考虑动态交通流影响的城市高架桥附近流场数值模拟方法技术

本发明专利技术提供一种考虑动态交通流影响的城市高架桥附近流场数值模拟方法，该方法主要针对高架桥道路场景进行简化的物理模型构建，将交通流的动态特性进行物理参数化的表征，采用计算流体力学方法，对实际道路场景中流场进行数值模拟；首先将实际交通场景进行简化的模型构建；其次利用湍流脉动物理量参数化地表征交通流的动态特性；然后将交通流引起的湍流脉动量加载到计算流体力学的求解方程对流场进行模拟；最后以流场矢量图和速度分布云图展示道路场景中的流场情况和扩散条件，可以为城市污染热点区域的空气污染评估提供依据，并为城市交通规划和空气环境改善提供有效参考。

【技术实现步骤摘要】
考虑动态交通流影响的城市高架桥附近流场数值模拟方法
本专利技术涉及道路交通与环境领域，更具体地，涉及一种考虑动态交通流影响的城市高架桥附近流场数值模拟方法。
技术介绍
我国城市机动车尾气污染问题日益突出，严重影响城市空气质量。随着对工业源和生活源污染控制工作的有效开展，机动车将成为城市完成空气质量考核及改善人居环境的重要治理对象。上述空气污染通常在城市一般区域，即离道路较远的位置所监测，但城市道路两侧区域(如交叉口、街道型峡谷、高架桥)的空气污染往往更为严重，而往往这些区域又是人流密集区域，因此，城市道路附近的空气质量对城市居民健康影响尤为重要。机动车尾气污染物在的扩散和分布主要受道路扩散条件的影响，也即空气流场影响。在过去十几年里，城市土地资源日益紧张，高架桥成为解决我国日益严重的城市交通拥堵问题的重要手段。与一般道路和峡谷型道路相比，因高架桥独特的物理结构、以及抬升高度的交通源影响，高架桥这样的道路形态带来的流场和污染分布更为复杂。通过数值模拟手段，获取高架桥附近流场情况，对于分析和预测道路附近的污染分布具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术提供一种考虑动态交通流影响的城市高架桥附本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种考虑动态交通流影响的城市高架桥附近流场数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：构建高架桥和其周边环境的简化物理模型；S2：参数化交通流动态特性对流场的影响；S3：划分交通流运动对流场产生作用的范围；S4：将交通流引起的湍流动能加载到数值模拟的控制方程中；S5：应用计算流体力学方法，求解控制方程，进行数值模拟。

【技术特征摘要】
1.一种考虑动态交通流影响的城市高架桥附近流场数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：构建高架桥和其周边环境的简化物理模型；S2：参数化交通流动态特性对流场的影响；S3：划分交通流运动对流场产生作用的范围；S4：将交通流引起的湍流动能加载到数值模拟的控制方程中；S5：应用计算流体力学方法，求解控制方程，进行数值模拟。2.根据权利要求1所述的考虑动态交通流影响的城市高架桥附近流场数值模拟方法，其特征在于，所述步骤S1中构建高架桥的简化物理模型的过程是：获取高架桥的几何结构特征和关键参数，将高架桥的物理模型简化为桥面和桥墩两部分结构，将高架桥桥面物理模型构建为长方体模型，关键参数包括桥面宽度和厚度，桥面宽度为道路横断面总体宽度，厚度即为从桥墩与桥面连接处至高架桥面车行道面的高度，其中若高架桥路面两侧有声屏障设施，也应将其考虑到物理建模中。3.根据权利要求2所述的考虑动态交通流影响的城市高架桥附近流场数值模拟方法，其特征在于，所述步骤S1中构建高架桥周边环境的简化物理模型的过程是：获取高架桥周边环境影响流场的关键结构参数，即地面街道宽度、车道数和车道宽度、两侧建筑物布局、建筑物高度及与高架桥距离，其中，道路中央绿化带及路边绿化、其他道路辅助设施均可忽略。4.根据权利要求3所述的考虑动态交通流影响的城市高架桥附近流场数值模拟方法，其特征在于，所述步骤S2的具体过程如下：S21：获取交通流量、车流速度、车队组成结构数据；S22：利用S21中获取的交通流相关数据，计算交通密度为：其中，Q为交通流量，v为车队平均速度；S23：计算车队平均阻力系数为：其中，i为车辆种类标签，wi为车队中i类车辆的占比，Ci为i类车辆的阻力系数；S24：计算车队平均迎风面积为：其中，i为车辆种类标签，wi为车队中i类车辆的占比，Ai为i类车辆的阻力系数；S25：用流体力学中的湍流动能物理量来表征交通流运动对空气流场的影响，计算式如下：VIT为道路车辆运动引起的湍流动能，单位为m2/s2，δ是空气密度，单位为g/m3，Cd是车队平均阻力系数，AT是车队平均迎风面积，单位为m2，B和H分别为是特征宽度和特征高度，表征车辆引起的湍动能的影响范围，与车辆大小有关，B值一般取车道边缘线外3～4m，H值一般取4～5m。5.根据权利要求4所述的考虑动态交通流影响的城市高架桥附近流场数值模拟方法，其特征在于，所述步骤S3的具体过程是：根据步骤S25中的特征宽度B和特征高度H，在数值模拟计算域中划分出交通流运动对流场产生作用的范围，在该范围内数值模拟计算方程包含一个额外的湍流动能项表征交通流运动的影响，在该范围以外交通流运动引起的湍流动能已耗散至较小值，不考虑其影响。6.根据权利要求5所述的考虑动态交通流影响的城市高架桥附近流场数值模拟方法，其特征在于，所述步骤S4的具体过程是：S41：将S25中计算得到的湍流动能加载到S3中划分出的影响范围，其具体实现方式是：将交通流运动引起的湍流动能作为数值计算的湍流动能传输方程等号右边的SK1源项，方程如下，并且只...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘永红，黄玉婷，徐伟嘉，杨鹏史，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东,44