温度对住宅区气体污染物扩散的影响

摘要温度在气体污染物扩散的过程中起一定的作用。在现实生活中，由于日晒和地表辐射的存在，使得地面、建筑物外表面都与空气存在一定的温差。温差的存在会改变地表及壁面附近的流场，从而对住宅区污染物的扩散产生影响。利用理论推导对热力因素及扩散因素的关系进行了研究，并且与数值模拟的试验结果进行比较。结果发现理论推导与试验结果整体趋势相一致。这表明在与无温差情况相比较，温差存在时，地表及壁面附近流场更加紊乱；温差与气体污染物的扩散具有正相关性，对住宅区污染物的稀释起积极作用。

关键词温度；住宅区；气体污染物；理论推导；数值模拟

中图分类号S181.3文献标识码A文章编号0517-6611（2014）21-07159-02

Impact of Temperature on Diffusion of Gaseous Pollutants in Residential Area

YUE Honglei（School of Mechanical and Electrical Engineering， Chongqing Jiaotong University， Chongqing 400074）

Abstract Temperature plays an important role in the diffusion of gaseous pollutants. In real life， air temperature is different with the air temperature close to the ground and the air near outer surface of the buildings owing to the radiation of the sun. Temperature differences alter the flow field near the wall surface and ground， thus having an impact on the diffusion of pollutants in residential areas. The relationship between thermal diffusion factors and diffusion coefficients were studied by theoretical analysis. Compared with the result of the numerical simulation they turn out to be identical. The result showed that： when temperature differences exist， the flow field near the ground and the walls of buildings is more disordered； the temperature difference has a positive correlation with the diffusion of gaseous pollutants， it plays a positive role in diluting gaseous pollutants of residential areas.

Key words Temperature； Residential area； Gaseous pollutants； Theoretical derivation； Numerical simulation

由于中国工业的迅速发展和城镇化的推进，机动车辆的数目不断攀升，给城市居民的生活造成不利影响。所以，许多学者研究了城市街道峡谷的气体污染物的扩散[1]，也有一部分学者研究了住宅区的情况，但是这些研究很少考虑到温差的存在[2-3]。一般情况下，城市路面和空气会有较大温差存在；住宅区地面部分由绿地覆盖，温差相对较小，总体来说温差在5～20 ℃[4]。由于住宅区建筑密集，多壁面温差的存在给整个流场产生很大的影响。该研究将对温度变化时污染气体的扩散进行研究。

1理论推导温度与传热系数的关系

1.1理论基础利用Kihara的第一相似理论和查普曼理论，可以推导出扩散系数和温度的关系式，这个关系式适用于常温到2 000 K的温2.3模拟结果与结论由图2可以看到，在一排建筑前后侧都存在一个湍流漩涡，但是这些漩涡的大小不一。由于建筑物的遮挡作用，污染物在建筑群内堆积。由图3可见，建筑第一排、第二排都有明显的湍流漩涡，整个建筑区的污染物扩散区域扩散，浓度降低。相比较无温差情况下，有温差时，由于浮升力对气体污染物的抬升作用，使得整个区域的湍流运动更加剧烈；主涡旋流场的尺度也有所增大，气流的起伏增强；对于整个建筑区而言污染物浓度有所下降。

图2无温差时住宅区污染物浓度分布图3温差为3 ℃时住宅区污染物浓度分布3结论

（1）当地表及壁面附近无温差作用时，气温层处于稳定状态，对于污染气体的流动有阻碍作用[4]；在居民区建筑群中湍流强度相对较小，在建筑物的前方及后方会产生一个尺寸较小的湍流漩涡；对于纵剖方向上，建筑后污染物扩散偏离地面较低，稀释效果相对较差。

（2）当地表及壁面附近有温差时，由于温度产生的浮升力作用，气温层不稳定，从而促进气体污染物的扩散[3]；与无温差相比，住宅区建筑群中的湍流强度增大，湍流漩涡的数目和尺寸增大；在纵剖方向上，地表附近的污染物浓度降低，前后建筑间的污染物浓度也降低，从而使住宅区建筑环境得到改善。

（3）理论研究与数值模拟结果整体一致[12-13]，表明温差的存在有利于污染气体传递到建筑群外。

参考文献

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