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真实城区污染物传播的大涡模拟研究-以瑞典马尔默市为例

真实城区环境,污染物扩散,大涡模拟,湍流输送

街区尺度的污染物传播实时模拟较为困难，主要是由于城市街区建筑、植被等引起的局地风环境和污染物浓度的差异性。随着计算机资源与数值模拟理论技术的发展，计算流体力学模拟（CFD）已在城市湍流与大气环境的研究中广泛使用。但传统的CFD模拟方法计算时间较长，尤其是更准确的大涡模拟 (Large Eddy Simulation, LES) 模型计算资源是雷诺时间平均湍流模型的50-100倍，这限制了LES模拟在真实、复杂城区的应用。本研究是基于LES模拟的真实城区街区污染物的传播，模拟区域包含了真实的建筑、植被等地理信息，以及真实的风热边界条件、背景污染物和街道车辆的实时排放信息。模拟的过程中也嵌入了气溶胶模块，充分考虑了汽车尾气排放的干沉降作用。此外，本研究对于感兴趣的区域采用1米的网格，其他区域分别采用2米和8米的网格，精细化的网格系统保证了模拟的准确性，模拟总时长为1个小时。通过对湍流传输机制的分析得出，污染物在垂直方向的湍流输送远大于对于输送，其中湍流输送量占总污染物输送量的70%。本研究为真实城区湍流及污染物扩散模拟提供了较好的工具和方法，并揭示了建筑物于植被对流体湍流特性的动力影响机制及污染物扩散机理。