[发明专利]一种街谷型道路交叉口内氮氧化物扩散及分布研究实验模型

说明书

技术领域

本发明涉及交通污染物排放领域，尤其涉及一种街谷型道路交叉口内氮氧化物扩散及分布研究实验模型。

背景技术

近些年来，随着快速的城市化，城市机动车的保有量持续增长，导致机动车排放的尾气逐渐成为城市大气污染物的主要来源之一。与工业废气一样，机动车排放的氮氧化物也会受到气象、地形、建筑物形状等因素的影响，特别是道路两侧的建筑物对气流的阻碍作用，严重削弱尾气中氮氧化物的输送和扩散，致使城市街谷附近的氮氧化物含量严重超标，尤其是街谷道路交叉口处，大量机动车在怠速情况下等待通行以及当发生交通拥堵时，会产生大量氮氧化物。基于目前的技术条件，实际的城市交叉口环境布置有效的流场测量仪器十分困难，只能布置少量的测点，测的污染物随时间变化的规律，不能确定污染物在交叉口总体的扩散行为，而且实际城市街谷道路交叉口偶然因素过多，不利于实验的控制。随着计算机技术的不断发展CFD方法成为数值模拟复杂建筑物条件下污染物扩散行为的重要途径之一，虽然国内外学者通过数值模拟的方法已经取得一定的成果，但缺少实验结果的支持，因此构建贴近现实的小尺寸实验模型，是研究城市街谷型道路交叉口机动车污染物扩散的重要选择，对于制定有效的交叉口空气环境改善方法具有参考作用。

发明内容

为了开展城市街谷道路交叉口环境典型污染物(氮氧化物)扩散和分布的研究，本发明的目的在于提出了一种城市街谷型道路交叉口内氮氧化物扩散和分布研究的实验装置。

本发明实现上述目的的技术解决方案如下：一种街谷型道路交叉口内氮氧化物扩散及分布研究实验模型，包括风墙系统、城市街谷交叉路口模型、线性排放源模型、PIV示踪系统和氮氧化物检测系统，其中风墙系统、街谷道路交叉口模型、线性氮氧化物排放源模型、氮氧化物检测系统，部分或全部放置于风墙实验段内，其材质为透明有机玻璃，便于观察实验现象；

所述的风墙系统，用于提供实验所需的风场环境，由风墙部分、整流段以及街谷道路交叉口模型所处的风墙实验段组成，风墙系统可以提供风速在0～10m/s范围内，模拟城市街谷道路交叉口所需风场环境；

所述的街谷道路交叉口模型，用于提供实验所需的城市街谷道路交叉口环境，由上风侧的两个建筑物和下风侧面的两个建筑物，其材质为透明有机玻璃，四个建筑物尺寸规格相同，呈田字形分布组成十字型的交叉口；

所述的氮氧化物线性释放源系统，用于模拟现实中连续车辆通过交叉口释放低浓度氮氧化物的行为，由横向线性释放源A、横向线性释放源B、纵向线性释放源A、纵向线性释放源B、软管、示踪粒子添加器、氮氧化物气罐组成，其中各线性释放源模型和示踪粒子添加器以及氮氧化物气罐通过软管顺次相连通，氮氧化物气罐产生的氮氧化物经软管与示踪粒子添加器相连，示踪粒子添加器将示踪粒子添加到氮氧化物气体中，示踪粒子添加器含有分流阀装置，将混有示踪粒子的氮氧化物气体分流到四个与线性释放源装置相连的软管中去，其中示踪粒子采用粒径大小为1-5μm的氮化硼颗粒，分流阀用于控制线性释放源氮氧化物的释放速率；线性释放源分别占据一条车道，对应着一个方向上的车队，模拟街谷机动车穿越交叉口的行为；

所述的PIV示踪系统，用于显示在街谷道路交叉口及街谷内示踪粒子的分布状况，以及运动状态，包含侧面激光片光源、端部激光片光源、侧面数码相机、端部数码相机，其中激光片光源用于照亮示踪粒子，数码相机用于拍摄记录示踪粒子的运动轨迹，其中两个激光片光源照亮的面相互垂直；

所述的氮氧化物检测系统，用于检测街谷道路交叉口内空气中氮氧化物的浓度并将测得实验数据通过数据收集装置汇总发送给计算机，包括5组竖向氮氧化物检测仪、数据收集器和计算机；其中一组竖向氮氧化物检测仪位于交叉口的正中心位置，其余四组竖向氮氧化物检测仪可以根据需要移动位置探测不同区域氮氧化物的浓度，测得的实验数据通过数据采集器发送至计算机；

其中，所述的组成街谷道路交叉口的上风侧的两个建筑物和下风侧面的两个建筑物的尺寸大小和四个建筑之间的间距根据实验需要可以做出调整，实现研究氮氧化物在不同尺寸街谷道路交叉口内的扩散过程。

其中，所述的车队的释放源是由氮氧化物气罐提供，目的在于提供实验所需的低浓度氮氧化物气体，通过气罐上的气阀控制气体释放的速率；所述的示踪粒子添加器，将示踪粒子混入到氮氧化物气体中，并通过四个线性释放源释放到街谷道路交叉口中，由侧面数码相机、端部数码相机记录被侧面激光片光源、端部激光片光源照亮的示踪粒子的运动图像，其中采用粒径为1-5μm氧化硼作为示踪粒子。