本申请公开了一种城市街道PM2.5扩散风洞模拟实验装置，包括直流吸式风洞，所述直流吸式风洞包括依次设置且相连通的进气段、动力段、整流段、实验段和出气段；其中，所述实验段包括靠近所述整流段的大气边界层风场模拟组和靠近所述出气段的城市缩尺模型，在所述城市缩尺模型内设有数个PM2.5释放源，所述直流吸式风洞内的气流首先通过所述大气边界层风场模拟组形成大气边界层风场然后进入所述城市缩尺模型并引起所述PM2.5释放源排放的颗粒物在所述城市缩尺模型中的自由扩散；本申请的模拟过程更接近真实自然状态，模拟结果更准确、可靠，可以更好的城市大气环境的监测和治理提供技术支撑。供技术支撑。供技术支撑。
【技术实现步骤摘要】
城市街道PM2.5扩散风洞模拟实验装置及方法
[0001]本申请属于城市大气环境
，尤其涉及一种城市街道PM2.5扩散风洞模拟实验装置及方法。
技术介绍
[0002]空气污染与每个人的健康生活息息相关，细颗粒物又称PM2.5是一种主要的空气污染物。与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5具有粒径小，面积大，活性强，易附带有毒、有害物质(例如，重金属、微生物等)等特点，且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而会对人体健康和大气环境质量产生极大影响。随着物质生活水平的提高，机动车的尾气排放已成为城市空气中PM2.5的主要来源。释放在城市街道上的PM2.5颗粒属于典型的“线源污染”，研究该类污染源在城市风环境的作用下对街道周围居民区的扩散和渗透具有十分重要的意义。
[0003]国内外目前对于该问题的研究尚处于起步阶段，且通常采用基于计算流体力学的数值模拟技术作为主要的研究手段。空气在城市内流动规律属于高雷诺数的流体问题，一般采用基于大涡模拟或雷诺平均的湍流模型来减小数值模拟工作的计算量。受湍流模型自身误差的影响，数值模拟结果可能与实际情况存在较大偏差，进而影响研究结论的严谨性和可靠性。目前尚无一种较理想的方法来准确模拟城市街道PM2.5颗粒扩散规律。
技术实现思路
[0004]针对上述问题，本申请实施例提供了一种城市街道PM2.5扩散风洞模拟实验装置及方法，同现有基于经验模型或数值模拟的方法相比，本申请的模拟过程更接近真实自然状态，模拟结果更准确、可靠，可更好地为城市空气质量的监测和治理提供理论和技术支撑，所述技术方案如下：
[0005]本申请提供一种城市街道PM2.5扩散风洞模拟实验装置，包括直流吸式风洞，所述直流吸式风洞包括依次设置且相连通的进气段、动力段、整流段、实验段和出气段；其中，所述实验段包括靠近所述整流段的大气边界层风场模拟组和靠近所述出气段的城市缩尺模型，在所述城市缩尺模型内设有数个PM2.5释放源，所述直流吸式风洞内的气流首先通过所述大气边界层风场模拟组形成大气边界层风场然后进入所述城市缩尺模型并引起所述PM2.5释放源排放的颗粒物在所述城市缩尺模型中的自由扩散。
[0006]例如，在一个实施例提供的所述城市街道PM2.5扩散风洞模拟实验装置中，所述大气边界层风场模拟组包括尖劈和粗糙元，所述尖劈靠近所述整流段，所述粗糙元靠近所述城市缩尺模型。
[0007]例如，在一个实施例提供的所述城市街道PM2.5扩散风洞模拟实验装置中，在所述实验段设有PM2.5生成装置和PM2.5浓度传感器，所述PM2.5生成装置与所述PM2.5释放源相连接，所述PM2.5浓度传感器用于测量所述PM2.5释放源的浓度。
[0008]例如，在一个实施例提供的所述城市街道PM2.5扩散风洞模拟实验装置中，在所述
实验段内设有用于承载所述城市缩尺模型并随所述城市缩尺模型一起转动的电动转盘，通过所述电动转盘可调整所述城市缩尺模型的风向角。
[0009]例如，在一个实施例提供的所述城市街道PM2.5扩散风洞模拟实验装置中，在所述实验段内还设有风速测量系统，所述风速测量系统包括三维移动测量坐标架和热线风速探头：所述三维移动测量坐标架位于所述实验段的顶部并可自由移动；所述热线风速探头与所述三维移动测量坐标架固定连接，并可随所述三维移动测量坐标架在所述实验段内移动，以测量所述实验段内不同位置处的风速。
[0010]例如，在一个实施例提供的所述城市街道PM2.5扩散风洞模拟实验装置中，所述实验段还包括操控间，在所述操控间内设有：用于控制所述电动转盘转动的电动转盘控制系统、控制所述三维移动测量坐标架移动的三维移动测量坐标架控制系统，以及风速仪，所述风速仪与所述热线风速探头相连接。
[0011]例如，在一个实施例提供的所述城市街道PM2.5扩散风洞模拟实验装置中，在所述动力段设有风洞风机，用于产生加速气流。
[0012]例如，在一个实施例提供的所述城市街道PM2.5扩散风洞模拟实验装置中，在所述整流段设有蜂窝式整流器。
[0013]例如，在一个实施例提供的所述城市街道PM2.5扩散风洞模拟实验装置中，在所述进气段设有进气口，在所述出气段设有排气口。
[0014]本申请第二方面提供一种城市街道PM2.5扩散风洞模拟实验装置的实验方法，包括以下步骤：
[0015]步骤一：打开所述直流吸式风洞的控制电源开关，启动所述风洞风机，逐步提高所述风洞风机转速使所述实验段的风速稳定；
[0016]步骤二：通过所述三维移动测量坐标架上的热线风速探头采集所述城市缩尺模型上游不同位置处的风速，并根据不同位置处的风速数据绘制高度方向的平均风速和湍流强度的剖面曲线；
[0017]步骤三：启动所述城市缩尺模型内安装的所述PM2.5浓度传感器，待所述PM2.5浓度传感器实时返回的PM2.5浓度数值趋向于稳定后，采集1分钟时长的PM2.5浓度时程数据，并将这些数据的统计平均值作为PM2.5浓度的背景数值；
[0018]步骤四：启动所述PM2.5生成装置，观察用于测量所述PM2.5释放源浓度的所述PM2.5浓度传感器实时返回的浓度数值，待数值趋于稳定后采集1分钟时长的PM2.5浓度时程数据，将其平均值作为PM2.5释放源浓度；
[0019]步骤五：待所述PM2.5释放源排放的颗粒物在所述城市缩尺模型中充分扩散后，通过所述PM2.5浓度传感器采集各测点1分钟内的PM2.5浓度时程数据，并将所测得数据的平均值减去所述步骤三测得的PM2.5浓度的背景数值，得到城市街道PM2.5扩散结果；
[0020]步骤六：通过所述电动转盘改变所述城市缩尺模型的风向角，重复所述步骤五，完成不同风向角工况下所述城市缩尺模型内各所述PM2.5浓度传感器的采集工作。
[0021]本申请的城市街道PM2.5扩散风洞模拟实验装置及方法所带来的有益效果为：本申请用来模拟城市街道PM2.5的扩散规律，与现有数值模拟比较，本申请的模拟过程更接近真实自然状态，模拟结果更准确、可靠，可以更好的城市大气环境的监测和治理提供技术支撑。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1本申请的直流吸式风洞结构示意图；
[0024]图2本申请的直流吸式风洞的实验段结构示意图。
[0025]附图标记：1
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直流吸式风洞，2
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进气口，3
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风洞风机，4
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蜂窝式整流器，5
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实验段，6
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排气口，7
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操控间，8
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尖劈，9
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粗糙元，10
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三本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种城市街道PM2.5扩散风洞模拟实验装置，其特征在于，包括：直流吸式风洞，包括依次设置且相连通的进气段、动力段、整流段、实验段和出气段；其中，所述实验段包括靠近所述整流段的大气边界层风场模拟组和靠近所述出气段的城市缩尺模型，在所述城市缩尺模型内设有数个PM2.5释放源，所述直流吸式风洞内的气流首先通过所述大气边界层风场模拟组形成大气边界层风场然后进入所述城市缩尺模型并引起所述PM2.5释放源排放的颗粒物在所述城市缩尺模型中的自由扩散。2.根据权利要求1所述城市街道PM2.5扩散风洞模拟实验装置，其特征在于，所述大气边界层风场模拟组包括尖劈和粗糙元，所述尖劈靠近所述整流段，所述粗糙元靠近所述城市缩尺模型。3.根据权利要求1所述城市街道PM2.5扩散风洞模拟实验装置，其特征在于，在所述实验段设有PM2.5生成装置和PM2.5浓度传感器，所述PM2.5生成装置与所述PM2.5释放源相连接，所述PM2.5浓度传感器用于测量所述PM2.5释放源的浓度。4.根据权利要求1所述城市街道PM2.5扩散风洞模拟实验装置，其特征在于，在所述实验段内设有用于承载所述城市缩尺模型并随所述城市缩尺模型一起转动的电动转盘，通过所述电动转盘可调整所述城市缩尺模型的风向角。5.根据权利要求4所述城市街道PM2.5扩散风洞模拟实验装置，其特征在于，在所述实验段内还设有风速测量系统，所述风速测量系统包括：三维移动测量坐标架，位于所述实验段的顶部并可自由移动；热线风速探头，与所述三维移动测量坐标架固定连接，并可随所述三维移动测量坐标架在所述实验段内移动，以测量所述实验段内不同位置处的风速。6.根据权利要求5所述城市街道PM2.5扩散风洞模拟实验装置，其特征在于，所述实验段还包括操控间，在所述操控间内设有：用于控制所述电动转盘转动的电动转盘控制系统；控制所述三维移动测量坐标架移动的三维移动测量坐标架控制系统；及风速仪，所述风速仪与所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡耘，万嘉伟，田文鑫，王杰，赵秀勇，徐静馨，孙雪丽，安风霞，姜益善，
申请(专利权)人：国家能源集团科学技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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