本书共分为9章,其中前2章主要介绍大气污染物扩散研究的国内外现状以及基本理论知识;第3~7章介绍了利用数值模拟研究风热环境对污染物扩散的影响,从几何建模到网格划分,从边界条件和求解设置到结果分析,通过5个实例系统地探析了风热环境对污染物扩散影响的机理;第8章为在本书研究基础上提出的改善城市空气质量的策略;第9章为总结及展望。本书包含了著者近5年的科研成果,以深入浅出的方式对计算流体力学(CFD)在大气环境领域的应用进行了详细讲解,并辅以相应的实际案例,使读者能够快速、熟练、深入地掌握数值模拟软件的工作流程和计算方法,并能够深入探讨模型机理。
本书的适用读者包括从事大气污染控制的学者、从事流体计算的学者和研究人员、高等院校的教师和学生、相关培训机构的教师和学员、Fluent 仿真爱好者等。
第1章 绪论001
1.1 风热环境与城市空气质量概述001
1.2 国内外相关研究现状及分析003
1.2.1 研究尺度003
1.2.2 研究方法004
1.2.3 风热环境对污染物扩散的影响研究现状及分析005
1.2.4 国内外研究现状总结与分析018
1.3 风热环境数值模拟的意义及重要性019
第2章 流体力学与计算流体力学基础021
2.1 流体力学基础021
2.1.1 基本概念021
2.1.2 流体流动的分类026
2.1.3 边界层和物体阻力027
2.1.4 层流和湍流029
2.1.5 流体流动的控制方程029
2.2 计算流体力学基础031
2.2.1 计算流体力学的发展031
2.2.2 计算流体力学的求解过程032
2.2.3 数值模拟方法和分类033
2.2.4 有限体积法的基本思想035
2.2.5 有限体积法的求解方法038
2.3 计算流体力学应用领域039
2.4 常用的CFD 软件041
第3章 基于温度层结的建筑物侧边比对孤立建筑物周围流场和污染物扩散的影响042
3.1 模型验证043
3.1.1 风洞试验概述043
3.1.2 模型验证设置044
3.1.3 模型验证结果分析048
3.2 模型设置049
3.2.1 模型的建立及主要参数049
3.2.2 模拟设置056
3.3 结果分析057
3.3.1 速度场及流场结构057
3.3.2 温度分布063
3.3.3 浓度分布066
3.3.4 污染物通量070
3.4 小结076
第4章 基于温度层结的建筑物高度对流场和污染物扩散的影响078
4.1 模型验证079
4.1.1 风洞试验概述079
4.1.2 模型验证设置080
4.1.3 模型验证结果分析081
4.2 模型设置084
4.2.1 模型的建立及主要参数084
4.2.2 模拟设置085
4.3 结果分析086
4.3.1 速度场及流场结构086
4.3.2 湍流动能093
4.3.3 浓度场095
4.3.4 污染物通量分析097
4.4 小结102
第5章 城市街区局部热效应对交通污染物扩散的影响104
5.1 模型验证104
5.1.1 风洞试验概述104
5.1.2 模型验证设置105
5.1.3 模拟验证结果107
5.2 模拟设置108
5.2.1 模型的建立及主要参数108
5.2.2 模拟设置111
5.3 结果分析111
5.3.1 速度场及流场结构111
5.3.2 湍流动能116
5.3.3 浓度场118
5.3.4 污染物浓度通量121
5.4 小结123
第6章 基于温度层结的风向对城市污染物扩散的影响124
6.1 模拟设置124
6.1.1 模型的建立及主要参数124
6.1.2 模拟设置125
6.2 结果分析126
6.2.1 速度场和浓度场126
6.2.2 污染物浓度通量129
6.3 小结132
第7章 局部热效应和来流温度层结对二维街道峡谷中流动和污染物扩散的数值模拟研究133
7.1 研究方法134
7.1.1 数值模拟方法134
7.1.2 风洞试验134
7.2 CFD 计算设置135
7.2.1 计算域和网格设置135
7.2.2 边界条件和计算方法136
7.3 结果分析137
7.3.1 流场137
7.3.2 湍流动能139
7.3.3 温度和热通量140
7.3.4 污染物浓度和浓度通量142
7.4 小结146
第8章 改善城市环境空气质量的对策建议148
8.1 完善排污企业选址、排气筒设计等148
8.2 优化街区道路设计149
8.3 优化居住区设计149
第9章 风热环境数值模拟主要成果与未来发展展望151
9.1 主要研究成果与讨论151
9.2 主要创新点152
9.3 未来研究展望153
参考文献155
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