机动车尾气扩散模型探析2800字.docx

机动车尾气扩散模型分析

目录

机动车尾气扩散模型分析 1

1.1基础模型介绍 1

1.1.1基于点源的高斯烟羽模型 1

1.1.2加利福尼亚线源扩散模型 2

1.2出行污染排放-扩散建模 6

通过前文CVEM排放模型可以测算获得排放源强度，在机动车排放污染物之后，便是污染物扩散过程。本文假设路段上每一辆车即为一个排放源，排出的尾气会以一定方式运动在空气中扩散，模拟该种扩散过程常用到的是1994年Turner150提出的高斯烟羽模型，以及Benson等511提出的加利福尼亚线源扩散模型 (CALINE4)。下面会对两种模型以及对本文所采用的建模过程进行介绍。

1.1基础模型介绍

1.1.1基于点源的高斯烟羽模型

Turner150提出的高斯烟羽模型，见公式(2-5,是一种计算连续平均点源的扩散模型。该模型假定空气污染物扩散是符合高斯分布的，也就意味着污染物浓度分布是服从正态概率分布的。具体的假设条件包括五方面：(1)地表是平坦的； (2)风速在整个扩散空间中是均匀不变的；(3)烟气到达地面全部反射，没有化学反应和沉降产生，即污染物质量在整个扩散过程是不会改变的；(4)污染物源强是连续且均匀的；(5)污染物浓度在y、z轴是服从正态高斯分布的。高斯烟羽模型被广泛用来估计来自地面或高架源的连续浮力空气污染羽流的分布。

(2-5)

其中：

c(x,y,z)——接收点(x,y,z)的平均排放浓度(单位mg/s);o——原点为排放点所在位置；

x——x轴正向为风速方向，为排放点沿风向上任一点的距离(m);

y——y轴垂直于水平面xoz,为排放中心轴在直角水平方向上任一点的距离(m);z——z轴垂直于水平面xoy,为距离地表任一点的高度(m);

μ——平均风速(m/s);

q——排放点的排放强度(单位mg/s);H?——排放点所在距离地面的高度；

o,、o?——水平和垂直分布的标准偏差，与大气稳定性、x的位置以及其他因素有关。

图2-1高斯烟羽模型【见谭宇姐】

1.1.2加利福尼亚线源扩散模型

上述中的高斯烟羽模型经过推广，可扩展为线源模型，Benson等5将该模型命名为加利福尼亚线源扩散模型(CALINE4)。CALINE4模型是基于高斯烟羽模型和混合区域概念以及污染物沉积沉降速率综合考虑得到的一种线源扩散模型

】。该模型是依照当地气象条件，根据交通流量数据、接受污染片区的几何形状预测经一定扩散后，一定区域空气中的污染物浓度。它主要用于预测、模拟扩散颗粒物、CO、NO2等污染物浓度。在所有建模过程的基础之上，Benson等研发出了一套可供相关科研人员使用的CALINE4软件。该软件可用于模拟污染物的排放过程，需要的输入数据包括以下几个部分：(1)路段的地理状态：路段类

型，每条路段的长度；(2)路段的机动车运行状态：每个路段的排放因子以及交通量；(3)气象条件：风速、风向、风向标准差、大气稳定度、混合层高度、环境温度、背景污染物浓度等。(4)接受点位置：输入各测量点具体坐标。在输入给定数据之后，CALINE4软件能够模拟污染物排放的过程，估算出在研究区域给定接收点的排放浓度。

因软件来源不可得，本文并不使用CALINE4软件，而是主要对CALINE4模型的具体建模过程进行重点学习，并对该模型进行合理且适当地简化，以估算扩散后至接收点的污染物浓度。

CALINE4模型的基本思路是首先将道路看成一系列的线源单元，再依次计算各线源单元所排放的污染物浓度，经过一系列的扩散过程，到达接收点时产生对该接收点的污染浓度贡献，最后求和所有线源单元对该接收点的浓度贡献521,便可以得到选定测量点的总污染扩散浓度，如图2-2所示。

WIND

WIND

DIRECTION

PHI一

EL=w*8ASENE

ELEMENTSE

E

DRECEPTORDISTANCE

E。

ELELEMENTLENGTH

ECLDELEMENTCENTERLINE

DISTANCE

BASE=ELEMENTGROWTHFACTOR(FUNCTIONOFWNDANGLE)

PHI=ROADWAY-WINDANGLE

Y

图2-2CALINE4使用的元素系列

测量点距离D的大小等于测量点到路段中心线的垂线段长度的大小。第一个元素ε。成为与路段宽度相等的正方形，它的位置取决于路段与风向的夹角PHI.若PHI≥45°,第一个元素的中心便位于测量点的逆风向位置。若PHI45°,那

么第一个元素8。的位置保持不变且与