[發明專利]一種城市連續峽谷街道內流場及污染物擴散研究實驗裝置

有效

• 申請號: 201610019588.4
• 申請日: 2016-01-08
• 公開（公告）號: CN105675244B
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發明（設計）人: 唐飛;楊冰健;石琴;胡隆華
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G01M9/00
• 分類號: G01M9/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司11251
• 代理人: 楊學明,顧煒

技術領域

本發明涉及城市街谷污染物擴散領域，具體的涉及一種城市連續峽谷街道內流場及污染物擴散研究實驗裝置。

背景技術

隨著城市化進程的快速推進，城市高層建筑群逐漸增多。城市覆蓋層內相鄰高層建筑物與地面圍合形成的類似“街道峽谷”的空間，稱之為城市街道街谷，簡稱“街谷”。街谷是城市的基本構成單元，受建筑高度、密度和容積率的影響，不同高寬比的建筑群構成的街谷形態各異，在很大程度上影響了街谷內的流場；當大氣環境中的來流風垂直于城市街谷軸線時，會在城市街谷內部形成渦旋，而渦旋的特征，一般由建筑物高度和街谷寬度比值起著主要影響作用。另外，機動車尾氣排放在街道中行駛所產生的氣流與熱量，因為建筑群的風阻塞效應，街谷內部會出現尾氣滯流的現象，進而導致城市街谷內通風不暢，散熱緩慢、空氣混濁等環境問題。近年來隨著城市霧霾的持續影響，城市街谷內流場和機動車尾氣擴散研究成為人們關心的焦點，國內外大量學者通過現場觀測，風洞、水槽等物理模擬試驗和數值計算來研究城市街谷內尾氣流場和污染物擴散規律進行了大量研究，取得了較大進展，這類研究對于城市建筑風工程、建筑設計以及污染物擴散研究具有重要科學意義。

但是在當前有關城市街谷內流場及污染物擴散特性的研究主要集中在機動車尾氣擴散領域，均沒有考慮強熱浮力源效應，在城市街谷內存在環境風和燃燒強熱浮力源耦合作用下，街谷內的流場結構及污染物擴散具有不同于常規無熱浮力源及日光均勻加熱地面條件下的行為模式及特征。人們對這種城市街谷內發生如火災時的燃燒強熱浮力源情況下的流場顯示及典型污染物擴散特性規律缺乏深入了解，尤其是針對連續街谷情況，外界環境風所產生的渦旋效應會將污染物卷進臨近街谷內，這將可能會導致更大的災害。而現有的現場觀測又受到氣象條件影響，邊界條件難以控制，無法做到精確測量，同時也受到交通環境制約，交通車流量很大的街谷內進行流場觀測存在一定的難度。對正處于建筑規劃設計階段的建筑群，進行事先的觀測是不切實際的，只能做一些數值計算，但大尺度街谷內流場及污染物擴散特性數值模擬仿真存在一定的誤差，而建造大尺寸的街谷內流場及污染物擴散研究實驗平臺是比較耗費財力和代價的，同時實驗邊界條件也難以精確控制，因此急需建立相關物理實驗平臺展開研究，對科學設計城市街谷內大尺度火災等突發事故情況下城市污染物擴散的應急響應與決策具有重要參考意義。

發明內容

為了研究環境風和燃燒強熱浮力源耦合作用下城市連續街谷內流場及典型污染物擴散規律，本發明提供一套可以研究城市連續街谷內存在燃燒強熱浮力源情況下流場及典型污染物擴散規律特征的實驗裝置。

為達到上述目的，本發明所采用的技術方案為：一種城市連續峽谷街道內流場及污染物擴散研究實驗裝置，所述的實驗裝置分為5個部分，即風洞機構、連續街谷機構、煙氣流場示蹤機構、街谷底板加熱機構和多參數測量機構；其中，

所述的風洞機構包括設有簡易隧道結構和縱向通風裝置，縱向通風裝置包括二個以上的變頻風機和二個以上的導流風管，形成蜂窩狀結構，為連續峽谷街道提供穩定的環境風，可用由二個以上的風速探頭進行標定；

所述的連續街谷機構包括2個街道峽谷，第一個街谷是上游建筑和中間建筑之間的峽谷，第二個街谷是中間建筑和下游建筑之間的峽谷；上游建筑、中間建筑、下游建筑和底板共同組成連續街谷機構，其中上游建筑、中間建筑和下游建筑是用透明防火玻璃構成，底板由耐火磚構成；

所述的煙氣流場示蹤機構包括偏光激光源、發煙裝置；其中偏光激光源產生偏光束，在發煙裝置中燃燒煙餅或檀香，產生的煙顆粒在熱量的驅動下，沿設計路線蔓延，再用數碼攝像機拍攝連續街谷內由偏光激光源照亮的示蹤粒子擴散圖像；

所述的街谷底板加熱機構是在底板中等間距布置碳硅加熱棒，均勻加熱連續街谷底板，用于模擬不同太陽輻照加熱街谷地面的場景；

所述的多參數測量機構包括數碼攝像機、熱電偶和一氧化碳探頭；所述數碼攝像機用于拍攝街谷內煙氣，觀察記錄煙氣流動擴散特性；所述的熱電偶位于火源上方、上游建筑背風面、中間建筑兩側和下游建筑迎風面，豎向等間距設置，用于檢測不同環境風作用下連續街谷內不同部位的火羽流溫度；所述一氧化碳探頭用于測量街谷內一氧化碳濃度，設置在兩個街谷內中間位置。

其中，所述上游建筑、中間建筑和下游建筑的高度、寬度和長度可調節，用于模擬不同高寬比的街道峽谷。

其中，所述街谷的寬度可變化，用于模擬不同寬度的街道峽谷內流場顯示和污染物擴散特征。