)建筑的擴(kuò)散速度增加，致使街區(qū)內(nèi)部顆粒分布稀疏，有利于街區(qū)污染物的擴(kuò)散；而進(jìn)入背風(fēng)側(cè)建筑通風(fēng)室內(nèi)的濃度增大，使對(duì)背風(fēng)側(cè)建筑的污染加重。而較高風(fēng)速情況下，熱泳力的影響較弱，顆粒傳播主要受風(fēng)場(chǎng)的作用，隨空氣流動(dòng)而擴(kuò)散，同時(shí)受熱泳力的輔助影響，隨壁面熱流增加，街區(qū)內(nèi)部的顆粒較容易被稀釋，而背風(fēng)側(cè)建筑橫向兩側(cè)通風(fēng)房間的污染程度增加。

4 結(jié) 論

1)從流場(chǎng)分布來(lái)看，對(duì)于一定背風(fēng)壁面熱流的風(fēng)場(chǎng)，隨風(fēng)速增加，其風(fēng)場(chǎng)流動(dòng)性增強(qiáng)。對(duì)于一定風(fēng)速的風(fēng)場(chǎng)，背風(fēng)壁面熱流對(duì)流場(chǎng)的影響視風(fēng)速大小而不同，較低風(fēng)速時(shí)，隨背風(fēng)壁面熱流增加，風(fēng)場(chǎng)流動(dòng)性增強(qiáng)，流向通風(fēng)室內(nèi)的風(fēng)速也有所增加。較高風(fēng)速時(shí)，其熱效應(yīng)對(duì)流場(chǎng)的影響則不明顯。

2)從顆粒濃度分布來(lái)看，一定的背風(fēng)壁面熱流時(shí)，隨風(fēng)速增加，顆粒隨風(fēng)運(yùn)動(dòng)向背風(fēng)側(cè)建筑的速度加快，使背風(fēng)側(cè)建筑通風(fēng)房間容易受到污染；但對(duì)于街區(qū)內(nèi)部的顆粒污染物來(lái)說(shuō)，當(dāng)風(fēng)速增加到一定范圍時(shí)，其對(duì)邊緣區(qū)域的污染物稀釋作用明顯，對(duì)中部的污染物稀釋有阻礙作用。低風(fēng)速情況下，顆粒污染物的傳播主要受熱效應(yīng)的影響。在熱泳力的驅(qū)動(dòng)下，顆粒從溫度較高的區(qū)域向溫度較低的區(qū)域運(yùn)動(dòng)，對(duì)背風(fēng)側(cè)建筑通風(fēng)房間造成污染。壁面熱流越大，顆粒向背風(fēng)建筑的運(yùn)動(dòng)越劇烈，受污染程度也越大。而高風(fēng)速情況下，顆粒污染物的傳播過(guò)程中流場(chǎng)的影響起主導(dǎo)作用，熱效應(yīng)起輔助影響作用。

[1] 何勇,吳亞坤,陳昌鳴,等.2001—2010重慶主城區(qū)空氣質(zhì)量變化趨勢(shì)[J]. 重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2012,31(5):1058-1061. HE Yong,WU Yakun,CHEN Changming, et al.Study on air quality change trend in Chongqing downtown area in the last ten years[J].JournalofChongqingJiaotongUniversity(NaturalScience), 2012, 31(5): 1058-1061.

[2] 蔡曉華,何杰,王軼,等. 交通管理與控制對(duì)城市隧道機(jī)動(dòng)車尾氣排放的影響[J]. 重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2012,31(6):1198-1202. CAI Xiaohua,HE Jie,WANG Yi, et al. Impact of traffic management and control on vehicle exhaust emission within urban tunnel[J].JournalofChongqingJiaotongUniversity(NaturalScience),2012,31(6):1198-1202.

[3] 蔡歡歡.建筑物附近顆粒污染物分布規(guī)律的研究[D].上海:東華大學(xué).2008. CAI Huanhuan.InvestigationsontheSpatialDistributionofParticlePollutantConcentrationNearBuildings[D]. Shanghai: Donghua University,2008.

[4] 吳國(guó)平,胡偉,滕恩江, 等.我國(guó)四城市空氣中PM2.5和PM10的污染水平[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué),1999,19(2):133-137. WU Guoping, HU Wei, TENG Enjiang, et al. PM2.5and PM10pollution level in the four cities in China[J].ChinaEnvironmentalScience, 1999, 19(2):133- 137.

[5] KITTELSON D B. Engines and nanoparticles: areview[J].JournalofAerosolScience,1998,29(5/6):575-588.

[6] 張小偉.住宅小區(qū)污染物擴(kuò)散的數(shù)值模擬分析[J].低溫建筑技術(shù),2008,26(1):121-123. ZHANG Xiaowei. Numericle simulation and analysis of pollutant dispersion in the resident district[J].LowTemperatureArchitectureTechnology,2008.26(1):121-123.

[7] 付志民,孫在.街道峽谷內(nèi)細(xì)微顆粒物擴(kuò)散特性的DPM數(shù)值模擬[J].中國(guó)計(jì)量學(xué)院學(xué)報(bào),2011,22(4):322-326. FU Zhiming,SUN Zai. Numerical simulation of fine particles dispersion in urban street canyon based on DPM model[J].JournalofChinaUniversityofMetrology,2011,22(4):322-326.

[8] 王文龍. 大氣風(fēng)場(chǎng)模型研究及應(yīng)用[D].長(zhǎng)沙:國(guó)防科技大學(xué),2009. WANG Wenlong.AtmosphericWindFieldModelingandItsApplication[J]. Changsha:National University of Defense Technology, 2009.

[9] 劉樹(shù)華,李潔,文平輝.城市及鄉(xiāng)村大氣邊界層結(jié)構(gòu)的數(shù)值模擬[J].北京大學(xué)學(xué)報(bào),2002,38(1):90-97. LIU Shuhua,LI Jie,WEN Pinghui. Boundary-layer structure over urban and rural areas[J].ActaScicentiarumNaturalumUniversitisPekinesis,2002,38(1):90-97.

[10] 羅昔聯(lián),顧兆林.基于DPM模型的街谷內(nèi)顆粒物擴(kuò)散特性研究[J].中國(guó)科學(xué)院研究生院學(xué)報(bào),2007,24(5):578-583. LUO Xilian,GU Zhaolin. Study of aerosol dispersion in urban street canyon based on DPM model[J].JournaloftheGraduateSchooloftheChineseAcademyofSciences,2007,24(5):578-583.

The Effect of the Leeward Wall Heat Flux on the Particle Concentration Distribution of the Buildings

ZHANG Furen1, HE Xiaonan1, LI Na1,TAO Jiaxiang2, ZHU Shibao2

(1.School of Mechanical and Electrical Engineering, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074,P.R.China; 2.Nanjiang Hydrogeological and Engineering Geological Party，Chongqing 401147，P.R.China)

A physical model was established by choosing some residential area as example to study the pollutant of fine particles existing in vehicle exhaust gas. Based on three-dimensional turbulant model and by use of CFD software, air flow field surrounding window-opened building under such conditions of different leeward wall surface heat flow density, under different wind velocity and different wind loading cases was simulated and calculated by numerical model.The law of the particle concentration distribution under different situations was analyzed. The results show that for the window-opened building with its leeward wall surface with heat flow, yaw wind facilitates more in transporting the particle pollutants along with the wind from interior of building street to outside the building area. A certain critical value exists for wind effect in diluting particles at different locations and any exceeding of the critical value will block the spreading of the particles. The thermal effect field formed by leeward wall surface heat flux and impact on pollutants vary depending on wind speeds. In case of smaller wind speed, the spreading of particle pollutants primarily is driven by thermophoretic force, while for greater wind speed, the wind field dominats.

environment engineering; leeward; heat flux density; thermophoretic force; numerical simulation

10.3969/j.issn.1674-0696.2016.05.21

2015-07-01；

2016-01-12

張甫仁(1975—)，男，四川南充人，教授，博士后，主要從事暖通與熱能領(lǐng)域方面的研究。E-mail:zh_feixue@163.com。

X502

A

1674-0696(2016)05-103-07